微机型变压器差动保护实验方法

微机型变压器差动保护相关实验的方法探讨[摘要]本文详细分析了微机型变压器差动保护的原理、动作方程、制动特征及相关参数的计算；并结合现场检修效验实例，详细介绍了微机型变压器差动保护的效验方法，深入探讨了差动保护制动曲线的制作及相关参数的验证方法。[关键词]微机型差动保护；动作原理；制动曲线；效验方法1差动保护概述1.1差动保护是反映变压器绕组和套管引出线上的相间故障，大电流接地系统侧的绕组和引出线的单相接地短路及绕组间短路的变压器保护。大型变压器差动保护，为具有比率制动特征的分相差动保护。在每套保护中，有的提供A、C两相差动保护，有的提供A、B、C三相差动元件。采用那种方式，要由变压器的TA个数来决定。一般在2000KW及以上的变压器保护要装设差动保护。1.2差动保护的特点：定值较小，动作可靠，是变压器相间短路的主保护。对各种相间短路反应灵敏。差动保护对电机的匝间短路没有保护作用，因为电机一相匝间短路时，没有差流产生；而对于变压器，当一相匝间短路，在该相的差动元件中会有差流产生，所以，纵差保护还具有保护变压器匝间短路故障的功能。1.3变压器纵联差动保护的接线原理为了构成变压器的纵差动保护，在变压器各侧分别装设电流互感器，每侧电流互感器一次回路的正极性均置于靠近母线一侧，二次回路的同极性端子用辅助导线相连接，差动元件的电流回路连接在电流互感器二次回路的两个臂上。I1I2i1-i2i1i2I-I图1变压器纵联差动保护的接线原理1.4差动元件比率制动的工作原理变压器纵联差动保护的不平衡电流随外部短路时一次侧的穿越性短路电流的增大而增大，因此利用穿越电流来产生制动作用，使穿越电流大时产生的制动作用也大，继电器的动作电流也随之增大，穿越电流小时，产生的制动电流小，继电器的动作电流随之减小，穿越电流所起的制动作用称之为比率制动。电流IH电流IL减法器加法器整流滤波整流滤波幅值比较ICD=IH+ILIZD=(IH-IL)/2图2差动元件的逻辑框图在上面的逻辑框图中，变压器两侧电流互感器的电流经过加法器和整流回路后形成比率制动电流Izd在正常运行和外部故障时其大小正比于一次侧流过的电流，可以实现制动作用。由于这种制动作用与穿越电流的大小成正比，因而差动元件的起动电流随制动电流的增大而自动增加，两者之比称为差动元件的制动系数。1.5变压器分相差动保护消除不平衡电流的方法。1.5.1我们知道，当变压器正常运行及外部故障时，Y、d接线的变压器两侧电流的大小和相位均不相同，其差动二次电流的大小和相位亦不相同，为确保变压器正常运行及区外故障时纵差保护不误动，需要解决以下问题：（1）使流入同一差动保护元件各侧的电流相位相反；（2）使流入同一差动元件各侧电流产生的作用或安匝数相同；（3）当变压器大接地系统网络中发生接地故障时没有零序电流流入各项差动元件。1.5.2这些问题，微机保护装置中的解决方法是（1）为使是流入同一差动元件各侧电流相位相同后相反。在微机型保护装置，即可以采用改变差动TA二次接线方式移相，也可以由软件计算进行移。微机型保护中的软件计算移相法，是由计算机软件将某项差动元件某侧的电流移一个角度，从而达到差动元件两侧电流的相位相反或相同的目的。目前，在国内生产的变压器微机保护装置中，通过软件对电流进行移相的方法有两种，一种是将变压器高压侧电流差动TA二次电流进行移相，一种是将变压器低压侧电流差动TA二次电流移相。（2）使差动元件两侧大小不同的电流产生等效作用或使其安匝数相同。在微机型变压器差动保护中，采用引入计算平衡系数的方法，使差动保护元件两侧不同的电流产生的作用相同。（3）消除高压侧网络中接地故障时产生的差流（即零序电流）变压器中心点接地运行时，当大电流系统测（在差动保护区外）发生接地故障时，将有零序电流流过变压器。