我就是我_不一样的水果
范文一：思仿计算助手—主变差动保护
小编前言：
思仿计算助手是用Excel制作的辅助继电保护装置测试和事故分析的小工具。电脑需要Excel2007及以上版本，安卓需安装Microsoft Excel应用。
下载地址：思仿继电保护QQ群文件区思仿专用目录。
本文介绍主变差动保护，包括六个部分：
1、输入变压器参数
2、输入各侧电流
3、输入差动特性
4、显示计算结果
5、EMTP算例验证
6、进一步的思索
1输入变压器参数
仅黄色背景单元格可以编辑或选择。
输入变压器参数，最大支持四侧，可用 ● 或 ○ 设置该侧是否有效。高压侧是基准侧，钟点数固定为0。
校正类型：Y对星侧进行相位校正，D对角侧进行相位校正。
计算出平衡系数和相位校正公式，以高压侧为基准，高压侧平衡系数为1。
计算方法和原理参阅下面两篇思仿原创文章：
参阅
差动保护平衡系数计算方法
变压器差动保护的相位校正
2输入各侧电流
输入变压器各侧电流的幅值和相位，未输入内容视为0。
3输入差动特性
比率制动特性如下图所示：
最大支持三折线，如果是两折线，请将下表的“制动电流2、斜率K2”内容留空。
可用 ● 或 ○ 选择差动速断是否投入。
4显示计算结果
根据上述输入内容，可以计算出：差动电流、制动电流、动作状态（● 动作、○ 未动作）。
制动公式：选取说明
(|I1| + |I2| + … + |In|)/2
总和制动：各侧电流幅值累加除2。
| Imax - ∑I其余 |/2
等效制动：最大电流作为一侧，其余电流之和等效为另一侧，两侧电流做差再除2作为制动电流。
max(|I1|, |I2|, … , |In|)
最大制动：取最大电流幅值作为制动电流，其余电流不参与制动。
直观的计算结果显示在图中：
5EMTP算例验证
增加一点难度，仿真一个特殊钟点数的三绕组变压器 Y/y4/d9，电压为220kV/121kV/11kV，CT变比分别为1000/1、2000/1、3000/1。
低压侧区外AC相间故障，各侧电流波形（二次值）如下：
将各侧电流的幅值和相位，录入思仿计算助手。
设置两折线比率制动：
Y侧相位校正，差动计算结果如下：
区外故障时，差动电流为零，与实际吻合。
6进一步的思索
选择不同的相位校正类型，看看计算结果是否一样，为什么？
选择不同的制动计算公式，看看制动效果是否一样，为什么？
本打算昨天（中秋节）发出此文，作为思仿献给继电保护同行的中秋礼物。但唯恐助手计算有误，又仔细的测试了一下，并用EMTP仿真特殊钟点变压器做了验证。
希望思仿计算助手能给您带来一点快乐和帮助。在此，送上小编迟到的祝福，祝您：
中秋快乐，阖家幸福，万事如意！
范文二：主变差动保护
【摘要】本文简单分析了变压器励磁涌流对差动保护的影响，介绍了微机型保护装置中利用二次谐波制动原理的变压器差动保护及其整定值的计算方法。
关键词：微机 变压器 差动保护
变压器在电力系统中得到极其广泛的应用，占着非常重要的地位。因此，提高变压器运行可靠性，对于保证电力系统的安全具有十分重要的意义。现代生产的变压器，在设计和材料方面都有很大的提高，结构和性能上比较可靠，发生故障的机率较小。但由于电力系统的复杂性，情况千变万化，仍有发生故障和出现异常运行的可能。为了确保安全供电，并在事故时尽量减少停电范围，必需根椐变压器的容量和重要程度，装设性能可靠、动作迅速的继电保护装置。
变压器差动保护可以防御变压器绕组和引出线的相间及对地短路故障，是大型变压器最重要、最有效的保护之一。
一、变压器差动保护的特殊问题—励磁涌流
变压器的差动保护与输电线路的纵联差动保护相比，在原理上是一样的。它们之间的区别是，变压器各侧电流大小、相位都不尽相同，而且各侧是通过电磁联系的，在实现差动保护时将产生较大的不平衡电流，使差动保护处于更不利的工作条件下。其中最为突出的是变压器励磁涌流的影响。
我们知道，在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压90°，如图1（a）所示。当变压器空载合闸时正好在电压瞬时值u=0的瞬间，则
1
