分相差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)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(dòng)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(dòng)保護(hù)裝置早已取代了傳統(tǒng)的差動(dòng)繼電器。變壓器差動(dòng)保護(hù)作為保護(hù)變壓器本體外故障的主保護(hù)，對(duì)變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。所以對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的定檢工作就顯得尤為重要［1］。

實(shí)際工作中，繼電保護(hù)工作人員在做主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流試驗(yàn)和差動(dòng)速斷試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題:在做主變壓器分相差動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，比如做A 相差動(dòng)時(shí)，報(bào)文顯示為A、C 相差動(dòng)動(dòng)作;做B 相差動(dòng)時(shí)，報(bào)文顯示:B、A 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。做C 相差動(dòng)時(shí)，報(bào)文顯示:C、B 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。同時(shí)涉及到的平衡系數(shù)也需要手動(dòng)計(jì)算，甚至需要自己推算，然而計(jì)算的方法各個(gè)廠家可能都有所差別。以下對(duì)微機(jī)差動(dòng)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(dòng)保護(hù)的接線圖

圖1 所示的接線圖中包含了兩個(gè)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(duì)Y 側(cè)CT 一次電流相位進(jìn)行補(bǔ)償;

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

基于圖1 分析出來(lái)的兩個(gè)內(nèi)容正是做分相差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)所要首先了解的問(wèn)題，下面就從平衡系數(shù)的計(jì)算著手，分幾步來(lái)開始研究分相差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)。

1 對(duì)平衡系數(shù)及接線系數(shù)的分析

在研究變壓器的運(yùn)行問(wèn)題時(shí)，希望有一個(gè)既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又能便于工程計(jì)算的等效電路，來(lái)代替既有電路、又有磁路和電磁感應(yīng)聯(lián)系的實(shí)際變壓器。為建立這樣的一個(gè)等效電路，需要把兩個(gè)在電的方面沒(méi)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(shí)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(duì)于發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)，由于其兩側(cè)電流相位和大小均沒(méi)有變化，故不需要?dú)w算。而對(duì)于繼電保護(hù)工作人員接觸得更多的變壓器的差動(dòng)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(yùn)行和外部故障時(shí)兩側(cè)(或三側(cè))流入差動(dòng)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(lái)源。這樣做也正是為了建立一個(gè)等效電路。下面就平衡系數(shù)的計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算:

一次側(cè)額定電流;

高壓側(cè):

中壓側(cè):

低壓側(cè):

對(duì)于微機(jī)保護(hù)，各側(cè)CT 均采用星型接線，簡(jiǎn)化了CT 接線，而在Y 側(cè)通過(guò)微機(jī)差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部的相位轉(zhuǎn)換程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電流的相位補(bǔ)償。在Y 形側(cè)的差動(dòng)一臂中，電流又增大了倍。此時(shí)為保證在正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路中應(yīng)沒(méi)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(yùn)行和外部故障時(shí)輸入差動(dòng)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(jì)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(jì)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(dòng)保護(hù)中的接線系數(shù)均遵循此原則。

2 分相差動(dòng)試驗(yàn)分析

2.1 問(wèn)題

對(duì)于Yn/d11 接線方式，在做主變差動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，如表1 所示，只是單獨(dú)在高壓側(cè)加入某一相電流，報(bào)文會(huì)顯示兩相都會(huì)動(dòng)作。如，在試驗(yàn)儀單獨(dú)在高壓側(cè)加入A 相電流，報(bào)文顯示為:A、C相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。單獨(dú)加入B 相電流，報(bào)文顯示:B、A 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。單獨(dú)加入C 相電流，報(bào)文顯示:C、B 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。這樣的話就不能確定到底是哪項(xiàng)差動(dòng)保護(hù)在動(dòng)作，而差動(dòng)保護(hù)是在做主變定檢時(shí)最難的部分，如果沒(méi)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(huì)有一個(gè)不平衡電流流入差動(dòng)繼電器，此時(shí)，要對(duì)Y 側(cè)CT 一次電流進(jìn)行相位補(bǔ)償，傳統(tǒng)的方法是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)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(guò)來(lái)。

表1 主變差動(dòng)試驗(yàn)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(bǔ)償。而無(wú)論是通過(guò)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(lái)分析原因。圖2 (a)所示為Y，d11 接線變壓器的縱差動(dòng)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?，F(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(shí)現(xiàn)的功能一樣，用傳統(tǒng)的接線方式來(lái)說(shuō)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(dòng)回路兩側(cè)的電流就是同相位的了。

3 解決方案

試驗(yàn)前需要做的安全措施:在差動(dòng)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(hào)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(guò)差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流可表達(dá)為以下形式:

圖2 傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)接線原理圖

B 相差動(dòng)電流:

4 結(jié)束語(yǔ)

以三繞組YN，a0.d11 接線方式變壓器為例，分析了試驗(yàn)中必然涉及的平衡系數(shù)、接線系數(shù)的計(jì)算方法;簡(jiǎn)單起見，以兩繞組Y/d－11 接線方式變壓器為例(對(duì)于三繞組差動(dòng)，方法也類似)，對(duì)主變壓器分相差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)進(jìn)行了探究。指出了計(jì)算平衡系數(shù)需要除以接線系數(shù)的原因，而針對(duì)差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)中報(bào)文顯示有兩相差動(dòng)保護(hù)總是會(huì)同時(shí)動(dòng)作這種情況，在分析了原因的同時(shí)，提出了主變壓器分相差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)方法，使微機(jī)保護(hù)裝置報(bào)文能夠正確的分相顯示差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，解決了所遇到的這個(gè)問(wèn)題。這有利于繼電保護(hù)、變電運(yùn)行、變電站綜合自動(dòng)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(yùn)璆，史乃.電機(jī)學(xué)(第二版) ［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.