浅谈变压器比率制动作法.doc

.浅谈变压器稳态比率制动作法随着微机继电保护在电力系统的普及，差动保护作为线路、变压器和母线的主保护以其灵敏度高、动作快，发挥着越来越重要地作用。差动保护主要的测试项目是稳态比率制动。在不同的保护对象中，测试变压器比率制动相当麻烦。原因有三：第一、要根据变压器容量和接线组别，计算各侧额定电流和确定相位关系；第二、保护厂家不同，差动保护公式是不一样的，有的还需要计算平衡系数；第三、考虑到相位校正、零流抵消等因数，试验接线比较复杂。综合上述原因，继电保护人员往往不得要领，既浪费时间和精力，测试结果也不准确。本人结合多年调试经验，总结了一套行之有效的方法，供调试人员参考。一、 认清调试变压器稳态比率制动的目的和重要性。在继电保护调试队伍中，有一种说法：调试变压器比率制动相当麻烦，保护设备由厂家把关，不如取消此测试项目。我认为这种说法是不对的。第一、基建调试单位是最后一道关卡，如果厂家保护设备在投运和运行中出现问题，难脱干系。第二、发生过国内某个厂家提供的交流插件，内部小CT相序配置错误，进而影响变压器发电的后果；另外还出现过装置有Y/-1的设置，无此校正功能的现象。这两个问题都可以通过比率制动测试来发现和解决。第三，大家都知道，现场外围PT、CT通过点极性和加压、加流的办法，来验证它们的极性和套别的正确性，并且系统投运后，还需做相量，进一步确认PT、CT到保护屏端子排这一段回路的正确性。但是厂家内部交流变送器极性和相序的确认，是无法通过上述方法来确认的。最直接、可靠的解决办法就是做比率制动来验证这一环节。这不仅针对变压器，还包括母线和线路保护设备。从系统角度来说，比率制动已成为整组传动的重要测试项目。二、 介绍调试变压器稳态比率制动的方法和步骤。不同厂家，差动保护的公式不同，而且计算方式也不一样。南瑞公司的计算方式采用标幺值计算差流；四方和南自公司计算方式一样，以高压侧为基准，中低压侧通过平衡系数折算到高压侧来计算差流。不管计算过程如何不一样，但保护原理都是一样的，通过采集变压器各侧实际电流，经过相位校正和平衡系数计算，归结为统一的折算单位，再计算差动和制动电流，确定差动保护是否动作。所以，针对各个厂家提供的装置，调试比率制动的总体思路是一致的：运用逆向计算法，先确定制动电流，通过差动公式，计算理论差动动作电流。然后采用二元一次方程，求解两侧折算值（南瑞称为标幺值）。接下来，通过相位校正和平衡系数，计算两侧实际电流值。采用微机测试仪手动调试菜单，固定一侧电流，调节另一侧电流，装置差动出口动作后，记录实际动作值，根据实际差动动作电流和制动电流，计算制动系数，描绘比率制动曲线，验证交流变送器极性和相序的正确性。具体步骤如下：（以南瑞和南自公司220kV主变装置为例）1. 收集现场变压器容量、接线组别和各侧差动CT变比等技术参数，计算各侧二次额定电流。2. 在微保装置上，针对不同厂家，做好差动定值方面设置。需要注意的有四点：1）装置内部变压器接线组别设置要与现场吻合。2）注意检查功能硬压板和装置软压板是否投入。在设置上，TA断线后要求开放差动，否则，在调试过程中，出现CT断线会闭锁差动保护，影响调试结果。4）差动动作电流定值应为变压器二次额定电流的(0.30.7)倍，设置时不要超出这个范围。3确定制动电流，计算差动电流。厂家说明书上列出差动保护动作方程,在制动电流计算上，两个厂家不一样。南自：Ir=max(|I1|,|I2|,|I3|)南瑞：Ir=0.5(|I1|+|I2|+|I3|)南自装置制动电流选用各侧折算值的最大值,而南瑞装置制动电流选用各侧标幺值之和的一半。差动电流计算公式是一样的： Id= (|I1+I2+I3|)，即为折算值或标幺值和的绝对值。上述差动、制动公式反映的是矢量方程式，如何转化为代数方程式呢？下面谈一谈电流角度的转换。