變壓器比率差動保護調試新方法的應用分析

魏本成

(國網山東省電力公司德州供電公司，山東 德州 253000)

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變壓器比率差動保護調試新方法的應用分析

魏本成

(國網山東省電力公司德州供電公司，山東 德州 253000)

介紹變壓器比率差動保護調試新方法研究背景，從選點(標幺值坐標)、計算試驗電流、加量驗證保護動作等方面分析主變壓器比率差動保護校驗法的校驗步驟，并通過實例對該方法的應用效果進行驗證，結果表明該方法在變壓器比率差動保護調試應用中，能減少計算量50%左右，節約時間60%左右，可有效降低因過量動作對保護元器件的損害。

比率差動；邊界折線；差動電流；制動電流

差動保護是變壓器的電氣量主保護，分為差速斷保護和比率差動保護，差速斷保護原理是基爾霍夫電流定律(KCL)，簡單可靠，時效性好，但為了防止“區外穿越故障TA誤差”或“勵磁涌流”等非區內故障造成保護誤動，差速斷保護的定值一般設置的比較大，這樣可能造成區內非嚴重故障時差速斷保護拒動，故引入變壓器比率差動保護。差速斷保護是原理最簡單的保護，驗證起來很簡單，但引入制動條件的比率差動保護調試起來就復雜得多。

1 比率差動保護調試新方法研究背景

比率差動保護邏輯調試是變電二次設備調試中最復雜的。傳統的調試方法是：固定一側試驗電流；微調另一側試驗電流；找出比率差動邊界點(有名值)；計算確定出該邊界點在比率差動曲線上的坐標(標幺值坐標)；重復前面四步找出另一個標幺值坐標；根據兩個點的標幺值坐標計算斜率；比對計算斜率與定值斜率是否一致。

這種調試方法在實際應用中有三方面缺點：一是需要保護裝置數十次甚至上百次動作，損害元器件；二是試驗電流是有名值，尋點費時費力；三是計算量大。故此，研究出了“選點、計算試驗電流、加量驗證保護動作、微調試驗電流保護不動作進而確定所選點是動作邊界”的四步法，可方便快捷地校驗變壓器比率差動保護。

2 比率差動保護動作邊界原理

變壓器比率差動保護即是引入制動條件的差動保護，保護范圍以二維平面形式體現，橫坐標為制動電流，縱坐標為差動電流，差動電流是各側電流歸算后的矢量和，不同的保護廠家對制動電流可能有不同的定義。

為研究變壓器比率差動保護調試方法，現以某一種比率差動保護為例，其動作特性見圖1。圖1中， 縱坐標Id是差動電流，橫坐標Ires是制動電流，折線是比率差動保護的動作邊界線，Id0是比率差動保護的動作門檻值，Kr1為第1段折線斜率，Kr2為第2段折線斜率，折線的2個折點橫坐標為K1Ie和K2Ie。圖1中，折線上方為比率差動保護的動作區，折線下方為比率差動保護的制動區。

圖1 比率差動保護動作特性

例中比率差動保護的差動電流和制動電流具體定義如下：

(1)

式(1)中的電流量均是矢量，為歸算后的各側電流。該比率差動保護的動作域(即圖1中的動作區)如下：

(2)

整定保護裝置設備參數定值。整定變壓器接線方式為YY△-11；整定高、中、低三側額定容量分別為180 MVA、180 MVA和90 MVA；整定高、中、低三側額定電壓分別為230 kV、121 kV和38.5 kV；整定高、中、低三側TA變比分別為800/5、1200/5和1500/5；整定比率差動門檻值Id0為0.4Ie。

以上所舉例保護的制動斜率Kr1和Kr2分別為0.5和0.8，2個折點的橫坐標K1Ie和K2Ie分別為0.5Ie和5Ie。

將Id0、Kr1、Kr2、K1Ie和K2Ie的數值代入邊界折線，易知2個折點G1、G2的坐標：G1(0.5Ie,0.4Ie)，G2(5Ie,2.65Ie)。

繼而得出比率差動保護的動作域如下。

(3)

3 主變壓器比率差動保護校驗新方法

驗證主變壓器比率差動保護，即驗證上述邊界條件，可以通過四步實現：第1步，任意選取合適的邊界點，該點的坐標都是標幺值(橫坐標為制動電流標幺值，縱坐標為差動電流標幺值)；第2步，將所選的邊界點坐標帶入差動電流和制動電流公式(式2)，計算出試驗電流；第3步，施加計算出的試驗電流，驗證該點動作；第4步，固定一側試驗電流，微調另一側試驗電流(微調方向是使差流減小)，保護不動作，即確定該任意邊界點確實為保護動作邊界。

3.1 在動作邊界折線上選點

邊界點以選擇各段折線的中段位置為佳，在圖1比率制動折線上第2段上選取合適的邊界點G3。選點時先選合適的橫坐標，比如選G3的橫坐標為2.5Ie，易知G3的縱坐標為{0.4Ie+(2.5Ie-0.5Ie)×0.5}，得出邊界點G3為(2.5Ie,1.4Ie)，用此點驗證主變高低壓側比率差動保護。

