差動保護原理及校驗

差動保護原理保護的動作方程假設(shè)保護的差動電流為Id，制動電流為Ir，差動門檻定值為Icd，差動速斷定值為Isd，拐點1為Ig1，比例制動系數(shù)為K1，拐點2為Ig2，比例制動系數(shù)為K2，那么國內(nèi)絕大局部保護的動作方程均為：Id>Icd當(dāng)Ir<Ig時；Id>Icd+K*(Ir–Ig1)當(dāng)Ig2>Ir>Ig1時；Id>Icd+K1*(Ig2–Ig1)+K2*〔Ir–Ig2〕當(dāng)Ir>Ig2時；Id>Isd比例制動曲線如上圖所示：以上四個動作方程只要滿足其中一個,保護就會動作出口。大局部差動保護目前只采用了一個拐點。即便是存在兩個拐點的差動保護，為了測試更方便簡單，往往也可以在試驗前將保護定值中修改定值為：Ig1=Ig2；K1=K2。從而按只有一個拐點的方式進行測試。只有一個拐點的比例制動動作方程如下：Id>Icd+K*(Ir–Ig)當(dāng)Ir>Ig時；對于微機差動保護，實際上比例制動和差動速斷是兩套保護，所以很多保護都設(shè)置了控制字，用于投、退這兩種保護。測試差動速斷保護時，一般應(yīng)將“比例制動〞保護由控制字退出。如果不退出，或有些保護沒有這種退出功能，那么只有在比例制動保護動作后，繼續(xù)增加輸出電流，從保護的指示燈或有關(guān)報文判斷差動速斷保護是否動作。高、低壓側(cè)電流與差動電流、制動電流的關(guān)系一般，國內(nèi)保護的差動電流均采用：Id=|Ih+Il|，可表述為:差動電流等于高、低壓側(cè)電流矢量和的絕對值，因此必須注意加在保護上下壓側(cè)電流的方向。制動電流的方程那么各個品牌和型號的保護往往不同，國內(nèi)保護最常見的公式有以下三種：◆Ir=max{|Ih|，|Il|}，正確的表述為：制動電流等于高、低壓側(cè)電流幅值的最大值；◆Ir=(|Ih|+|Il|)/K，正確的表述為：制動電流等于1/K倍的高、低壓側(cè)電流幅值之和；◆Ir=|Il|，正確的表述為：制動電流等于低壓側(cè)電流的幅值。第二個公式中的K值大局部保護為2，個別保護為1。另外兩個公式有的保護也會采用：Ir=|Ih-Il|/K，Ir=〔|Id|-|Ih|-|Il|〕/K。實際上，試驗時記錄下的保護臨界動作時測試儀輸出的IA、IB的電流值都不能等同與上述的高、低壓側(cè)電流，因為還得考慮上下壓側(cè)的平衡系數(shù)。假設(shè)測試儀IA輸出給高壓側(cè)，IB輸出給低壓側(cè)，上下壓側(cè)的平衡系數(shù)分別為K1、K2，那么上下壓側(cè)的電流為：Ih=K1*IA，Il=K2*IB。再代入差動電流和制動電流的公式去求出相應(yīng)的差動電流和制動電流。變壓器接線保護定值中的變壓器接線類型都是指變壓器一次側(cè)的實際接線，一般有：Y/?-11型、Y/Y〔Y0〕、Y/?-1等幾種。對于三卷變，測試時，一般也是取其中的兩卷測試，和兩卷變的測試方法一樣。六相電流輸出繼保儀差動試驗的接線方法如果用6相電流繼保儀做差動試驗，無任變壓器是哪一種接線方式，試驗時接線方法都是：將測試儀的第一組三相電流IA、IB、IC接入保護的高壓側(cè)電流輸入端IA、IB、IC，將測試儀的第二組三相電流Ia、Ib、Ic接入保護的低〔中〕壓側(cè)電流輸入端Ia、Ib、Ic即可，接線方式非常簡化。三相電流輸出繼保儀差動試驗的接線方法用三相電流繼保儀做差動試驗，那么相對較復(fù)雜。當(dāng)變壓器接線為Y/Y時，兩側(cè)本是同相位，TA接線一般為Y/Y，相位不需調(diào)整。