发变组数字式差动保护试验方法21883.pdf

1 数字式发电机、变压器差动保护试验方法 我们知道，变压器、发电机的电气主保护为纵向电流差动保护，该保护原理成熟，动作成功率高，从常规的继电器保护到晶体管保护再到现在的微机保护，保护原理都没有多大改变，只是实现此保护的硬件平台随着电子技术的发展在不断升级，使我们的日常操作维护更方便、更容易。传统继电器差动保护是通过差动 CT 的接线方式与变比大小不同来进行角度校正及电流补偿的，而微机保护一般接入保护装置的 CT 全为星型接法，然后通过软件移相进行角差校正，通过平衡系数来进行电流大小补偿，从而实现在正常运行时差流为零，而变压器内部故障时，差流很大，保护动作。由于变压器正常运行和故障时至少有 6 个电流（高、低压侧），而我们所用的微机保护测试仪一般只能产生 3 个电流，因此要模拟主变实际故障时的电流情况来进行差动试验，就要求我们对微机差动保护原理理解清楚，然后正确接线，方可做出试验结果，从而验证保护动作的正确性。下面我们以国电南京自动化设备总厂电网控制技术有限公司的 ND300 系列的发变组差动保护为例来具体说明试验方法，其他厂家的应该大同小异。这里我们选择 ND300 系列数字式变压器保护装置中的 NDT302 型号作为试验对象。该型号的差动保护定值（已设定）如下：NDT302变压器保护装置保护定值单 序号 保护继电器 定值名称 整定大小 步长 01 变压器额定参数 变压器容量 5MVA 0.1 MVA 变压器侧接线方式-11 变压器高压侧接线方式 Y 变压器低压侧接线方式 高压侧一次额定电压 35kV 0.1 kV 低压侧一次额定电压 10kV 0.1 kV 差动高压侧 TA 原边 200A 1 A 差动高压侧 TA 副边 5.00A 差动低压侧 TA 原边 600A 1 A 差动低压侧 TA 副边 5.00A 后备高压侧 TA 原边 200A 1 A 后备高压侧 TA 副边 5.00A 后备低压侧 TA 原边 600A 1 A 2 序号 保护继电器 定值名称 整定大小 步长 后备低压侧 TA 副边 5.00A 02 变压器差动保护 涌流识别方式 二次谐波 差动速断压板 投入 差动速断电流定值 12Ie 0.01 Ie 比率差动压板 投入 比率差动门槛电流 0.8Ie 0.01 Ie 制动曲线拐点电流 1Ie 0.01 Ie 比率制动曲线斜率 0.50 0.01 二次谐波制动系数 0.2 0.01 TA 断线信号压板 退出 TA 断线闭锁差动压板 退出 TA 断线解除闭锁定值 1.00Ie1.30Ie 0.01 Ie 根据上面变压器的参数可以求出差动高压侧 CT 变比为：Th200/540，差动低压侧 CT 变比为：Tl600/5120。主变高压侧一次额定电流为：Ih=5106/(335103)82.48A,主高压侧二次额定电流为：Ihe82.48/402.05A，则定值中的 Ie3Ihe=3.56A，这里一定要注意 Ie 与 Ihe 的区别，Ie 是 Ihe 移相后的值，因此有个3倍，由于厂家不同，对此定义可能会有出入，下面会通过向量图具体分析。低压侧一次额定电流为：Il5106/(310103)288.68A,低压侧二次额定电流为：Ile288.68/120=2.41A。只要主变参数确定，这些值保护装置会自动计算，并通过菜单定值项中的“内部定值”提供给用户，无需另外计算，使用起来非常方便，这也是该产品的一个特色。下面我们先来分析一下微机差动保护的算法原理。这里以 Y/-11主变接线为例，传统继电器差动保护是通过把主变高压侧的二次 CT 接成，把低压侧的二次 CT 接成 Y 型，来平衡主变高压侧与低压侧的 300相位差的，然后再通过二次 CT 变比的不同来平衡电流大小的，接线时要求接入差动继电器的电流要相差 1800，即是逆极性接入。具体接线如图 1：3 图 1 其中，I。AY为高压侧一次电流，I。ay为高压侧二次电流。I。A为低压侧一次电流，I。a为低压侧二次电流。KD1、KD2、KD3 分别为 A、B、C 三相差动继电器。而微机保护要求接入保护装置的各侧 CT 均为 Y 型接线，显而易见移相是通过软件来完成的，下面来分析一下微机软件移相原理。ND300 系列变压器差动保护软件移相均是移 Y 型侧，对于侧电流的接线，TA 二次电流相位不调整。电流平衡以移相后的 Y 型侧电流为基准，侧电流乘以平衡系数来平衡电流大小。若侧为-11接线，软件移相的向量图如图 2：图 2 4 其中，Iah、Ibh、Ich分别为高压侧A、B、C 三相电流，IAh、IBh、ICh分别为高压侧移相后的 A、B、C 三相电流，Ial、Ibl、Icl分别为低压侧三相电流。其校正方法如下：BAAIII；CBBIII；ACCIII（AI、BI、CI类同上图中的Iah、Ibh、Ich，AI、BI、CI类同上图中的IAh、IBh、ICh）。