在技术说明书上，各个厂家要求差动极性以各侧母线为正，都指向变压器。测试比率制动时，往往要求两侧角度互为180度。从变压器运行角度考虑，两侧电流角度互为180度（Y0/Y0-12），说明变压器属于正常负荷运行或发生穿越性故障，装置应无差流。所以，差动的代数方程式应为：Id= I1-I2南瑞制动电流代数方程式应为：Ir=0.5(I1+I2)南自制动电流代数方程式应为：Ir=max(I1, I2)两个厂家都采用双拐点、三折线。南瑞制动拐点是0.5Ie和6Ie，比率系数为0.2、0.5、0.75；南自制动拐点是1Ie和3Ie，比率系数为0.5、0.7。一般，在制动电流坐标上取五个点即可。确定好5个制动电流值后，根据厂家提供的差动公式，计算差动动作电流。以南瑞为例。Id0.2Ir+Icdqd Ir0.5Ie （1）Id 0.5(Ir-0.5Ie)+0.1Ie+ Icdqd 0.5Ie Ir6Ie （2）Id 0.75(Ir-6Ie)+0.5(5.5 Ie)+0.1Ie+ Icdqd Ir6Ie （3）Icdqd:差动电流启动值，现场一般设为0.3Ie。Ie：变压器各侧额定电流。Ir分别取为0.4Ie、0.5Ie、1.0Ie、6Ie、7Ie。根据制动电流取值的范围，选择不同的差动方程式，带入制动电流，计算这5个差动电流边界动作值。计算结果：Ir1=0.4Ie Id1=0.38 Ie Ir2=0.5Ie Id2=0.40 Ie Ir3=1.0Ie Id3=0.65 Ie Ir4=6.0Ie Id4=3.15 Ie Ir5=7.0Ie Id2=3.90 Ie以南自为例。IdIcdqd Ir1.0Ie （1）Id 0.5(Ir-Ie) + Icdqd 1.0Ie Ir3Ie （2）Id 1.0Ie+0.7(Ir-3Ie) + Icdqd Ir3Ie （3）Icdqd:差动电流启动值，现场一般设为0.6Ie。Ie：变压器高压侧二次额定电流，为第一个拐点电流。Ir分别取为0.8Ie、1.0Ie、1.5Ie、3Ie、4Ie。根据制动电流取值的范围，选择不同的差动方程式，带入制动电流，计算这5个差动电流边界动作值。计算结果：Ir1=0.8Ie Id1=0.60 Ie Ir2=1.0Ie Id2=0.60 Ie Ir3=1.5Ie Id3=0.85 Ie Ir4=3.0Ie Id4=1.60 Ie Ir5=4.0Ie Id2=2.30 Ie4根据制动电流和差动电流的结果，运用一元二次方程，求解两侧折算值或标幺值I1、I2。南瑞：I1+I2=2Ir I1-I2= Id南自：Ir=max(I1, I2) 高对中、高对低或中对低取高压侧或中压侧I1为最大值。简化方程：I1= IrI1-I2= Id5计算I1、I2之后，运用相位校正和平衡系数计算，求出两侧电流值。南瑞产品 （以Y/-11为例）变压器星形侧公式为：IA=(IA-I0)；IB=(IB-I0)；IC=(IC-I0)每相差动通道考虑零流的影响，原因在于：在区外故障时，由于零序励磁电流及变压器低压侧三角内零序环流的影响，高压侧、中压侧的零序电流是不等的，正是由于这个零序电流的影响，造成了各侧电流相位的差异，如果直接用相电流进行差动保护，很容易造成误动。所以通过软件方法消除零序电流。变压器三角侧公式为：Ia=(Ia-Ic) /3；Ib=(Ib-Ia) /3；Ic=(Ic-Ib) /3 特点是在低压侧进行相位校正。 针对三卷变压器，通常做高对中、高对低和中对低。对于高对中，实际上是星形对星形，考虑零序电流的影响，需要抵消零流。如何抵消呢？在试验接线上想办法。大家知道，3I0= IA+ IB+ IC，试验仪A相引出的测试线从高压侧A相极性端引入，试验仪N相引出的测试线接到高压侧B相极性端，高压侧C相无电流。