PST1200和RCS978保護(hù)中差動(dòng)流變相位補(bǔ)償方法對(duì)勵(lì)磁涌流制動(dòng)的影響

摘 要：變壓器保護(hù)差動(dòng)保護(hù)的原理；差動(dòng)流變相位補(bǔ)償?shù)脑恚籔ST1200和RCS978保護(hù)分別如何實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償；勵(lì)磁涌流的概念；不同補(bǔ)償方法對(duì)勵(lì)磁涌流制動(dòng)的影響及優(yōu)缺點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：PST1200 RCS978 差動(dòng)保護(hù) 勵(lì)磁涌流 相位補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM772文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2011)01(b)-0110-02

國電南京自動(dòng)化股份公司生產(chǎn)的PST1200微機(jī)型變壓器保護(hù)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(hù)，我公司絕大多數(shù)220kV變電所及部分110kV變電所的主變壓器都是使用該保護(hù)，幾年來我公司的運(yùn)行和繼保工作人員對(duì)于該保護(hù)的原理及使用特性基本了解。隨著220kV京口變電所的投運(yùn)，其1號(hào)主變壓器采用了南瑞繼保公司生產(chǎn)的RCS978微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置。本人經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和研究，找到了兩套保護(hù)的一些設(shè)計(jì)理念上的不同之處，其中最大的改進(jìn)是差動(dòng)流變相位補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ@對(duì)增加勵(lì)磁涌流制動(dòng)的可靠性有很大的意義。對(duì)此，本文將結(jié)合本人的學(xué)習(xí)和理解進(jìn)行比較、分析和說明。

眾所周知，變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫電流定律的，即對(duì)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，其流入電流的總和應(yīng)與流出電流的總和相等。如果把變壓器差動(dòng)回路中的總差部分看作是節(jié)點(diǎn)，那么由變壓器各側(cè)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?qū)е逻@種流入流出的平衡被打破，則接于總差回路的差動(dòng)繼電器動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。 在實(shí)際的保護(hù)裝置中，差動(dòng)回路在種種原因下會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，不平衡電流對(duì)保護(hù)裝置有著很大的影響，輕則降低保護(hù)的靈敏性，重則導(dǎo)致誤動(dòng)。

而對(duì)于電力系統(tǒng)中廣泛采用的Y0，d11接線變壓器而言，二次側(cè)電流超前一次側(cè)電流30°，若兩側(cè)流變二次都接成Y型，也會(huì)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(tǒng)的解決方法是將變壓器星形側(cè)的流變二次接成三角形，而將三角形側(cè)的流變二次接成星形，使星形側(cè)電流引入流變二次后超前了30°，剛好與三角形側(cè)平衡；而變壓器三角形側(cè)相電流轉(zhuǎn)星形后增大√3倍，這通過流變變比的選取來補(bǔ)償。 但現(xiàn)在的多數(shù)微機(jī)保護(hù)（包括PST1200和RCS978在內(nèi)）已經(jīng)摒棄了這種方法，變壓器各側(cè)流變均使用星形接線接入保護(hù)，使得接線更加簡(jiǎn)單，而運(yùn)用微機(jī)保護(hù)本身的計(jì)算優(yōu)勢(shì)進(jìn)行軟件補(bǔ)償，增加了精確性和靈活性。

但是PST1200和RCS978兩套保護(hù)對(duì)于軟件相位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ遣灰粯拥摹?duì)于Y0，d11接線，PST1200采用的是“星轉(zhuǎn)角”的方式，其相量圖如（圖2）所示，其算法如下式所示。

星形側(cè)：Ia=(IA-IB)/3

Ib=(IB-IC)/3

Ic=(IC-IA)/3(1)

三角形側(cè)： Ia=IA

Ib=IB

Ic=IC

有些較老的軟件版本采用的補(bǔ)償算法是

星形側(cè)：Ia=(IA-IB)/ √3

Ib=(IB-IC)/ √3

Ic=(IC-IA)/ √3(2)

三角形側(cè)：Ia=√3IA

Ib=√3IB

Ic=√3IC

兩種算法其實(shí)是一回事，都是將星形側(cè)轉(zhuǎn)為三角形進(jìn)入差流回路。

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

星形側(cè)： Ia =(IA-I0)