铁芯中的磁通应为－Φm，但由于铁芯中的磁通不能突变，因此将产生一个非周期分量的磁通，其幅值为Φm，这样在经过半个周期以后，铁芯中的总磁通就将达到2Φm，如图1（b）所示。此时变压器的铁芯将高度饱和，励磁电流剧烈增大，如图1（c）所示。该电流就称为变压器的励磁涌流，其数值最大可达到变压器额定电流的6~8倍，同时包含大量的非周期分量和高次谐波分量，如图1（d）所示。经过变换的励磁涌流流入差动继电器，就可能造成保护装置误动作。励磁涌流的起始部分衰减很快，一般经0.5~1秒后，其值不超过额定电流的0.25~0.5倍。变压器励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、铁芯中剩余磁通的大小和方向、电源的大小、回路的阻抗、变压器容量的大小和铁芯材料的性质等有关。例如，当合闸时正好电压瞬时值为最大值，就不会出现励磁涌流。对于三相电力变压器，在任何瞬间合闸，至少有两相中要出现程度不同的励磁涌流。
2
利用谐波分析仪直接测量，或应用富里埃级数展开式，将励磁涌流的波形分段进行计算，即能得到所包含的直流分量、基波和各次谐波分量的数椐。下表是一台三绕组变压器的实测数椐：
从表中可以看出：
1）励磁涌流中含有很大比例的非周期分量，往往使励磁涌流偏于时间轴的
一边。
2）含有很大比例的高次谐波，其中以二次和三次谐波为主，而且随着时间
的推移，二次谐波分量所占比例反而增加。
3）三相励磁涌流中总有一相的二次谐波分量很大，可能超过基波分量的
60％。
二、变压器差动保护的构成方式
根据躲过励磁涌流方法的不同，变压器差动保护可按不同的工作原理来实现。目前在我国获得广泛应用的变压器差动保护有：
1）差动电流速断保护；
2）采用带速饱和变流器的BCH-2型继电器的差动保护； 3）采用带制动线圈的BCH-1型或BCH-4型继电器的差动保护；
3
4）采用鉴别波形间断角的差动保护； 5）采用二次谐波制动的差动保护。
在以往的常规电磁型保护装置中，基本上都是使用由BCH型差动继电器构成的变压器保护。近几年来，由于微机型继电保护装置的广泛应用，采用二次谐波制动的差动保护已成为变压器保护的主要方式。
三、二次谐波制动原理的变压器差动保护
如前所述，在励磁涌流中含有很大成分的二次谐波。利用二次谐波分量作为制动量，以防止保护装置在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时误动作；同时采用比例制动回路躲过外部穿越性故障时的不平衡电流；利用基波分量作为动作量，即可构成性能可靠、接线简单的变压器差动保护——二次谐波制动原理的变压器差动保护。
八十年代，我国的继电保护工作者已经先后研制出多种整流型及晶体管型的二次谐波制动原理的变压器差动保护装置。但是由于采用的元器件过多，技术性能又不太稳定，所以没有得到广泛的实际应用。自从微处理机进入继电保护领域以后，由于微处理机具有极高的运算和数据处理能力，通过合理的软件配置，使保护装置的接线更加简单、性能更加可靠、调试更加方便。目前，几乎所有微机型变压器保护装置都是采用这种原理的差动保护。
四、二次谐波制动原理的变压器差动保护的整定计算 谐波制动的变压器差动保护装置的整定计算，主要是确定防止外部短路误动作的比率制动特性，即最小动作电流、制动特性曲线的转折点、制动特性折线段的斜率（制动系数）。
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现以南京自动化设备研究院深圳所的IS A微机主变保护装置为例，简单介绍它的整定计算和整定方法。ISA微机主变保护装置的原理图如下：
（一）、整定原则
IS A型差动保护包括两部分，一是差动速断保护，其定值按躲过各
种不平衡电流和励磁涌流整定，动作判据为：
Ida?d42
二是比率差动保护，有三个判据：
Ida?d45K1?d43K2?d44
第一个判据表示差电流大于差动电流门槛定值d45，用来躲过变压
器正常运行时的不平衡电流；
第二个判据表示复式比率系数K1大于差动比率定值d43，
用来躲过
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外部短路时的误差。K1按下式求得：
Ida
3
K1?
Ida?
?
i?1
Iia
式中I=1、2、3，分别表示高压侧、中压侧和低压侧。
第三个判据表示差电流中二次谐波所占的比例K2小于二次谐波制动系数定值d44，K2按下式求得：
Ida2Ida
K2?