當(dāng)變壓器接線為Y/△時，兩側(cè)不同相位，對微機保護TA接線一般也為Y/Y。如果保護設(shè)計為高壓側(cè)內(nèi)部相位補償，那么高壓側(cè)相位需調(diào)整；如果保護設(shè)計為低壓側(cè)內(nèi)部相位補償〔如南瑞的RCS-978型保護〕，那么低壓側(cè)相位需調(diào)整。如果保護設(shè)計為無內(nèi)部相位補償，側(cè)靠TA外部接線補償。做“三路電流差動〞時，接線時，測試儀的IA固定接差動保護裝置的高側(cè)電流輸入端，IB固定接保護低〔中〕側(cè)電流輸入端，而IC作為補償電流用，在選高壓側(cè)相位調(diào)整時作為高壓側(cè)補償電流，選低〔中〕壓側(cè)相位調(diào)整時作為低〔中〕壓側(cè)補償電流。詳細試驗接線方法當(dāng)變壓器為Y/Y〔Y0〕接線時，試驗的接線很簡單：測試A相時，測試儀IA接保護高壓側(cè)的A相，測試儀的IB接保護低壓側(cè)的a相，保護高、低壓側(cè)的中性線短接后，接測試儀的IN，不存在補償電流問題。如圖。測試變壓器B、C相時，接線與上述類似。Y〔Y0〕/Y〔Y0〕接線方式：兩側(cè)均無相位調(diào)整，但有零序修正兩側(cè)均無相位調(diào)整，但無零序修正兩側(cè)均將測試相與零序修正相接成相間短路方式兩側(cè)均接成單相短路方式當(dāng)變壓器接線類型為Y/?-11時，如果是高壓側(cè)相位調(diào)整，常見的接線為：測試變壓器A相時，測試儀IA接保護高壓側(cè)的A相，測試儀的IB接保護低壓側(cè)的a相，測試儀的IC接低壓側(cè)的c相，保護高、低壓側(cè)的中性線短接后，接測試儀的IN，其中IC作為補償電流。如圖：2、Y〔Y0〕/△-11接線方式：Y側(cè)相位調(diào)整,無零序修正,按單相短路接線△側(cè)相位調(diào)整,按單相短路接線IA’=IA-IBIB’=IB-ICIC’=IC-IA△側(cè)的測試相與被影響相按相間短路接線Y0側(cè)零序修正,Y側(cè)的測試相與被影響相按相間短路接線由上圖所示向量圖可以看出，高壓側(cè)轉(zhuǎn)換后的電流應(yīng)為：I'A=(IA-IB)/1.732，I'B=(IB-IC)/1.732，I'C=(IC-IA)/1.732，如果只給高壓側(cè)A相通入一個電流，B、C相不加電流，那么轉(zhuǎn)換后的高壓側(cè)三相電流為：I'A=(IA-IB)/1.732=(IA-0)/1.732=IA/1.732；I'B=(IB-IC)/1.732=(0-0)/1.732=0；I'C=(IC-IA)/1.732=(0-IA)/1.732=-IA/1.732。所以高壓側(cè)C相上有了電流，并且與A相上的電流大小相等，方向相反。試驗時，為了平衡高壓側(cè)C相上的電流，就在低壓側(cè)的c相上加一補償電流，并且，所加的補償電流應(yīng)與加在低壓側(cè)a相上的電流大小相等，方向相反。但如果要求測試變壓器的B相或C相時，又該如何接線呢？同理，如果測試變壓器的B相，即只給高壓側(cè)的B相加電流，A、C兩相不加電流，依據(jù)上述公式得：I'A=(IA-IB)/1.732=(0-IB)/1.732=-IB/1.732；I'B=(IB-IC)/1.732=(IB-0)/1.732=IB/1.732；I'C=(IC-IA)/1.732=(0-0)/1.732=0。由此看出，高壓側(cè)的A相上有了一個大小相等、方向相反的電流，試驗時應(yīng)補償?shù)蛪簜?cè)的a相。