式中：AI、BI、CI为 Y 侧 TA 二次电流，AI、BI、CI为 Y 侧校正后的各相二次电流。只所以这么移，如果接入差动保护装置的 CT 为逆极性接入，则AI与 Ia（低压侧 A 相电流）相同，BI与 Ib（低压侧 B 相电流），CI与 Ic（低压侧 C 相电流），正好相差 180 度，这样角度差就被校正过来了。以A 相为例，很明显移相后,AI=3AI，这样低压侧来平衡高压侧时就有AI3IhBlIl，则有 Bl3IlIh=3TlUlSThUhS33=3UhUlThTl，其中 Bl 为低压侧平衡系数，Ih 为高压侧一次电流，Il 为低压侧一次电流，S 为主变容量，Uh、Ul 分别为主变高低压侧一次电压，Th、Tl 分别为高低侧 CT 变比。根据以上公式可以算出此主变保护低压侧平衡系数为：Bl3UhUlThTl33510401201.485，此值也是由保护装置在“内部定值”中自动算出。如果侧为-1 接线，其校正方法如下：cAAIII；ABBIII；BCCIII 由此可以看出如果在高压侧加一相电流，则会产生两相差流，对于主变接线为 Y/-11接线的，如果只在高压侧 A 相加电流，则 A、C 相会有差流，只在高压侧 B 相加电流，则 A、B 相会有差流，只在高压侧 C 相加电流，则 B、C 相会有差流。那么如果用只能产生三相电流的继电保护试验仪来做差动保护试验，则所加电流的方法如下：1、高压侧加 A 相电流，则低压侧要加 A、C 相电流(用继电保护试验仪的 A 相电流作为主变高压侧 A 相电流，用继电保护试验仪的 B、C 相电流作为主变低压侧 A、C 相电流，且继电保护试验仪的 A、B、C相电流角度分别为：00、1800、00)。我们要做主变 A相差动保护试验，如果高压侧只加 A相电流，C相必然会产生差流，因此在主变低压 5 侧除了 A相要加电流来验证差动方程外，在 C相也要加上电流来平衡高压侧 A相在 C相产生的差流。以下两点类同。2、高压侧加 B 相电流，则低压侧要加 A、B 相电流(用继电保护试验仪的 A 相电流作为主变高压侧 B 相电流，用继电保护试验仪的 B、C 相电流作为主变低压侧 B、A 相电流，且继电保护试验仪的 A、B、C 相电流角度分别为：00、1800、00)。3、高压侧加 C 相电流，则低压侧要加 C、B 相电流(用继电保护试验仪的 A 相电流作为主变高压侧 A 相电流，用继电保护试验仪的 B、C 相电流作为主变低压侧 C、B 相电流，且继电保护试验仪的 A、B、C 相电流角度分别为：00、1800、00)。4、下面分析一下差动保护的曲线及动作方程。此差动保护的动作曲线如图 3：Id 图 3 比率差动动作方程为：)()(GDrGDrCDdIIIIKII ISD ICD 速断动作区 差动动作区 K.制动区 IGD Ir 6 CDdII )(GDrII 其中（以三卷变为例）：|.|321IIIId 2.3.21.IIIIr 式中：Id为差动电流，Ir为制动电流，ISD为差动速断定值，ICD为比率差动门槛值，IGD为拐点定值，K 为制动系数，1.I、2.I、3.I为变压器各侧归算到高压侧后的电流。由图可以知道，一条水平线段和一条斜率为 K 的射线把整个一象限分为动作区和制动区两部分。实际上动作方程就是一个分为两段的分段函数，一段为水平线段的常函数，另一段为一斜率为 K 的直线，因此做试验时也要分为两部分。第一部分只要满足：Id(ICD=0.8Ie=2.85A)Ir 2.85，I5.27 或者 I1.45 (5+1.485I)/23.56，I1.43 由此看出，如果高压侧所加电流大于 5A，则在低压侧加大于 5.27A 或者小于 1.45A 电流就可以满足条件，则 A 相就可以在曲线的水平段动作。很明显由于移相的原因，C 相会产生 5A的差流，因此为防止 C 相差动保护作，需要在低压侧 C 相加 5/1.4853.37A 的电流来平衡。以上只是举了一个例子，读者也可以先加低压侧电流，再根据不等式方程求出要差动保护动作高压侧所要加的电流理论值范围。下面我们来验证斜率为 K 的直线部分动作特性（如图3 中的 A 点），此部分的动作方程为：I g dIrIcdId2.85，I5.27 或者 I3.56，I1.43 3.56-1.485I)/2+(5-2.85|1.485I-5|0.5，I6.54 7 由以上不等式可以看出如果在主变高压侧加 5A 的电流，则在低压侧 A 相 1.43AIICD Ir 0.81,I3.81 (3+I)/23.23 I3.46 所以当中性点所加电流 I0.81,I5.81 (5+I)/23.23 I1.46 23.32581.0|5|II0.5 I7.25 所以当中性点所加电流 1.46I7.25A 时，差动保护在曲线的直线部分动作。以上就是变压器和发电机数字式差动保护的试验方法，本文的主要目的就是通过做试验来加深继电保护工作者对差动保护原理的理解，反过来，当我们对其原理理解的透彻了，相信还会有更好的试验方法。