Ib = (IB-I0)

Ic=(IC-I0)

三角形側(cè)：Ia=(IA IC) /(3)

Ib = (IB IA) /

Ic = (IC IB) /

式（1)到式（3）中IA、IB、IC是流變星形側(cè)進(jìn)入保護(hù)裝置的電流，Ia、Ib、Ic是經(jīng)過相位補(bǔ)償后進(jìn)入差動(dòng)回路的電流。

RCS978保護(hù)的“角轉(zhuǎn)星”方式相對(duì)于“星轉(zhuǎn)角”，最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)勵(lì)磁涌流判據(jù)實(shí)行分相制動(dòng)。

所謂勵(lì)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(shí)合閘，導(dǎo)致變壓器磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，勵(lì)磁電流急劇增大，其值可達(dá)額定電流的5～10倍，稱為勵(lì)磁涌流。由于勵(lì)磁涌流會(huì)集中在合閘側(cè)，因此導(dǎo)致差動(dòng)回路產(chǎn)生極大的不平衡電流，使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，所以主變差動(dòng)保護(hù)都有勵(lì)磁涌流閉鎖裝置。

PST1200和RCS978都是用二次諧波制動(dòng)和波形對(duì)稱原理來實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁涌流制動(dòng)，這是基于勵(lì)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(jù)的取得卻是要通過差動(dòng)流變接入保護(hù)裝置的，那么差動(dòng)流變的相位補(bǔ)償方法則對(duì)判據(jù)的生成和使用起著不同的作用。

根據(jù)勵(lì)磁涌流的性質(zhì)，合閘初相角α=0°（即電壓過零）時(shí)勵(lì)磁涌流為最大，而合閘初相角α=90°時(shí)，則無勵(lì)磁涌流出項(xiàng)。對(duì)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(lì)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(bǔ)償方式顯示出不同的性能。

設(shè)合閘時(shí)B相合閘角為90°，勵(lì)磁涌流為零；而C相為-30°，A相為210°，都有明顯勵(lì)磁涌流。則無論是采用二次諧波制動(dòng)還是波形對(duì)稱制動(dòng)，制動(dòng)量IA≠0，IB=0，IC≠0，按照PST1200的“星轉(zhuǎn)角”方式，由式(1）可得，流入差動(dòng)回路的星形側(cè)補(bǔ)償后

Ia≠0，

Ib≠0，

Ic≠0

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

因此在PST1200中是采用或門進(jìn)行閉鎖，即任意一相出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，即閉鎖三相，這樣當(dāng)合閘于故障變壓器時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤閉鎖，導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。

而按照RCS978的“角轉(zhuǎn)星”方式，星形側(cè)是不進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，按照式（3）補(bǔ)償后依然是

Ia≠0，

Ib=0，

Ic≠0

如（圖4）的a圖三相電流波形補(bǔ)償后依然是a圖所示。此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)按相判別，由于B相沒有勵(lì)磁涌流，因此B相的差動(dòng)元件依然開放，當(dāng)合閘于故障變壓器時(shí)，B相可以正確啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作以切除故障。

由以上分析可知，RCS978這種“角轉(zhuǎn)星”的相位補(bǔ)償方式，使得勵(lì)磁涌流的分相閉鎖能夠得以實(shí)現(xiàn)，避免了合閘于故障變壓器時(shí)因勵(lì)磁涌流閉鎖而導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)，這正是RCS978比PST1200優(yōu)越的地方。

同時(shí)需要指出的是，極少數(shù)時(shí)候下會(huì)出現(xiàn)明明勵(lì)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(huì)產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)的可能性，因此RCS978同時(shí)引入了三次諧波制動(dòng)。并且按照主變保護(hù)雙重化的規(guī)定，一臺(tái)主變壓器采用兩套R(shí)CS978保護(hù)，通過控制字分別選擇諧波制動(dòng)和波形對(duì)稱制動(dòng)，這樣最大限度上避免了這種誤動(dòng)情況的發(fā)生。

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