因此，正確的接線為：測試儀IA接保護高壓側(cè)的B相，測試儀的IB接保護低壓側(cè)的B相，測試儀的IC接低壓側(cè)的a相，保護高、低壓側(cè)的中性線短接后，接測試儀的IN，其中IC作為補償電流?？紤]到加在低壓側(cè)的兩個電流具有“大小相等、方向相反〞的特性，試驗時可只給保護輸入兩路電流。正確的接線為：測試變壓器A相時，測試儀IA接保護高壓側(cè)的A相，測試儀的IB接保護低壓側(cè)的a相，保護低壓側(cè)a、c相負極性端短接，低壓側(cè)的c相與保護高壓側(cè)的中性線短接后，接測試儀的IN。由上述分析不難發(fā)現(xiàn)，加在保護低壓側(cè)對應(yīng)相的電流應(yīng)與加在高壓側(cè)的電流反相，加在低壓側(cè)的補償電流由于要與加在低壓側(cè)對應(yīng)相的電流反向。所以在測試變壓器A相時，當(dāng)測試儀IA的電流設(shè)為0o，那么測試儀IB的電流應(yīng)為180o，測試儀IC的電流應(yīng)為0o。當(dāng)變壓器接線類型為Y/?-1時，如果是高壓側(cè)相位調(diào)整，常見的接線為：測試變壓器A相時，測試儀IA接保護高壓側(cè)的A相，測試儀的IB接保護低壓側(cè)的a相，測試儀的IC接低壓側(cè)的b相，保護高、低壓側(cè)的中性線短接后，接測試儀的IN，其中IC作為補償電流。如圖：3、Y〔Y0〕/△-1接線方式：△側(cè)相位調(diào)整,按單相短路接線Y側(cè)相位調(diào)整,無零序修正,按單相短路接線Ia’=Ia-IbIb’=Ib-IcIc’=Ic-IaY0側(cè)零序修正,Y側(cè)的測試相與△側(cè)的測試相與被影響相按相間短路接線被影響相按相間短路接線注意：微機差動保護是相比照擬復(fù)雜的一個保護，所以調(diào)試起來也難免會遇到些問題，一般對試驗結(jié)果影響較大的有以下幾點：1、平衡系數(shù)的設(shè)置，平衡系數(shù)設(shè)置不對可能會使測試出來的曲線與整定的曲線偏差較大。2、高壓那么平衡系數(shù)的取值不對，將對試驗造成影響。無論變壓器ＣＴ采用哪種接線方式，均可按以下方法確定高壓側(cè)的平衡系數(shù)：在進行差動門檻時，如果實測的動作電流等于1.732倍的整定值時，那么計算時高壓側(cè)平衡系數(shù)取1.732，如果實測的動作電流等于整定值時，那么計算時高壓側(cè)平衡系數(shù)取1。備注：低〔中〕壓側(cè)的平衡系數(shù)按定值單如實填寫即可。3、制動公式的選擇，制動公式選擇不對會使測試出來的曲線以及計算出來的制動系數(shù)都會和保護的整定值有很大的偏差，甚至完全不對。4、用三相電流做試驗時，假設(shè)補償電流未加進去，試驗時往往是第一個動作點動作正確，而其后的動作點都是加上電流就動作。這是因為未加補償電流，雖然我們要做的試驗相沒滿足差動動作條件，但是補償相的差流會超過差動整定值，所以保護很快出口。幾種常用的微機差動保護的參數(shù)設(shè)置說明變壓器不同接線方式所對應(yīng)的電流之間的相位差如下表格：變壓器接線方式高壓側(cè)電流相位低壓側(cè)電流相位Y/Y-120o180oY/△-110o210oY/△-10o150o—大局部保護的參數(shù)定值直接給出電流值，比方，差動門檻值：2A，單位為：A。但也有局部保護給出的各項定值不是電流值，而只是一個系數(shù)。比方，差動門檻值：0.3，沒有單位。實際上，這是以“標么值〞的形式給出保護定值。將標么值轉(zhuǎn)換為實際的電流，一般可按以下方法：實際的電流值=標么值×高壓側(cè)額定電流?！