式中Ida2为电流中二次谐波幅值，由波型鉴别法求得。 差动保护动作后跳开变压器所有各侧的断路器。 （二）、整定计算
1．比率差动保护整定计算
1．1．复式比率差动的比率系数d43按躲过最大CT变比偏移特性
整定，CT一般保证10％误差特性，故d43典型值取0.2~0.3。
1．2．差动电流门槛定值d45取以下两个算式的最大值 d45?(0.2~0.3)Ind46?1.2Idunb
其中In为变压器额定电流，Id unb为正常运行时的最大不平衡差流，
由于装置考虑了CT误差自动平衡，Id unb一般较小。但如果运行中负荷电流中谐波成份很大，Id unb可能变大。d45整定一般不小于1A。
1．3．谐波制动系数d44按励磁涌流中二次谐波含量来整定，根据
运行经验，典型值取0.15。
2．差动速断保护整定计算
6
差动速断电流定值d42应满足二个条件： 2．1．躲过各种情况下的最大不平衡电流； 2．2．躲过变压器的空载合闸励磁涌流。
一般励磁涌流最大值都大于不平衡电流的最大值，故d42可按下式
计算：d42=1.2 Iinrush max (Iinrush max 为最大励磁涌流)
由于励磁涌流在开始时衰减很快，过去电磁型继电器固有动作时间
较长，其差动速断的定值为（3.5~4.5）If，而IS A型微机保护的动作速度快，故建议取d42=(5~6)If，If为正常运行的负荷电流。d42典型值取10A，为提高灵敏度，精确的整定值可通过变压器的空载投入试验确定。
3． IS A型变压器微机保护的整定值一览表
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范文三：主变差动保护
经验总结 -主变差动保护部分
任百群 孔霄迪 2003/2/18
一、 从工程角度出发所理解的主变差动保护
关于接线组别和变比的归算思路
1、 影响主变差动保护的几个因素
差动保护因为其具有的选择性好、灵敏度高等一系列优点成为变压器、电动机、母 线及短线路等元件的主保护。这几种差动保护原理是基本相同的,但主变差动保护还要考 虑到变压器接线组别、各侧电压等级、 CT 变比等因素的影响。所以同其它差动保护相比, 主变差动保护实现起来要更复杂一些。
变压器变比的影响:因为变压器变比不同,造成正常情况下,主变高低压侧一次电 流不相同。比如:假设变压器变比为 110KV/10KV,不考虑变压器本身励磁损耗的理想情况 下,流进高压侧电流为 1A ,则流出低压侧为 11A 。这很好理解,三相视在功率 S= √ 3UI 。 不考虑损耗,高低压侧流过功率不变,各侧电压不同,自然一次电流也不同。
CT 变比的影响:还是用上面的举例,如果变压器低压侧保护 CT 的变比是高压侧 CT 变比的 11倍,就可以恰好抵消变压器变比的影响,从而做到正常情况下,流入保护装置 (CT 二次侧)的电流大小相同。但现实情况是, CT 变比是根据变压器容量来选择,况且 CT 变比都是标准的,同样变压器变比也是标准化的,这三者的关系根本无法保证上述的理 想比例。假设变压器容量为 20MKVA , 110KV 侧 CT 变比为 200/5,低压侧 CT 变比如果为 2200/5即可保证一致。但实际上低压侧 CT 变比只能选 2000/5或 2500/5,这自然造成了主 变高低压侧 CT 二次电流不同。
变压器接线组别的影响:变压器不同的接线组别,除 Y/Y或△ /△外,都会导致变压 器高低压侧电流相位不同。以工程中常见的 Y/△ -11而言,低压侧电流将超前高压侧电流 30度。另外如果 Y 侧为中性点接地运行方式,当高压侧线路发生单相接地故障时, 主变 Y 侧绕组将流过零序故障电流,该电流将流过主变高压侧 CT , 相应地会传变到 CT 二次,而主 变 △ 侧绕组中感应出的零序电流仅能在其绕组内部流过,而无法流经低压侧开关 CT 。 2、 为消除上述因素的影响而采取的基本方法
主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时,用以比较的主 变高低压侧电流幅值是相等,相位相反或相同(由差流计算采取的是矢量加和矢量减决 定,不过一般是让其相位相反 ),从而在理论上保证差流为 0。不管是电磁式或集成电路 及现在的微机保护,都要考虑上述三个因素的影响。(以下的讨论,都以工程中最常见的 Y/△ -11而言 )
