浅谈变压器比率制动作法.doc
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.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/Δ-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(0.3—0.7)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。
Id>0.2Ir+IcdqdIr≤0.5Ie
(1)
Id>0.5(Ir-0.5Ie)+0.1Ie+Icdqd0.5Ie≤Ir≤6Ie
(2)
Id>0.75(Ir-6Ie)+0.5(5.5Ie)+0.1Ie+IcdqdIr≥6Ie(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=0.4IeId1=0.38Ie
Ir2=0.5IeId2=0.40Ie
Ir3=1.0IeId3=0.65Ie
Ir4=6.0IeId4=3.15Ie
Ir5=7.0IeId2=3.90Ie
以南自为例。
Id≥IcdqdIr≤1.0Ie
(1)
Id≥0.5(Ir-Ie)+Icdqd1.0Ie≤Ir≤3Ie
(2)
Id≥1.0Ie+0.7(Ir-3Ie)+IcdqdIr≥3Ie(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=0.8IeId1=0.60Ie
Ir2=1.0IeId2=0.60Ie
Ir3=1.5IeId3=0.85Ie
Ir4=3.0IeId4=1.60Ie
Ir5=4.0IeId2=2.30Ie
4.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=Ir
I1-I2=Id
5.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/Δ-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=I1I中A=I2或I高B=I1I中B=I2或I高C=I1I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=I1I低A=I2或I高B=I1I低B=I2或I高C=I1I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/Δ-11试验方法,如果系统采用Y/Δ-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/Δ-1三角侧公式:
Ia=(Ia’-Ib’)/√3;Ib=(Ib’-Ic’)
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