耦~定電流的計算方法Ie1=Sn/〔1.732﹡U1n﹡CT1〕Ie2=Sn/〔1.732﹡U2n﹡CT2〕注釋：Ie1、Ie2——變壓器I、II側(cè)二次額定電流Sn——變壓器最大額定容量U1n、U2n——變壓器I、II側(cè)一次額定電壓CT1、CT2——變壓器I、II側(cè)CT變比值備注：有的保護自身有計算功能，可能會發(fā)現(xiàn)：其計算出的Ie1、Ie2未考慮上述公式里的1.732。比方，計算Ie1時，直接按公式：Ie1=Sn/〔1.732﹡U1n﹡CT1〕。這是因為其在計算差動、制動電流時，在平衡系數(shù)中考慮了1.732的關(guān)系。以變壓器Y/Y/△-11接線為例，各側(cè)平衡系數(shù)〔以K1、K2、K3表示〕的計算方法如下：K1=1/1.732=0.577K2=U2n﹡CT2/〔1.732﹡U1n﹡CT1〕K2=U3n﹡CT3/〔U1n﹡CT1〕如果將高壓側(cè)平衡系數(shù)設(shè)置為1，其它側(cè)統(tǒng)一歸算至高壓側(cè)時，計算公式如下：K1=1K2=U2n﹡CT2/〔U1n﹡CT1〕K2=1.732﹡U3n﹡CT3/〔U1n﹡CT1〕以電流的方式來計算平衡系數(shù)的方法一般是：K1=1K2=Ie1/Ie2K3=Ie1/Ie3注釋：K1、K2、K3——變壓器I、II、III側(cè)平衡系數(shù)Ie1、Ie2、Ie3——變壓器I、II、III側(cè)二次額定電流U1n、U2n、U3n——變壓器I、II、III側(cè)一次額定電壓CT1、CT2、CT3——變壓器I、II、III側(cè)CT變比值備注：差動保護的平衡系數(shù)不一而同，有的保護的計算方法可能與上述不同，試驗時請參考相應(yīng)的說明書。舉例：例一：南瑞RCS-978制動特性說明：上述曲線實際上有三個拐點，Ig1=0，Ig2=0.5Ie，Ig3=6Ie試驗接線因本保護為低壓側(cè)轉(zhuǎn)角，與常見的高壓側(cè)轉(zhuǎn)角的變壓器保護不同。6個電流輸出Y/Y兩側(cè)試驗〔以下簡稱為I側(cè)、II側(cè)〕I側(cè)、II側(cè)三相均以正極性接入，I、II側(cè)的對應(yīng)相電流互錯180°。用“交流試驗〞各在I側(cè)、II側(cè)參加電流I*〔標么值，I*倍額定電流，其基值為對應(yīng)側(cè)的額定電流〕，裝置應(yīng)無差流。例如，I*取0.5，實際應(yīng)在Y側(cè)參加0.5*Ie1〔Ie1為I側(cè)的額定電流〕三相電流，在II側(cè)參加0.5*Ie2〔Ie2為△側(cè)的額定電流〕三相電流，裝置應(yīng)無差流。Y/△-11兩側(cè)試驗〔以下簡稱為I側(cè)、III側(cè)〕I側(cè)、III側(cè)三相均以正極性接入，I側(cè)電流應(yīng)超前III側(cè)的對應(yīng)相電流150°。用“交流試驗〞各在I側(cè)、III側(cè)參加電流I*〔標么值，I*倍額定電流，其基值為對應(yīng)側(cè)的額定電流〕，裝置應(yīng)無差流。例如，I*取1，實際應(yīng)在I側(cè)參加1*Ie1〔Ie1為Y側(cè)的額定電流〕三相電流，在III側(cè)參加1*Ie2〔Ie2為△側(cè)的額定電流〕三相電流，裝置應(yīng)無差流。