电磁式保护(比如工程中常见的 LCD-4差动继电器 ),对于接线组别带来的影响 (即相位误差 )通过外部 CT 接线方式来解决。主变为 Y/△接线,高压侧 CT 二次 采用△接 线,低压侧 CT 二次 采用 Y 接线,由保护 CT 完成相角的归算同时消除零序电流分量的影 响。电流由主变高压侧传变到低压侧时,相位前移 30度,低压侧 CT 接成 Y/Y,角度没有 偏移。高压侧 CT 接成 Y/△, CT 二次侧比一次侧(也即主变高压侧)相位也前移了 30度。 这样就保证了高低压侧 CT 的二次电流同相位。高压侧 CT 接成 Y/△后,电流幅值增大了 √ 3倍(实际上是线电流),在选择 CT 变比时,要考虑到这个因素,尽量让流入差动继电器 的主变高低压侧电流相等。因为 CT 都是标准变比,通常不能保证高低压侧二次电流相等, 对此一般采取在外回路加装电流变换器(可以理解为一个多变比抽头的小 CT )或着对具有 速饱和铁芯的差动继电器,调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法,精度都不高。 微机保护同传统保护相比,保护原理并没有太大的变化,主要是实现的方法和计算的 精度有了很大提高。早期有些微机差动保护,可能是运算速度不够的缘故,相角归算还是 采用外部 CT 接线来消除(如 DSA 早期某型号产品)。现在的微机差动保护, CT 都是采取 Y/Y接线,相角归算由内部完成:通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差 动,对于 Y/△ -11接线,同低压侧 I Al 相比较运算的并不是高压侧 I ah ,而是 I ah *=Iah-I bh(矢量减 ) ,这样得到的线电流 I ah *, 角度左移 30度,同低压侧 I al 同相位。对于 Y/△ -11接线,参与差流计算的 Y 侧 3相电流量分别是:I ah *=Iah-I bh 、 I bh *=Ibh-I ch 、 I ch *=Ich-I ah(都为矢量减 ) 。对于 Y/△ -1接线,参与差流计算的 Y 侧 3相电流量分别 是:I ah *=Iah-I ch ; I bh *=Ibh-I ah 、 I ch *=Ich-I bh(都为矢量减 ) 。通过减超前相或滞 后相电流的不同,从而实现相角滞后或前移 30度。(因为用 WORD 画矢量图太麻烦,此处 省略示意图,大家可以自己画一下 )
主变变比和 CT 变比造成的误差都是幅值上的差异,这方面的处理,对于微机保护而 言,是非常容易的,输入量(对△侧)或相位归算后的中间量(对 Y 侧)乘以相应的某个 比例系数即可。当然这个系数对 Y 侧,还要考虑到内部矢量相减,同时造成的幅值增大了 √ 3倍。目前国内绝大部分厂商(如南自厂等)的微机差动保护,是以一侧为基准(一般 为高压 Y 侧),把另一侧的电流值通过一个比例系数换算到基准侧。采取这种方法,装置 定值和动作报告都是采用有名值(即多少安),比如差动速断定值是 18A 等等。我们公司 的差动保护相位归算也是采用矢量相减,变比等因素造成的幅值归算采取的是 I e 额定电流 标幺值的概念,相应的定值整定和动作报告也都是采用 I e 标幺值。现场很多用户(包括公 司一些新员工),对此感到较难理解,因此有必要详细解释一下。
3、 以 RCS9671/9679差动保护为例,解释 Ie 的概念
Ie 是指根据变压器的实际容量求到的额定电流的标幺值。我们常说的 CT 二次额
定电流是 5A ,这只是一个产品标准参数,而 Ie 是根据主变容量得到的,它所对应的电流 有名值的具体数值,对主变的每一侧都是不同的。
以下列参数为例:某台主变,容量 31.5/20/31.5 兆伏安;变比 110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/11千伏;接线组别 Yo/Y/△ -12-11; CT 变比 200/5,500/5,2000/5; CT 为 Y/Y。
额定电流计算公式
高压侧 I e=31500KVA / (1.732*110KV)/ 200/5=165.337A / 40= 4.133A
中压侧 I e=31500KVA / (1.732*38.5KV)/ 500/5=472.39A / 100= 4.723A
低压侧 I e=31500KVA / (1.732*11KV)/ 2000/5=1653.37A / 400= 4.133A
当高压侧 CT 二次流出电流为 4.133A 时 , 表明本侧流出的功率为变压器的额定功率 , 这就是 I e 的物理含义,对中压侧、低压侧物理意义是相同的。差动保护在每一侧采集到的 电流除以该侧的 I e 电流值,得到各侧电流相对于本侧额定电流的比例值(标幺值)。采用 各侧的 Ie 标幺值直接参与差流计算,而不是采用电流有名值,相应的定值及报告都是显示 的是多少 Ie 。比如说高压侧二次电流为 4.133A ,程序会把这个值除以高压侧(4.133A ), 得到标幺值 1 Ie;中压侧电流为 -1.42A ,得到标幺值 -0.3 Ie;低压侧电流为 -2.89A ,得 到标幺值 -0.7 Ie。程序计算差流时会把这三侧 Ie 相加求得到差流 Id=0 Ie 。