此时，为使差动保护不误动，应使零序电流不流入差动元件或对差动元件不产生作用。当利用改变差动TA二次接线方式移相或在差动元件高压侧移相的差动保护，不需要再采取其他消除零序电流的方法。这时因为将差动TA二次接成△形或分别依次将TA二次两相电流之差通入各项差动元件，就已经虑滤去了零序电流。1.5.3纵差保护平衡系数的计算纵差保护两侧之间的平衡系数也可叫折算系数，其物理意义是：将有两侧流入各项差动元件的两个不同电流（其值分别等于额定工况下有变压器两侧进入差动元件的电流）中的一个，乘以一个系数后变成另外一个作用相等的电流。通常将这个系数称之为折算系数，而将乘以系数的一侧叫折算侧，另一侧称之为基准侧。它是纵差保护的重要的物理量之一，只有对其进行正确的整定，才能使差动保护动作可靠。下面，分别对平衡系数的整定进行说明。例：设变压器的容量为Sn，接线为Y，d11，两侧额定电压为U1、U2，；两侧TA变比为n1及n2；高压侧软件移相，且以高压侧为基种侧，计算两侧之间的平衡系数。由于软件在高压侧移相，则变压器高压侧流入每个差动元件的电流分别相当于两电流之差，则111113I=3UnnSnUns，变压器低压侧流入每个差动元件的电流为：222I=3SnUn，由于以高压侧为基准侧，设两侧之间的平衡系数为K，则12I=kI即122211UnK==3UnXII。由上式可以看出，差动保护两侧之间的平衡系数与变压器两侧的电压有关，与两侧差动TA的变比有关。1.6变压器差动保护的通用动作方程为IcdIdzoIzdIdzoIcdk(Izd-Izdo)+IdzoIzdIzdo式中：Izd—制动电流Icd—差动电流Idz0—无制动时差电流的最小动作电流（拐点差电流）K—制动曲线斜率Izd0—拐点电流1.7变压器分相比率差动保护相关数值的计算公式变压器差动保护装置分相采集变压器高压侧及低压侧电流，并根据变压器的相关参数，计算出差动电流和制动电流，再判断是否动作。当变压器接线为D-Y11时的计算公式如下：1Izda=2Icda=IahIalIclKphlIahIalIclKphl1Izdb=2Icdb=IbhIblIalKphlIbhIblIalKphl1Izdc=2Icdc=IchIclIblKphlIchIclIblKphl1CTTIphl=CTT3低压侧额定电压低压侧额定一次值高压侧C额定二次值高压侧额定电压高压侧额定一次值低压侧C额定二次值1.8变压器比率差动保护动作特征（如下）：d动作区制动区图3制动曲线2差动保护装置的效验验方法（保护装置为东大金智公司生产的变压器差动保护装置）以某某变电站为例，变压器容量3000KVA，高压侧额定电压6.3KV，低压侧额定电压0.4KV，高压侧CT变比100/5，低压侧CT变比1500/5；接线方式为D-Y11，设定值：Idzo=1.2；K=0.5。计算额定电流的公式：nIe=KVA/(3*V*CT)由上式可得，低压侧额定电流：ILE=3.44A；高压侧额定电流：IHE=13.75A。本文中保护装置的拐点电流自动设定为0.5Ie=6.87，所以拐点坐标为（6.87，1.2）。2.1输入定值。为了实验方便，可以将保护装置内变压器高低压侧的电压设为一致，即将变压器认为是等压变压器；将高低压侧CT的变比设为一致。2.2最小动作电流（Idz0）的检验法：具有比例制动特征的差动保护无制动时的动作电流，通常叫差动保护的启动电流，有时也叫初始动作电流或较小动作电流。它是标征差动保护动作特性及动作灵敏性的重要物理量及整定值之一。用保护效验仪器给保护装置的高压侧A相或B相或C相加入单项电流，做出的动作值，即为差动保护的最小动作电流，同时，保护装置也显示“比率差动动作”。