PST1200和RCS978保護中差動流變相位補償方法對勵磁涌流制動的影響

摘要:變壓器保護差動保護的原理;差動流變相位補償的原理;PST1200和RCS978保護分別如何實現相位補償;勵磁涌流的概念;不同補償方法對勵磁涌流制動的影響及優缺點分析。

關鍵字:PST1200，RCS978，差動保護，勵磁涌流，相位補償。

國電南京自動化股份公司生產的PST1200微機型變壓器保護裝置，是近幾年來我公司使用較為廣泛的變電所主變壓器保護，我公司絕大多數220kV變電所及部分110kV變電所的主變壓器都是使用該保護，兩套保護的設計理念上的不同之處，其中最大的改進是差動流變相位補償的方法，這對增加勵磁涌流制動的可靠性有很大的意義。對此，本文將結合本人的學習和理解進行比較、分析和說明。

眾所周知，變壓器差動保護的基本原理是基于基爾霍夫電流定律的，即對于一個節點而言，其流入電流的總和應與流出電流的總和相等。如果把變壓器差動回路中的總差部分看作是節點，那么由變壓器各側電流互感器二次引入總差回路的部分就是其流入流出分路，倘若有某種原因導致這種流入流出的平衡被打破，則接于總差回路的差動繼電器動作，差動保護動作。 在實際的保護裝置中，差動回路在種種原因下會產生不平衡電流，不平衡電流對保護裝置有著很大的影響，輕則降低保護的靈敏性，重則導致誤動。

而對于電力系統中廣泛采用的Y0，d11接線變壓器而言，二次側電流超前一次側電流30°，若兩側流變二次都接成Y型，也會將30°相位差帶入差流回路中，形成不平衡電流。如(圖1)所示:

傳統的解決方法是將變壓器星形側的流變二次接成三角形，而將三角形側的流變二次接成星形，使星形側電流引入流變二次后超前了30°，剛好與三角形側平衡;而變壓器三角形側相電流轉星形后增大√3倍，這通過流變變比的選取來補償。 但現在的多數微機保護(包括PST1200和RCS978在內)已經摒棄了這種方法，變壓器各側流變均使用星形接線接入保護，使得接線更加簡單，而運用微機保護本身的計算優勢進行軟件補償，增加了精確性和靈活性。

但是PST1200和RCS978兩套保護對于軟件相位補償的方法是不一樣的。對于Y0，d11接線，PST1200采用的是“星轉角”的方式，其相量圖如(圖2)所示，其算法如下式所示:

星形側:Ia=(IA-IB)/3

Ib=(IB-IC)/3

Ic=(IC-IA)/3(式1)

三角形側:Ia=IA

Ib=IB

Ic=IC

有些較老的軟件版本采用的補償算法是

星形側:Ia=(IA-IB)/ √3

Ib=(IB-IC)/ √3

Ic=(IC-IA)/ √3 (式2)

三角形側:Ia=√3IA

Ib=√3IB

Ic=√3IC

兩種算法其實是一回事，都是將星形側轉為三角形進入差流回路。

RCS978的相位補償算法采用的是“角轉星”，其相量圖如(圖3)所示，如下式:

星形側: Ia = (IA-I0)

Ib = (IB-I0)

Ic=(IC-I0)

三角形側:Ia = (IA – IC) /√3

Ib = (IB – IA) / √3

Ic = (IC – IB) /√3

(式 3)

(式1)到(式3)中IA、IB、IC是流變星形側進入保護裝置的電流，Ia、Ib、Ic是經過相位補償后進入差動回路的電流。

RCS978保護的“角轉星”方式相對于“星轉角”，最大的優勢在于對勵磁涌流判據實行分相制動。

所謂勵磁涌流，是指變壓器在空載投入或者外部故障切除后，特別是在電壓過零時合閘，導致變壓器磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，勵磁電流急劇增大，其值可達額定電流的5-10倍，稱為勵磁涌流。 由于勵磁涌流會集中在合閘側，因此導致差動回路產生極大的不平衡電流，使差動保護誤動作，所以主變差動保護都有勵磁涌流閉鎖裝置。

PST1200和RCS978都是用二次諧波制動和波形對稱原理來實現勵磁涌流制動，這是基于勵磁涌流含有明顯的二次諧波分量、波形有間斷角以及含有大量畸波的特性。但是這些判據的取得卻是要通過差動流變接入保護裝置的，那么差動流變的相位補償方法則對判據的生成和使用起著不同的作用。

根據勵磁涌流的性質，合閘初相角α=0°(即電壓過零)時勵磁涌流為最大，而合閘初相角α=90°時，則無勵磁涌流出項。對于三相變壓器而言，每相之間相差120°，則可能在合閘瞬間有一相，也只可能有一相的初相角接近甚至等于90°，則該相的勵磁涌流就很小甚至沒有，在這種情況下，PST1200和RCS978兩種不同的相位補償方式顯示出不同的性能。

設合閘時B相合閘角為90°，勵磁涌流為零;而C相為-30°，A相為210°，都有明顯勵磁涌流。則無論是采用二次諧波制動還是波形對稱制動，制動量IA≠0，IB=0，IC≠0，按照PST1200的“星轉角”方式， 由(式 1)可得，流入差動回路的星形側補償后

Ia≠0，

Ib≠0，

Ic≠0

三相均有勵磁涌流制動量。如(圖4)所示，a圖為補償前的三相電流波形，b圖為補償后的三相電流波形。

因此在PST1200中是采用或門進行閉鎖，即任意一相出現勵磁涌流，即閉鎖三相，這樣當合閘于故障變壓器時會產生誤閉鎖，導致保護拒動。

而按照RCS978的“角轉星”方式，星形側是不進行轉換的，按照(式 3)補償后依然是

Ia≠0，

Ib=0，

Ic≠0

如(圖4)的a圖三相電流波形補償后依然是a圖所示。此時可以實現按相判別，由于B相沒有勵磁涌流，因此B相的差動元件依然開放，當合閘于故障變壓器時，B相可以正確啟動保護動作以切除故障。

由以上分析可知，RCS978這種“角轉星”的相位補償方式，使得勵磁涌流的分相閉鎖能夠得以實現，避免了合閘于故障變壓器時因勵磁涌流閉鎖而導致保護拒動，這正是RCS978比PST1200優越的地方。

同時需要指出的是，極少數時候下會出現明明勵磁涌流很大，但二次諧波含量卻極少的情況，這使得RCS978的分相閉鎖方式會產生保護誤動的可能性，因此RCS978同時引入了三次諧波制動。并且按照主變保護雙重化的規定，一臺主變壓器采用兩套RCS978保護，通過控制字分別選擇諧波制動和波形對稱制動，這樣最大限度上避免了這種誤動情況的發生。

參考文獻:

1.《電力系統繼電保護》 高永昌主編 水利電力出版社

2.《變電運行現場技術問答》 張全元主編 中國電力出版社

3.《RCS-978型變壓器成套保護裝置技術說明書(220kV版)》

4.《PST1200系列數字式變壓器保護說明書》