注意:上例中提及的主变高压侧及中压侧的 I e ,与装置中 Ieh 及 Iem 不是同一个量,后者 是前者的 √ 3倍。 求 I e 具体值的公式里包含了变压器容量、电压变比、每侧 CT 变比这几个参数。基 于能量守衡的原理(忽略主变本身损耗 ),计算时容量都采用同一个最大容量(应注意对 于 35KV 侧,额定参数是 20MVA ,但计算时还是要用 31.5MVA )。得到的每侧额定值作为本 侧的基准,实际电流除以该基准,就得到可以直接用以统一运算的标幺值。整个计算的过 程,就消除了由主变电压变比和 CT 变比因素所造成的影响。其它公司以一侧为基准,其它 侧往基准侧归算。我们的差动分别以各侧额定为基准,各侧实际电流都往本侧归算;思路 都是一致的,但是我个人感觉还是 I e 的概念更好一些,更符合物理意义。举个通俗的例 子,把高压侧电流比做黄金、低压侧电流比做白银,两者没法直接通过比较重量来比较价 S :主变容量 , 三侧都按最大容量来 U:本侧额定线电压
值。我们都把其折合成美元,就可以统一比较了。 I e 在差动归算中,就起了一个美元的作 用。 I e 是一个标幺值,是一个可以统一计算的中间度量单位(转换单位)。
4、 以 RCS9671/9679差动保护为例,从调试角度出发理解的差动归算思路
我们在本文一开头就提到了主变电压变比、 CT 变比还有接线组别的影响。采用 I e 的概念和计算方法后,可以消除掉电压变比和 CT 变比对幅值的影响。对接线组别(相位) 的影响,以 RCS9671/9679程序里是这样做的。若系统设置菜单里,接线组别设置为△ /△ (CT 都是 Y/Y接线,也即由装置内部完成归算 ),程序对电流采样数据不做相角上的任何 归算处理,根据系统参数整定内容,计算出各侧 I e 具体值,实际采样值同本侧 I e 相除, 得出本侧以 Ie 标幺值所表示的电流值参与差流计算。当接线组别设置为 Y/△ -11,程序对 Y 侧电流采样数据首先进行相角调整,即参与差流计算的 Iah*=Ia-Ib(矢量减),
Ibh*=Ib-Ic, Ich*=Ic-Ia.这样一减,得到的矢量电流相位前移了 30度,完成相位的归 算。但幅值同时也增大了 √ 3倍(线电流和相电流的关系,这很好理解 )。程序里对矢量 相减得到的值会同时固定除以 √ 3,以保证只调整相位,不改变大小。对 Y/△ -1,处理过 程一样,只是矢量相减的相别发生一下变化:Iah*=Ia-Ic(矢量减), Ibh*=Ib-Ia, Ich*=Ic-Ib.也要固定的对幅值除以 √ 3。
要特别说明的是对接线组别 Y/Y的变压器,程序对两侧均作了 Y → △ 变换,目的主 要是消除高压侧 CT 中可能流过的零序电流对差流的影响,确保高压侧发生区外接地故障时 差动保护不误动。
看到这里,细心的同事可能会发现,在本文中 I e 的计算公式同 RCS9671/9679调试 大纲里写的不大一样。在《调试大纲》里,主变△侧 I e 的计算公式同 Y 侧 I e 的计算公式 不同, Y 侧 I e 的计算公式:I e=S / U / CT变比 (没有除以 √ 3)。而本文中 I e 的计 算公式△侧和 Y 侧是一致的。《调试大纲》里 Y 侧的公式并不是没有除以 √ 3,而实际上 是按 I e=(S / √ 3U / CT变比)×√ 3, 对 Y 侧 I e 扩大了 √ 3倍,从公式字面上看好 似是没有除这个 √ 3。《调试大纲》这样写 实际上已经考虑了 Y 侧 √ 3的接线系数。 不过我 个人认为,从物理概念上讲, I e 的计算公式对 Y 或△侧都是一样的,应按 3相功率来考 虑。(RCS 系列主变保护程序是根据输入的主变参数自动计算 I e 的, 因此 I e 与平衡系数 密切相关。特别要注意的是装置中的差动起动电流值及差动速动定值都与 I e 有关,装置中 涉及到的 I e 均为经过接线系数调整以后的各侧额定电流值 。 在定值整定过程中,若装置报 “平衡系数错”,可通过改变系统参数中的变压器容量来消除,但此时应注意将装置中的 差动起动电流值及差动速动定值作相应变动。
我们还是以上文所提到的主变参数来举例说明具体处理思路(该主变参数同
《 RCS9671/79调试大纲》里举例的主变参数相同)。设主接线为 Y/△ -11, CT 为 Y/Y接 线。我们计算出高压侧(Y 侧) I e=4.133A (按本文公式) , 《调试大纲》是乘以 √ 3的, I e=4.133A ×1.732=7.158A。
