許培德，張國(guó)良

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，福建永安 366000）

1 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)特性

數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)多采用兩折線或者三折線的制動(dòng)特性，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)與制動(dòng)區(qū)界限分明。采樣值電流差動(dòng)保護(hù)，因受采樣時(shí)刻隨機(jī)性的影響，動(dòng)作區(qū)與制動(dòng)區(qū)的邊界不分明［1］。變壓器數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)從根本上保證了保護(hù)的可靠性和選擇性。

如圖1所示，Ires為制動(dòng)電流，Iop為動(dòng)作電流，外部短路故障的短路電流與不平衡電流關(guān)系如圖1中曲線1所示，為防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)實(shí)際制動(dòng)曲線如圖1中曲線2所示，在實(shí)際的保護(hù)裝置中常用直線型制動(dòng)特性來(lái)近似，折線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流分別為Ires.0和Ires.1，最大制動(dòng)電流為Ires.max，Iop.min為差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流，Iunb.max為最大外部短路不平衡電流，KrelIunb.max為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定值，其中Krel為可靠系數(shù)。

圖1 數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性曲線Fig.1 Digital protection property of differential curve

設(shè)直線np和pd的斜率分別為S1和S2，則比率制動(dòng)電流差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性為

采樣值電流差動(dòng)保護(hù)有兩類判據(jù)［2］，其動(dòng)作方程為

式（2）和（3）中，A和B為兩側(cè)電流的幅值，C為常量。

對(duì)應(yīng)式（2）和式（3）表示的不等式，稱為Ⅰ類、Ⅱ類判據(jù)。當(dāng)式（2）Δθ＝0且動(dòng)作量與制動(dòng)量信號(hào)頻率一致時(shí)，判據(jù)與采樣時(shí)刻無(wú)關(guān)，即不存在動(dòng)作邊界變化區(qū)的問(wèn)題。式（3）由于C為常量，則總是存在動(dòng)作邊界的變化區(qū)。圖1所示的制動(dòng)特性曲線中，mn線段為Ⅱ類判據(jù)，mn和np構(gòu)成的兩折線及mn，np和pd構(gòu)成的三折線則為Ⅰ類、Ⅱ類判據(jù)的組合形式。因折線式存在動(dòng)作邊界的變化區(qū)，不能用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定采樣值電流差動(dòng)保護(hù)理論上的準(zhǔn)確動(dòng)作邊界。為解決此問(wèn)題，可以采用較為簡(jiǎn)單的制動(dòng)特性曲線。

Yd接線方式的微機(jī)變壓器保護(hù)，兩側(cè)電流的相位校正和CT變比的不平衡電流的補(bǔ)償，是通過(guò)保護(hù)的定值完成的。當(dāng)使用三相電流的繼電保護(hù)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試時(shí)，一般采取分相測(cè)試，如求A相的制動(dòng)曲線時(shí)，就要通過(guò)調(diào)整平衡系數(shù)的方式，來(lái)抑制非測(cè)試相動(dòng)作。

通過(guò)實(shí)測(cè)及三相制動(dòng)曲線的比對(duì)，A，B，C三相的制動(dòng)曲線是完全相同的。本文提出了一種新的測(cè)試方法，無(wú)論采用何種保護(hù)測(cè)試儀測(cè)試變壓器差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)曲線時(shí)，不需通過(guò)調(diào)整平衡系數(shù)，就可對(duì)制動(dòng)曲線完整地進(jìn)行測(cè)試。

2 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線方式及平衡系數(shù)

微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)為了簡(jiǎn)化接線，變壓器各側(cè)CT按星型接線方式，CT極性端指向母線側(cè)，將CT的二次電流I1φ，I2φ（φ＝a，b，c）接入保護(hù)，相位補(bǔ)償和電流補(bǔ)償通過(guò)軟件進(jìn)行。

Yd接線方式的雙繞組變壓器，定義電流的正方向由母線流向變壓器，以Yd11為例，差動(dòng)保護(hù)接線如圖2所示。

圖2 Yd11變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)接線示意圖Fig.2 Schematic diagram of microprocessor based differential protection for Yd11transformer