次试验做2至3次。2.3比率制动曲线数据的采集方法：由变压器钟点数为D—YN11的计算公式知：在A相高低压侧加电流时，B相也产生差流和制动电流。在B相高低压侧加电流时，C相也产生差流和制动电流。在C相高低压侧加电流时，A相也产生差流和制动电流。在本次试验中，我们给装置的A相高低压测同时加电流，（为了防止B相差动保护动作，可用仪器给B相低压侧加一个和A相低压侧电流大小及方向一致的电流。此时，B相差电流即为零）。要求此电流大于设置的拐点电流，然后让高压侧电流逐步升高，记录各项动作值，最少作四次以上。本次试验的实验数据如下：试验次数高压侧输入及显示电流IA（A）保护低压侧输入电流ILa（A）保护显示的低压侧电流Ia（A）差动电流ICD（A）制动电流IZD（A）15.81984.6161.205.2227.25910.56.0591.206.6637.58116.3421.236.9749.518137.5062.018.51510.477148.0832.409.28612.416169.2383.1810.83714.3551810.3933.9612.37816.2542011.5474.7113.90说明：由于变压器为D-Y11接线，所以给用仪器给保护装置加电流时，保护装置高压侧显示电流和仪器所加电流一致，而仪器给保护装置低压侧所加电流是保护装置显示电流的3倍。（当保护装置内计算的平衡系数为0.577时）。2.4根据试验数据绘制动曲线选择制动电流小于拐点电流的两个点（5.22，1.2），（6.22，1.2）即可作出水平直线，选择制动电流大于拐点电流的三个点（2.01，8.51），（3.18，10.83），（4.71，13.90），即可作出一条完整的斜直线，两条直线的交点即拐点，大约为（1.2，6.89）图4根据试验所得制动特性曲线2.5比率制动系数的验证方法：差动保护比率制动试验每两次的动作电流之差除以两次的制动电流之差，即为制动系数。此次试验，可以用以上数据进行检验：既K＝（2.40-2.01）÷（9.28-8.51）=0.506或K＝（3.96-3.18）÷(12.37-10.83)=0.506结论：经过两次计算：与定值0.5基本一致。2.6拐点的验证方法：目前，变压器差动保护装置的拐点定值设定基本是(0.4--0.5)Ie。本文涉及的保护装置拐点定值是0.5Ie，经计算为6.87A。验证方法一：通过做出比例制动曲线的方法进行验证。从上图中可以看出，最小动作电流对应的制动电流（及拐点电流）为6.89A，与拐点定值6.87A基本相同。验证方法二：由公式10K=1IdzIdzIzdIzdo得出10Izd0=Izd1-IdzIdzK，将上表中第五组数据带入此式：求得2.011.2Izd0=8.51-8.511.626.89()0.5A验证方法三：在A相、或B相或C相的高低压侧同时加相同的电流，要求大约为制动电流的0.8倍左右，然后逐步升高高压侧电流，记录各项动作值，最少四次，找出与最小动作电流对应的制动值，即为拐点电流。需要说明的是，拐点电流虽然是一个定值，但它的动作值不象速断等保护定值那样精确，它有一个很小的动作范围，当保护电流与拐点坐标值相差很小时，保护动作与否都是正确的。3结束语经过上面的一系列分析介绍和试验过程，我们清楚了差动保护装置动作原理及制动特征，了解了变压器差动保护的效验和制动曲线制作的方法。本试验过程具有很好的实用价值，为从事继电保护工作的的同行提供了很好的参考。参考文献[1]李玉海、刘昕、李鹏.电力系统主设备继电保护试验.水利电力出版社，2005.[2]江苏金智科技股份有限公司.WDZ－441EX低压变压器差动保护装置技术说明书.2008.