当在保护装置高压侧输入三相对称电流 IA=4.133A(角差 120度,同正常运行情 况),程序按照整定的接线组别,首先进行相角归算(矢量相减),因为 ABC 三相都有电 流,且角差 120,得到 Iah*=Ia-Ib=1.732×Ia ×∠ 30°;Ibh*=Ib-Ic=1.732×Ib ×∠ 30°; Ich*=Ic-Ia=1.732×Ic ×∠ 30°。幅值增大了 √ 3,相角逆时针旋转了 30°。相位归算后 的向量,程序会再除以 √ 3, 以消除因为矢量相减而导致的幅值增大 √ 3倍。再除以本侧 I e 值 4.133A ,把有名值换算成标幺值 (注 :实际上程序是乘以平衡系数 , 内部计算按相对于 5A 的标幺值来的。这样解释是为了便于理解 Ie 物理概念 , 以下相同 ) 。因为△侧无电流输入, 差流为零,故装置显示 ABC 相差流分别为 1Ie 。
在保护装置高压侧输入单相电流 IA=4.133A,装置显示 A 、 C 两相都有差流,差流 Iacd=0.577Ie; Iccd=0.577Ie。程序同样首先进行相角归算,即矢量相减。 Iah*=Ia-Ib=Ia (Ib=0); Ibh*=Ib-Ic=0(Ib=0, Ic=0); Ich*=Ic-Ia=0-Ia=-Ia。虽然只有 A 相电流,但 经过这一步处理后,在 C 相也因为计算产生了差流。程序固定对相位归算后的向量再除以 √ 3, 但因为只有单相电流,矢量相减并没有改变相位和大小,所以经过这一步骤后,电流 幅值减少了 √ 3倍。再除以本侧 I e=4.133A ,把有名值换算成标幺值。故装置显示 AC 相差 流分别为 0.577Ie 。
当在△侧输入电流时 , 不管是输入单相 IA 或 ABC 对称三相 , 输入电流 4.133A (低压侧 /△侧 I e=4.133A ),都会显示差流等于 1Ie ,且当输入单相 IA 时,也只有 A 相有差流, C 相不会有差流。因为程序对△侧不进行相角归算(对 LFP 和 RCS9671/79,采取 Y 侧往△侧 归算的传统方法 )。没有矢量相减和除以 √ 3这一步,直接跟本侧 Ie 电流值相除,换算成 标幺值。
从上面的举例我们可以看到,现场实验如果说理解起来会有一点难度的就是 Y 侧加 同样大小的单相电流和三相电流得到的结果不同。这是为了调整接线组别造成的相位差, 程序固定采取的计算方法带来的。相位归算是按正常情况下(三相对称电流)来考虑的, 即使输入的是单相电流,程序还是按同一个流程(归算思路)来处理。
现场调试,有时也会碰到外部 CT 采用 Y/△接线,而不是常见的 Y/Y接线。这种情况 一般出现在老站改造,比如原来的电磁式 LCD-4差动继电器更换成微机保护,但 CT 及控制 电缆都未更换。对 RCS9671/73/79而言,可以在系统参数里设置相应的接线组别参数。各
侧 I e 值的内部计算同 CT 采用 Y/Y接线是一样的,因为相角归算已由外部 CT 接线来实现 了,所以程序不会再进行矢量相减这一步骤。考虑到外部 CT 采用 Y/△接线后, CT 二次电 流增大了 √ 3倍,程序里还会固定的除以 √ 3。转换成标幺值的步骤也同 Y/Y接线一样。 对 CT 采用 Y/△接线的情况,现场实验时(主变参数同上, Y/△ -11)保护装置高压 侧输入单相电流 IA=4.133A,装置显示 A 相有差流 Iacd=0.577Ie, C 相不会有差流。当输 入 ABC 三相对称电流,电流幅值为 4.133A ,装置显示 ABC 三相都有差流,差流数值都为 0.577Ie 。也就是说,不管输入单相还是三相电流,装置计算的差流都比输入电流小 √ 3倍,且只有输入相有差流。从调试角度出发, RCS96XX 系列差动保护相位和幅值归算的基 本流程示意如下:
5、 LFP900系列差动保护的归算
LFP900系列主变差动保护对主变接线组别和 CT 变比等因素的归算思路和 RCS96系列 差动保护的思路是一致的,都是从 Y 侧向△侧归算,也是采用矢量相减的方法来调整相位 等等。但是因为 RCS96系列的硬件平台所能提供的计算能力要比 LFP900系列强大许多,所
以 RCS96系列只需要用户把主变额定容量、接线组别等参数输入定值, Ie 和平衡系数的计 算由程序内部完成。而 LFP900系列差动保护可能是因为计算能力的问题,有一部分工作是 由硬件来完成的,需要用户来计算和跳线设置各种平衡系数。具体的计算和跳线设置步骤 在公司《 LFP900系列变压器成套保护装置用户培训手册》一书中有周密详细的讲述,本文 不再赘述。只把需要注意的几点整理如下:
1) 主变电压变比和 CT 变比对幅值影响的消除也是通过 I e 概念归算成标幺值;利用 矢量相减完成相位调整后对幅值增大了 √ 3倍的处理(除以 1.732);这两部分功能都是 通过硬件来实现的,即通过设置 VFC 板各侧输入回路平衡系数完成。调整平衡系数实际上 是在调整高精度电位器的阻值,该电位器接于输入运算放大器回路当中,改变其阻值,即 调整了该运放的放大倍数。各侧平衡系数是 5A (假设交流头为 5A ) 标准值同各侧 I e 的比 值 (可以理解为归算到以 2次额定 5A 为基准的标幺值 )。各侧 I e 电流值根据变压器最大 容量、电压等级、 CT Y 侧相位归算后要除以 √ 3也要在这一 步完成,所以对 Y 侧的 I 电流值必须要乘以接线系数 √ 3