如果所加电流为I高，3I0=I高-I高+0=0，通过这个办法，抵消了零序电流，高压侧差动A、B通道同时有I高/ Ie倍差流，但彼此角度互为180度。中压侧同理，试验仪B相引出的测试线从中压侧A相极性端引入，短接中压侧B相极性端与高压侧B相极性端，中压侧C相无电流。3I0=I中-I中+0=0，抵消了零序电流，中压侧差动A、B通道同时有I中/ Ie倍差流，彼此角度也互为180度。上述方法验证了高中侧A、B变送器的极性，高中C相变送器极性没有确认。需用相同的测试方法，将测试仪A相测试线接到高压C相极性端，测试仪N相接到高压A或B相极性端，将测试仪B相测试线接到中压C相极性端，中压A或B相极性端与高压A或B相极性端短接。简化公式后，高、中星形公式即变为：I高A=I高A* I高e；I高B=I高B* I高e；I高C=I高C* I高e。I中A=I中A* I中e；I中B=I中B中*I中e；I中C=I中C* I中e。I高A= I1 I中A= I2 或I高B= I1 I中B= I2 或I高C= I1 I中C= I2。I高A 、I高B、I高C：通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。I中A 、I中B、I中C：通过差动、制动电流计算后的中压侧标幺值。I高e、I中e： 变压器高、中侧二次额定电流。I高A、I高B 、I高C：测试仪需输出的高压侧实际电流。I中A、I中B 、I中C ：测试仪需输出的中压侧实际电流。高对低、中对低属于星形对三角。既存在零流，又有相位校正。还是在试验接线上想办法，来简化计算公式。主要谈一谈高对低，将测试仪A相测试线接到高压侧A相极性端，N相测试线接到高压侧B相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧A相极性端，低压侧A相非极性端与高压侧B相极性端短接。测试仪A相电流为I高，测试仪B相电流为I低，3I0=I高-I高+0=0，通过这个办法，抵消了零序电流，高压侧差动A、B通道同时有I高/ Ie倍差流，但彼此角度互为180度。低压侧由于有相位校正的关系，在低压侧A相通入电流后，在差动A和B相通道有I低/（3Ie）倍差流，彼此角度互为180度。低压侧C相变送器极性验证方法：将测试仪A相测试线接到高压侧C相极性端，N相测试线接到高压侧A相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧C相极性端，低压侧C相非极性端与高压侧A相极性端短接。简化公式后：I高A=I高A* I高e；I高B=I高B* I高e；I高C=I高C* I高e。I低A=3I低A* I低e；I低B=3I低B* I低e；I低C=3I低C* I低e。I高A= I1 I低A= I2 或I高B= I1 I低B= I2 或I高C= I1 I低C= I2。I高A 、I高B、I高C：通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。I低A 、I低B、I低C：通过差动、制动电流计算后的低压侧标幺值。I高e、I低e： 变压器高、低侧二次额定电流。I高A、I高B 、I高C：测试仪需输出的高压侧实际电流。I低A、I低B 、I低C ：测试仪需输出的低压侧实际电流。需要指出：上面谈到的是Y/-11试验方法，如果系统采用Y/-1，星形对星形测试方法不变，但是星形对三角的测试接线发生了变化。变压器Y/-1三角侧公式：Ia=(Ia-Ib) /3；Ib=(Ib-Ic) /3；Ic=(Ic-Ia) /3将测试仪A相测试线接到高压侧A相极性端，N相测试线接到高压侧C相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧A相极性端，低压侧A相非极性端与高压侧C相极性端短接。