3.2 計算試驗所加試驗電流

故得出：

3.3 施加計算出的試驗電流，驗證保護動作

用繼電保護試驗儀在保護裝置上施加計算出來的試驗電流：在高壓側U相電流端子施加電流15.65∠0°(狀態序列菜單中的U相電流)，在保護屏低壓側U相電流端子施加電流8.1∠180°(狀態序列菜單中的V相電流)，在保護屏低壓側W相電流端子施加電流8.1∠0°(狀態序列菜單中的W相電流)，具體參看表1，觸發時間設為0.1 s。

表1 校驗比率差動保護施加模擬量

電流相別電流幅值/A電流初相角/°電流頻率/HzIU15.65050IV8.1018050IW8.10050

觸發之后，主變比率差動保護瞬動，動作報告參看表2。

表2 保護裝置比率差動保護動作報告

動作情況動作時間/ms整組相別差動電流制動電流整組啟動0---比差動作19U相1.42Ie2.53Ie--V相0.01Ie2.53Ie比差動作21W相1.42Ie2.53Ie

表2中可清楚看到，故障態施加19 ms和21 ms時，U相比率差動和W相比率差動分別動作，并且兩者的差動電流和制動電流與所選點的坐標一致，說明試驗電流計算正確，并且所選點確在比率差動保護動作區。

3.4 微調試驗電流，驗證所選點確為邊界條件

將試驗電流中較小的電流增大5%,即高壓側U相電流不變，仍為15.65∠0°，低壓側U相電流8.5∠180°(狀態序列菜單中的V相電流)，低壓側W相電流8.5∠0°(狀態序列菜單中的W相電流)。試驗結果是：0 ms時，保護啟動，接下來沒有動作序列，比率差 動保護確實不動作。這就驗證了G3(2.5Ie,1.4Ie)確為比率差動保護的動作邊界點。

4 應用情況及效果

4.1 應用情況

自2013年以來，市供電公司所有主變壓器比率差動保護調試都擺脫了驗證比率的傳統方法，全部使用新“四步法”來校驗。截至2016年年底，使用新“四步法”共完成了30余次主變壓器保護新裝檢驗和60余次主變壓器保護定期檢驗的比率差動保護調試工作。自2016年2月開始，將新“四步法”向所有下轄縣供電公司推廣，先后組織了3次大型培訓工作，新方法收到了參培者的普遍好評。

4.2 應用效果

“四步法”相比于傳統方法在實際應用中有3大優點。首先是計算量減小，傳統方法至少要算2個邊界點的坐標，新方法只需計算一個邊界點的試驗電流，計算量減半；其次是更節省時間，傳統方法需要多次盲目地試驗才能找到兩個邊界點的試驗電流，而新方法在邊界折線上任意選點，分分鐘就能確定邊界點的坐標，統計結果表明，至少比傳統方法省時60%以上；第三，新方法保護裝置動作次數大量減少，能有效減小對保護元件的損害。

應用“四步法”以來，變壓器保護全檢工期縮短了1天。4年來，使用新方法完成了90余臺次的變壓器比率差動保護調試工作，其中雙配置的保護有60余次，細算下來有至少節省了60多個工作日。另外，2015年3月，使用新“四步法”，檢出了某110 kV變電站比率差動保護邏輯錯誤(其差動保護門檻值可以整定，但整定為任何值其比率差動曲線都不會上下移動)。

5 結束語

變壓器比率差動保護調試新方法針對某一具體的保護邏輯，在動作邊界折線上選點的方式是“隨機選點”，具有普遍性，在理論上站得住腳。相較于傳統的調試方法，該方法可使保護裝置動作次數大大減少，有效降低因過量動作對保護元器件的損害；調試過程中可使計算量減少一半，從而更加方便快捷地校驗比率差動保護。

本文責任編輯：楊秀敏

Application Analysis of New Test Method for Transformer Ratio Differential Protection

Wei Bencheng

(Shandong Dezhou Power Supply Company of State Grid,Dezhou 253000,China)

This paper introduces the reason of a new test method research for transformer ratio differential protection,elaborates the measure of the new test method,which is based on select a point (its coordinate is relative value),calculats the test current, uses the calculated test current to do experiment and so on.We use practical example to prove the application effect of the new test method, and obtain the results:Compared to traditional test method in application,the new test method can reduce haif of the calculateion work,can save 60% of work time;and what's more,the new method do not need the relay protection device act that many times,this will reduce damage to the relay protection device effectively.

ratio differential;orotection area boundary;differential current;resistance current

2016-12-13

魏本成(1986- )，男，工程師，主要從事電力系統變電部分繼電保護工作。

TM407

B

1001-9898(2017)03-0020-03