增大 √ 3倍。保护装置各侧电流经过装置交流头小 CT 电流变换后,通过运放电路转换成 电压量。该输出可以近似理解为 =输入电流×运放电路的放大倍数 =输入电流×平衡系数。 2次额定 5A 为基准的标幺值,同时对 Y 侧也 “提前”把因相角调整而产生的幅值扩大消除(除以 √ 3)
2) 经过上述步骤处理的电压量经过 V/F变换后,提供频率信号给 CPU 板上的 CPU1进 行差流计算等处理。相角调整也由 CPU1软件完成,归算方法仍然是采取矢量相减的方 法。同 RCS 系列差动保护相比应注意的是,软件进行不进行矢量相减(/即相位调整 ); 哪两个矢量进行相减(/即是使相位向 11点还是 1点调整 )都是出厂预装程序定死的,在 现场是无法通过外部定值设置来修改的。也就是说用户订货是提供的主接线形式是非常重 要的,△ /△的隔离变或 Y/△ -11或 Y/△ -1CPU1程序是不同的,这一点现场调试一定要注 意确认,以防出错。
3) 看到这里,可能会有同事提出:《 LFP900主变差动保护说明书及培训教材》上不 是讲了对 VFC 板要根据主变接线组别设置 JP1~3的跳线么,不是可以现场调整接线组别 么。其实这个跳线是设置 MONI 板 CPU2相角调整的。我们都知道, LFP900主变差动保护 CPU 板 CPU1负责保护计算, MONI 板 CPU2负责启动开放出口电源及人机界面等。 1)步骤 所描述的经过平衡系数调整后的电压量一方面通过 V/F变换后的频率信号提供给 CPU1, 相角调整由软件完成。另一方面经过差流形成电路提供给 MONI 板 CPU2, CPU2通过电压型 A/D模数转换后用以启动判断。也就是说, MONI 板 CPU2的相位调整和差流计算都是由硬 件来完成的, CPU2 A/D转换的输入量已经是差流了。 VFC 板上的 JP1~3的跳线即是调整差
流形成电路中相角调整功能的,通过跳线来设置是否矢量相减矢量相减(/即相位调 整 );哪两个矢量进行相减(/即是使相位向 11点还是 1点调整 )。具体电路如何实现, 看一下《 LFP971分板电路图》即可非常清楚。
4) 再次强调一下:平衡系数调整电路完成幅值变换和预先消除因 Y 侧相角调整所造 成的幅值扩大了 √ 3倍; CPU1相角调整和差流计算由软件完成,不同接线组别对应不同 程序; MONI 板 CPU2相角调整和差流计算全部由硬件电路完成,不同接线组别可以通过跳 线设置。现场调试一定要注意这几个方面都要一一对应起来。否则,极易出问题。本文后 面提到的调试案例也有这方面的内容。
5) 还以上文所提到的主变参数为例〔 主接线为 Y/△ -11, CT 为 Y/Y接线。我们计算 出高压侧(Y 侧) I e=4.133A (CT2次实际额定电流,未乘以接线系数 √ 3) , 乘以 √ 3后 的 I e=4.133A ×1.732=7.158A〕现场做实验时,当从保护装置高压侧加入单相电流 IA=7.158A时,装置显示 A 、 C 相有差流,差流为 1Ie ;加入三相对称电流 7.158A 时,装 置显示 A 、 B 、 C 相都有差流,差流为 1.732Ie 。这个结果和产生的原因和 RCS96系列差动 保护是一致的。
6) 现场设置 VFC 板平衡系数时, Y 侧 I e 一定要记着乘以 √ 3的接线系数。定值里面 各侧 I e (二次等值额定电流)定值, Y 侧一定要用已经乘以 √ 3接线系数的 I e ,对上例 而言,就是要输入 7.158A 而不要输成 4.133A ,更不要输成 5A (除非你算出来真是 5A ),要保证这个值跟你算平衡系数的分母一致。管理板这个定值决定了输入电流值的显 示。微机保护内部计算判断采用的都是离散化后的 2进制代码,人机界面要显示装置输入 的有名值(如输入电流是多少安 ),这中间就有一个系数的换算,该系数要考虑到从装置 小 CT 到内部一些运算步骤的修正等等,内部的 2进制数值乘以某个系数就是要显示的有 名值。一般保护这个系数出厂时程序就可以确定了。但 LFP 系列差动保护在现场有平衡系 数设置这个环节, 装置中 CPU 及 MONI 采集到的电流是乘以平衡系数后归算至 I n (5A/1A)下的电流。可以这么说, LFP971/972(A/B/C) 中,差流大小的计算及显示取决于平衡系 数,各侧输入电流大小的显示值取决于 I e 。若平衡系数设置不对 , 差流计算将会出错, 从而导致差动保护的误动作。而 I e 整定不正确,只会使该侧输入的电流值的显示不对。 假设平衡系数计算 I e 采取的是 7.158A ,如果平衡系数整定为 5/7.158, 在定值里 I e 输成 了 5A ,当实际输入三相电流为 7.158A ,则保护状态显示里电流大小会显示为 5A , 差流 则不管 CPU 板还是 MONI 板显示都会正确。装置内部是以 5A/1A(视交流头而定 )为基 准,内部 2进制数值乘以根据输入的二次等值额定电流值确定的系数,得出显示的实际输 入值。输入电流值取自相角归算以前,所以 Y 侧输入单相还是三相电流,只对差流计算有 影响,对实际电流输入的显示无影响。比如 Y 侧输入单相电流 7.158A ,差流显示 A 、 C 相