軟件相位補(bǔ)償式［3－4］為

式（4）的相量關(guān)系如圖3所示，由相量圖知加入變壓器差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流相位得到補(bǔ)償，相位補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)數(shù)值也得到平衡。

圖3 變壓器差動(dòng)保護(hù)二次電流相量圖Fig.3 Differential protection of transformer two current phase diagram

3 雙繞組差動(dòng)試驗(yàn)修正系數(shù)

因電流互感器計(jì)算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同，實(shí)際上加入差動(dòng)回路的二次電流不相等，需對(duì)三角側(cè)電流進(jìn)行平衡，平衡系數(shù)［5］為

式中，Kb為平衡系數(shù)，I1ar為高壓側(cè)加入差動(dòng)回路二次電流，I2a為低壓側(cè)加入差動(dòng)回路電流。

計(jì)及平衡系數(shù)后雙繞組變壓器的差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)電流一般表達(dá)式為

或者為

式中，Id為A相差動(dòng)電流，U1N為變壓器高壓側(cè)額定電壓，U2N為低壓側(cè)額定電壓。

4 三繞組分相差動(dòng)試驗(yàn)修正系數(shù)

對(duì)三繞組變壓器，可簡(jiǎn)化為雙繞組變壓器，再分相比率制動(dòng)試驗(yàn)。分別取高低、中低、高中進(jìn)行試驗(yàn)。

以變壓器YNYNd12.11接線為例，進(jìn)行分相差動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，差動(dòng)回路電流表達(dá)式為

式中：Ihar為高壓側(cè)A相加入差動(dòng)回路電流；Imar為中壓側(cè)A相加入差動(dòng)回路電流；Ila為低壓側(cè)A相加入差動(dòng)回路電流；U1N，U2N，U3N分別為高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)的額定電壓。平衡系數(shù)歸一化處理后為

式（7）的一般式為

對(duì)YY繞組進(jìn)行分相試驗(yàn)時(shí)，兩側(cè)加入對(duì)應(yīng)相別分別進(jìn)行三相試驗(yàn)；當(dāng)進(jìn)行Yd繞組分相試驗(yàn)時(shí)，由公式（4）得出，如果進(jìn)行A相差動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)樵赮側(cè)相位補(bǔ)償，Y側(cè)引入－I1b電流，實(shí)際上分相試驗(yàn)時(shí)并未加入B相電流，三角形側(cè)為得到相應(yīng)相位，需引入C相電流，亦即相當(dāng)于三角側(cè)繞組的A相電流，保持相位一致，其他各相試驗(yàn)時(shí)的接線方式依此類推。分相試驗(yàn)的YY和Yd接線A相差動(dòng)試驗(yàn)接線如圖4所示，其余相別的試驗(yàn)接線依此類推。

圖4 分相試驗(yàn)A相接線圖Fig 4 Phase A lining in phase test

如果測(cè)試儀同時(shí)可接入高壓側(cè)ABC、中壓側(cè)或 低壓側(cè)abc三相電流進(jìn)行差動(dòng)試驗(yàn)，則試驗(yàn)接線大大簡(jiǎn)化，直接將試驗(yàn)電流Iabc1引入保護(hù)的高壓側(cè)、Iabc2引入保護(hù)的中壓側(cè)（或低壓側(cè)）。

顯然只要有兩相電流或以上，配置的繼電保護(hù)測(cè)試儀都能完成變壓器差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)，并且能將制動(dòng)曲線完整地測(cè)試出來(lái)。

5 結(jié)論

永安市供電公司繼電保護(hù)班，對(duì)所轄110kV和220kV變電站10臺(tái)變壓器在近期應(yīng)用了新的測(cè)試方法，顯示出該方法的可靠性高、節(jié)省時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

采樣值電流差動(dòng)保護(hù)能保證在大于90°的角度范圍內(nèi)滿足動(dòng)作判據(jù)，由于動(dòng)作邊界變化區(qū)的存在，宜采用兩折線式簡(jiǎn)單的制動(dòng)特性曲線。

中、大容量比率制動(dòng)式變壓器差動(dòng)保護(hù)采用三折線特性曲線性能較佳。

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