低压侧B相变送器极性验证方法：将测试仪A相测试线接到高压侧B相极性端，N相测试线接到高压侧A相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧B相极性端，低压侧B相非极性端与高压侧A相极性端短接。南自设备 ：（以Y/-11为例）变压器高压侧公式为：IA=(IA-IB)/3 ；IB=(IB-IC)/3 IC=(IC-IA)/3变压器中压侧公式为：Ia=(Ia-Ib)K1 ；Ib=(Ib-Ic) K1 Ic=(Ic-Ia) K1 变压器低压侧公式为：IL1=IL1K2 ；IL2=IL2K2 IL3=IL3 K2I A 、IB、I C：通过差动、制动电流计算后的高压侧折算值。Ia 、Ib、Ic：通过差动、制动电流计算后的中压侧折算值。I L1 、I L2、I L3：通过差动、制动电流计算后的低压侧折算值。I A、I B 、I C：测试仪需输出的高压侧实际电流。I a、I b 、I c ：测试仪需输出的中压侧实际电流。I L1、I L2 、I L3 ：测试仪需输出的低压侧实际电流。K1、K2：分别为中压侧、低压侧平衡系数。与南瑞设备不同的是，高、中压侧没有考虑抵消零流问题，并在高、中压侧进行相位校正，以高压侧为基准，中、低侧通过计算平衡系数，向高压侧进行折算。与南瑞测试步骤相同，对于高对中，实际上是星形对星形。测试仪A相接到高压侧A相极性端，N相接到高压侧A相非极性端，测试仪B相接到中压侧A相极性端，中压侧A相非极性端与高压侧A相非极性端短接。对于高、中B相变送器极性测试与上述方法相同，即测试仪A相接到高压侧B相极性端，N相接到高压侧B相非极性端，测试仪B相接到中压侧B相极性端，中压侧B相非极性端与高压侧B相非极性端短接。简化公式后，高、中星形公式即变为：I高A=I高A*3；I高B=I高B*3；I高C=I高C*3。I中A=I中A/ K1；I中B=I中B中/ K1；I中C=I中C/ K1。I高A= I1= Ir I中A= I2 或I高B= I1= Ir I中B= I2 或I高C= I1= Ir I中C= I2。I高A 、I高B、I高C：通过差动、制动电流计算后的高压侧折算值。I中A 、I中B、I中C：通过差动、制动电流计算后的中压侧折算值。I高A、I高B 、I高C：测试仪需输出的高压侧实际电流。I中A、I中B 、I中C ：测试仪需输出的中压侧实际电流。高对低、中对低属于星形对三角。高对低时，需要注意，在高压侧A相加电流I高时，在差动A、C相通道反应出差流I高/3，彼此角度互为180度，为了不影响差动A相通道比率制动的调试，需要对低压侧C相进行补偿，使C相通道差流为零。所以，测试仪A相接到高压侧A相极性端，测试仪B相接到低压侧A相极性端，测试仪C相接到低压侧C相极性端，非极性端通过测试仪N相短接。对于差动B、C相测试，分别补偿到低压侧A相和低压侧B相上，试验接线不再描述。简化公式后I高A=I高A*3；I高B=I高B*3；I高C=I高C*3。I低A=I低A/ K2；I低B=I低B/ K2；I低C=I低C/ K2。I高A =I低C = I1= Ir I低A= I2 或I高B=I低A = I1= Ir I低B= I2 或I高C=I低B = I1= Ir I低C= I2。I高A 、I高B、I高C：通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。I低A 、I低B、I低C：通过差动、制动电流计算后的低压侧标幺值。I高A、I高B 、I高C：测试仪需输出的高压侧实际电流。I低A、I低B 、I低C ：测试仪需输出的低压侧实际电流。对于Y/-1接线变压器高压侧公式为：IA=(IA-IC)/3 ；IB=(IB-IA)/3 IC=(IC-IB)/3变压器中压侧公式为：Ia=(Ia-Ic)K1 ；Ib=(Ib-Ia) K1 Ic=(Ic-Ib) K1 星对三角测试接线发生变化：做A相差动，由低压侧B相补偿；做B相差动，由低压侧C相补偿；做C相差动，由低压侧A相补偿。