3個電流輸出Y/Y兩側(cè)試驗〔以下簡稱為I側(cè)、II側(cè)〕當(dāng)進行I、II側(cè)〔為Y/Y接線〕試驗時，在任意一側(cè)A相參加電流I*，根據(jù)裝置的調(diào)相位方法有〔以下公式中的電流均為矢量〕：IA’=IA-I0；IB’=IB-I0；IC’=IC-I0又因為：|3I0’|=|IA+IB+IC|=I所以：|IA’|=2I*/3|IB’|=I*/3|IC’|=I*/3即B、C兩相都會受到影響，為了防止此影響，以使試驗更容易進行，I、II側(cè)采用的接線方式均為：電流從A相極性端進入，流出后進入B相非極性端，由B相極性端流回測試儀。這樣：|3I0’|=|IA+IB+IC|=|I*+〔-I*〕所以：|IA’|=I*|IB’|=-I*|IC’|=0I、II側(cè)參加的電流相角為180°，大小為I*，裝置應(yīng)無差流。Y/△-11兩側(cè)試驗〔以下簡稱為I側(cè)、III側(cè)〕在進行I、III試驗時，采用的接線方式為：I側(cè)電流從A相極性端進入，流出后進入B相非極性端，由B相極性端流回測試儀；III側(cè)電流從A相極性端進入，由A相非極性端流回測試儀。這樣I側(cè)有：|IA’|=I*|IB’|=-I*|IC’|=0III側(cè)為：|Ia’|=|〔Ia-Ic〕|/1.732=I*/1.732；|Ib’|=|〔Ib-Ia〕|/1.73=I*/1.7322；|Ic’|=|〔Ic-Ib〕|/1.732=0I、III側(cè)參加的電流相相角為180°，I側(cè)大小為I*，III側(cè)為1.732I*，裝置應(yīng)無差流。接線圖如下：測試儀輸出兩路電流，自行補償測試儀輸出三路電流，IC為補償電流例二：北京德威特DVP-9000變壓器接線方式Y(jié)/△-11，高壓側(cè)相位調(diào)整。為方便說明，現(xiàn)假設(shè)某變壓器參數(shù)及其計算值為：工程高壓側(cè)中壓側(cè)低壓側(cè)變壓器最大容量Ｓe50000KVA接線方式Y(jié)/△-11各側(cè)CT變比n600A//1000A/變壓器一次額定電壓110KV/38.5KV變壓器二次額定電流2.187/3.749各側(cè)平衡系數(shù)Ｋ1/0.990變壓器主保護定值：比例制動公式：Id=|IH+IL|，Ir=|IH+IL|/2差動起動電流：1.5Ｉe比例制動系數(shù)：K1=0.4,K2=0.7拐點電流：Ir1=3.00Ie,Ir2=7.50Ie差動速斷：18.75A計算額定電流:IeH=Sn/〔1.732﹡U1n﹡CT1〕=50000KVA/(1.732*110KV*600A/5A)=2.187AIeL=Sn/〔1.732﹡U2n﹡CT2〕=50000KVA/(1.732*38.5KV*1000A/5A)=3.749A如果將高壓側(cè)平衡系數(shù)設(shè)置為1，低壓側(cè)統(tǒng)一歸算至高壓側(cè)時，低壓側(cè)平衡系數(shù)計算公式如下：KL=IeL/(IeH*K)=3.749/(2.187*1.732)=0.990注：K是接線系數(shù)，取1.732.注釋：KH、KL——變壓器I、II側(cè)平衡系數(shù)IeH、IeL——變壓器I、II側(cè)二次額定電流U1n、U2n——變壓器I、II側(cè)一次額定電壓CT1、CT2——變壓器I、II側(cè)CT變比值比例制動系數(shù)測試與計算試驗接線如下圖：測試儀輸出兩路電流，自行補償測試儀輸出三路電流，IC為補償電流局部保護廠家的差動保護平衡系數(shù)北京四方：CST-141B，-200B系列〔高壓側(cè)相位調(diào)整〕比率制動公式：雙繞組，Y/△-11：Id=|I1+I2|，Ir=|I1-I2|/2平衡系