分相差動保護(hù)試驗分析

代偉

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000)

0 前言

微機(jī)差動保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，微機(jī)差動保護(hù)裝置早已取代了傳統(tǒng)的差動繼電器。變壓器差動保護(hù)作為保護(hù)變壓器本體外故障的主保護(hù)，對變壓器安全穩(wěn)定運行起到了至關(guān)重要的作用。所以對變壓器差動保護(hù)裝置的定檢工作就顯得尤為重要［1］。

實際工作中，繼電保護(hù)工作人員在做主變壓器差動保護(hù)動作電流試驗和差動速斷試驗時經(jīng)常遇到這樣的問題:在做主變壓器分相差動試驗時，比如做A 相差動時，報文顯示為A、C 相差動動作;做B 相差動時，報文顯示:B、A 相差動保護(hù)動作。做C 相差動時，報文顯示:C、B 相差動保護(hù)動作。同時涉及到的平衡系數(shù)也需要手動計算，甚至需要自己推算，然而計算的方法各個廠家可能都有所差別。以下對微機(jī)差動保護(hù)裝置工作原理作進(jìn)一步的探究學(xué)習(xí)。以常見的Y/△11繞組接線方式的變壓器為例，其接線圖及電流正方向進(jìn)行定義如圖1 所示。

圖1 差動保護(hù)的接線圖

圖1 所示的接線圖中包含了兩個方面的內(nèi)容:

1)由于Y/△11 接線方式，導(dǎo)致兩側(cè)一次電流之間出現(xiàn)30°的相位偏移，所以應(yīng)對Y 側(cè)CT 一次電流相位進(jìn)行補償;

2)由于變壓器兩側(cè)電壓等級不同，所以兩側(cè)CT 二次電流有名值不能直接進(jìn)行運算，二者必須歸算到同一側(cè)。

基于圖1 分析出來的兩個內(nèi)容正是做分相差動保護(hù)試驗所要首先了解的問題，下面就從平衡系數(shù)的計算著手，分幾步來開始研究分相差動保護(hù)試驗。

1 對平衡系數(shù)及接線系數(shù)的分析

在研究變壓器的運行問題時，希望有一個既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又能便于工程計算的等效電路，來代替既有電路、又有磁路和電磁感應(yīng)聯(lián)系的實際變壓器。為建立這樣的一個等效電路，需要把兩個在電的方面沒有直接聯(lián)系的高壓側(cè)和低壓側(cè)的不同電壓和電流進(jìn)行繞組歸算，其實就是一種匝數(shù)歸算，而不改變兩側(cè)原有的電磁關(guān)系［2］。顯然，對于發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)，由于其兩側(cè)電流相位和大小均沒有變化，故不需要歸算。而對于繼電保護(hù)工作人員接觸得更多的變壓器的差動保護(hù)，由于變壓器變比的影響，造成兩側(cè)電流不平衡，再考慮到CT 變比，要使得正常運行和外部故障時兩側(cè)(或三側(cè))流入差動繼電器的電流相量和為零，就必須考慮到歸算，這就是平衡系數(shù)的來源。這樣做也正是為了建立一個等效電路。下面就平衡系數(shù)的計算進(jìn)行簡單的介紹:

以某220 kV 變#1 主變A 套保護(hù)為例，定值:

接線組別:YN，a0.d11;

額定容量:120 000/120 000/60 000 kVA;

CT 變比:高壓側(cè):600/5，

中壓側(cè):1 200/5，低壓側(cè):1 000/5;

額定電壓:高壓側(cè):220 kV，

中壓側(cè):115 kV，低壓側(cè):35 kV;

一次側(cè)額定電流:高壓側(cè):314.9 A，

中壓側(cè):602.5 A，低壓側(cè):989.8 A;

CT 二次側(cè)額定電流:高壓側(cè):2.62 A，

中壓側(cè):2.51 A，低壓側(cè):4.95 A;

計算:

一次側(cè)額定電流;

高壓側(cè):

中壓側(cè):

低壓側(cè):

對于微機(jī)保護(hù)，各側(cè)CT 均采用星型接線，簡化了CT 接線，而在Y 側(cè)通過微機(jī)差動保護(hù)內(nèi)部的相位轉(zhuǎn)換程序來實現(xiàn)對一次電流的相位補償。在Y 形側(cè)的差動一臂中，電流又增大了倍。此時為保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中應(yīng)沒有電流，就必須將該側(cè)電流互感器的變比加大倍，以減小二次電流，保證正常運行和外部故障時輸入差動繼電器的電流為額定電流。

這樣處理后的各側(cè)一次額定電流為:

高壓側(cè):

中壓側(cè):

由于低壓側(cè)一次接線方式為三角形，不需要相位轉(zhuǎn)換。

故，選擇CT 變比為:高壓側(cè):600/5，中壓側(cè):1200/5，低壓側(cè):1000/5;