高对低、中对低试验接线不再描述。6测试比率制动按照第5步提供的试验方法，在保护屏CT端子排内侧，接好试验线。对于三卷变，一般做高对中、高对低，中对低。测试高对中、高对低时，一般固定高压侧电流，依据理论计算的中、低侧动作电流，将其提高0.2A。在博电手动测试菜单里，设置好电流参数，注意两侧角度互为180度，补偿电流角度与高压侧同相。手动调节电流步长设为0.01A即可。准备工作就绪后，逐步调节中、低侧电流值，快要达到理论计算值时，调节速度要缓慢进行，直到差动保护出口动作为止。记录中、低侧动作电流值。测试中对低时，固定中压侧电流，调试方法相同。依据调试结果，运用差动和制动公式，计算差动电流、制动电流和曲线斜率，并填写补偿电流值。三、 南瑞、南自差动调试记录1南瑞差动保护模块测试：（执行定值单号：2004年12月10日 第1940号) Ieh=0.378、Iem=0.787、Iel=1.575 制动拐点： 0.5Ie、6Ie 比率系数： 0.2 0.5、0.75 I高压侧对中压侧: 测试仪A相加高压侧A相, 测试仪N相加高压侧B相. 测试仪B相加中压侧A相, 测试仪N相加中压侧B相测试仪A相与B相互为180度.高压侧中压侧高压侧(计算值)中压侧(实测值)差流(标幺值)制动(标幺值)斜率第一点0.2000.060.460.30-第二点0.2420.1260.4810.400.21第三点0.2840.1960.5030.500.22第四点0.4260.3710.6560.800.51第五点1.4701.6611.7783.00.51第六点2.8833.4413.2546.00.49第七点3.4033.9314.0107.00.76II高压侧对低压侧: 测试仪A相加高压侧A相, 测试仪N相加高压侧B相. 测试仪B相加低压侧A相, 测试仪N相加低压侧N相测试仪A相与B相互为180度.高压侧低压侧高压侧(计算值)低压侧(实测值)差流(标幺值)制动(标幺值)斜率第一点0.2010.1850.4650.30-第二点0.2430.4280.4860.400.21第三点0.2850.6710.5080.500.22第四点0.4281.2780.6630.800.51第五点1.4725.7481.7863.00.51第六点2.8911.873.2966.00.50第七点3.4113.584.0437.00.74III中压侧对低压侧:测试仪A相加中压侧A相, 测试仪N相加中压侧B相. 测试仪B相加低压侧A相, 测试仪N相加低压侧N相测试仪A相与B相互为180度.中压侧低压侧中压侧(计算值)低压侧(实测值)差流(标幺值)制动(标幺值)斜率第一点0.4200.1810.4670.30-第二点0.5080.4230.4890.400.22第三点0.5940.6680.5100.500.21第四点0.8921.2730.6670.800.52第五点3.0675.7381.7933.00.51第六点6.0311.853.3146.00.50第七点7.1113.544.0727.00.762南自差动保护模块测试：（执行定值单号：2004年12月10日 第1954号)高压侧CT变比:1250/1、中压侧CT变比:1200/1、低压侧CT变比:6000/1。高压侧一次电压：220KV、中压侧一次电压：115KV、低压侧一次电压：10.5KV。Ieh=0.378A、Iem=0.787A、Iel=1.575A。高压侧平衡系数:0.577、 中压侧平衡系数:0.288、低压侧平衡系数:0.229 高压侧、中压侧加三相电流,各相电流幅值相同、角度互为120度，低压侧加单相电流。制动拐点： 0.378、1.134