這樣，CT 二次側(cè)額定電流定值為:

高壓側(cè):

中壓側(cè):

低壓側(cè):

由上述分析可知，以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，平衡系數(shù)KPH的求解方法為:

高壓側(cè):

一次側(cè)Y 接線:

一次側(cè)△接線:

中壓側(cè):

一次側(cè)Y 接線:

一次側(cè)△接線:

低壓側(cè):

一次側(cè)Y 接線:

一次側(cè)△接線:

在上述平衡系數(shù)KPH的求解計算式中，可見，CT 接線系數(shù)以一次側(cè)的接線方式為基準(zhǔn)。由上述計算可知:一次側(cè)為Y 接線，則接線系數(shù)為，Δ 接線則為1。差動保護(hù)中的接線系數(shù)均遵循此原則。

2 分相差動試驗分析

2.1 問題

對于Yn/d11 接線方式，在做主變差動試驗時，如表1 所示，只是單獨在高壓側(cè)加入某一相電流，報文會顯示兩相都會動作。如，在試驗儀單獨在高壓側(cè)加入A 相電流，報文顯示為:A、C相差動保護(hù)動作。單獨加入B 相電流，報文顯示:B、A 相差動保護(hù)動作。單獨加入C 相電流，報文顯示:C、B 相差動保護(hù)動作。這樣的話就不能確定到底是哪項差動保護(hù)在動作，而差動保護(hù)是在做主變定檢時最難的部分，如果沒有弄清楚原因，就達(dá)不到定檢的預(yù)期目標(biāo)。

2.2 原因分析

由于變壓器繞組通常采用Y，d11 接線方式，因此，其低壓側(cè)電流相位超前高壓側(cè)30°。二次電流由于相位不同，會有一個不平衡電流流入差動繼電器，此時，要對Y 側(cè)CT 一次電流進(jìn)行相位補償，傳統(tǒng)的方法是將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形，并適當(dāng)考慮聯(lián)接方式后即可把二次電流的相位校正過來。

表1 主變差動試驗數(shù)據(jù)

隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，現(xiàn)在普遍都是CT 用全星形接線，采用相位轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行補償。而無論是通過改變CT 接線方式還是電流轉(zhuǎn)相位元件，其原理都是類似的。下面結(jié)合圖表來分析原因。圖2 (a)所示為Y，d11 接線變壓器的縱差動保護(hù)原理接線圖，圖中為星形側(cè)的一、二次電流，分別為三角形側(cè)的一、二次電流，三角形側(cè)一次電流相位超前星型側(cè)一次電流30°，如圖2 (b)所示。現(xiàn)將星形側(cè)的電流互感器采用相應(yīng)的三角形接線(與轉(zhuǎn)相位元件實現(xiàn)的功能一樣，用傳統(tǒng)的接線方式來說明是為了便于理解)，則其副邊輸出電流為，剛好與同相位，如圖2 (c)所示。這樣差動回路兩側(cè)的電流就是同相位的了。

3 解決方案

試驗前需要做的安全措施:在差動保護(hù)接線端子處打開高、低壓側(cè)三相電流及N 相電流連接片，并在高、低壓側(cè)電流端子尾端用電流短接片短接，防止CT 二次側(cè)開路。拆脫相關(guān)的出口跳閘及信號等線，斷開控制電源。

由前述可知，以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，則接線方式為三角形的低壓側(cè)接線系數(shù)為1，所以其的平衡系數(shù)為，結(jié)合圖2 (a)～ (c)，可得流過差動繼電器的差動電流可表達(dá)為以下形式:

圖2 傳統(tǒng)的差動保護(hù)接線原理圖

B 相差動電流:

4 結(jié)束語

以三繞組YN，a0.d11 接線方式變壓器為例，分析了試驗中必然涉及的平衡系數(shù)、接線系數(shù)的計算方法;簡單起見，以兩繞組Y/d－11 接線方式變壓器為例(對于三繞組差動，方法也類似)，對主變壓器分相差動保護(hù)試驗進(jìn)行了探究。指出了計算平衡系數(shù)需要除以接線系數(shù)的原因，而針對差動保護(hù)試驗中報文顯示有兩相差動保護(hù)總是會同時動作這種情況，在分析了原因的同時，提出了主變壓器分相差動保護(hù)試驗方法，使微機(jī)保護(hù)裝置報文能夠正確的分相顯示差動保護(hù)動作，解決了所遇到的這個問題。這有利于繼電保護(hù)、變電運行、變電站綜合自動化等工作的更好開展。

［1］陳生貴.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.重慶大學(xué)出版社，2003.

［2］湯蘊璆，史乃.電機(jī)學(xué)(第二版) ［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.