为 1Ie, 电流显示只有 A 相电流 7.158A ;输入三相电流 7.158A ,差流显示 A 、 B 、 C3三相 为 1.732Ie, 电流显示 ABC 三相还是 7.158A, 跟实际情况是一致的。 RCS 系列主变差动因为 输入主变各项参数后, I e 等中间参数都是程序内部计算的,所以没有 LFP 差动这方面需 注意的问题。另外从保护状态显示菜单里 CPU 板可以看到总的差流和各侧实际输入电流等 显示;但 MONI 板只有总的差流显示,这跟我们前面提到的 CPU 板和 MONI 板不同计算处理 过程是一致的。
7) 从调试角度出发所理解的 LFP900差动保护归算基本过程,见下图:
7、 RCS978主变保护装置差动保护的归算
RCS978保护装置中的差动保护部分同 RCS96XX 系列差动保护相同的地方都是用户只 需输入系统参数 , 各类内部计算所需的中间量不需要用户整定 , 而且装置本身提供了象平衡 系数、计算差流等内部计算所需中间量的查询显示,大大方便了用户和我们调试人员在现 场的实验工作。但是因为 RCS978适用于 500/220KV高压系统,所以装置差动保护部分对 主变接线组别和变比的归算调整方法同 RCS96XX 系列差动相比有了较大变化,主要体现在 平衡系数基准量的选择和相位由△侧向 Y 侧调整。
1) LFP900系列差动保护根据变压器最大容量求出各侧二次额定电流,平衡系数 =In/各侧 Ie ;各侧输入量乘以该侧平衡系数得到以为 In(5A/1A)基准值的标幺值。程序如 此处理,主要是考虑到内部计算处理的方便(毕竟根据系统参数定值,预先算出以 5A 为基 准值的各侧平衡系数,输入量乘以该平衡系数从而得到标幺值。在程序处理上会比输入量 除以各侧二次额定电流 Ie 得到标幺值要方便一些。虽然从物理意义上理解这两者是一样 的 ), RCS978也是采用平衡系数来转换标幺值,但是用来计算平衡系数的基准值(平衡系 数的分子 )并不是固定为 5A 。而是根据各侧额定 2次电流 Ie 的比率大小有不同的选择。 RCS978平衡系数计算步骤同 LFP 和 RCS96XX 一样,首先根据主变最大容量和各侧实际运行 电压和 CT 变比求出各侧 Ie 。平衡系数公式等于:
K ph=(I 2n-min/I 2n) ×K b 其中 K b=min(I 2n-max/I 2n-min, 4)
I2n-max 为最大的 Ie I 2n-min 为最小的 Ie
程序根据所求出的各侧 Ie 值中, Ie 最大值(I 2n-max )是否大于 Ie 最小值(I 2n-min ) 的 4倍来决定平衡系数有两种计算公式 :
当 (I 2n-max/ I2n-min )<4时:k ph="I" 2n-max/i="">
当 (I 2n-max/ I2n-min )>4时:K ph=4I 2n-min/I 2n .
(如果 I 2n-max/ I2n-min 恰好等于 4,则上述两公式就一致了,用哪个都成 ) 当 Ie 最大值大于 Ie 最小值 4倍以上时,各侧平衡系数的基值(分子)选择为 4倍的 Ie 最小值(4I 2n-min ), Ie 最小的那侧平衡系数为 4;否则选 Ie 最大值为各侧平衡系数的 基值(分子), Ie 最大的那侧平衡系数为 1。
程序之所以这样设计,而没有直接采用 5A 这样一个常数。主要是因为 RCS978主要 应用于 220KV/500KV高压系统。现场大部分主变为 3卷变,有 10KV 这个电压等级的输出。 220KV 系统的主变大多为联络变,容量也较大。平时 10KV 侧的负荷占整个变压器容量的比 率较小,所以 10KV 侧的 CT 变比为了保证正常运行时的测量精度,其变比选择并不是完全 按照主变最大容量来选择的。以《 RCS978调试大纲》中所举主变实例来说明(主变参数抄 录在下表 )。如果 10KV 侧按主变最大容量来选择变比,恐怕要选 12000/5,这样 10KV 侧 Ie 是 4.13A ,但这肯定是不现实的,联络变功率传递主要集中在 220KV 和 110KV 侧,所以 10KV 侧选则变比为 3000/5, Ie 达到了 16.5A 。如果这种情况下还采用 5A 常量做为求平衡 系数的基准值,则 10KV 侧求出的平衡系数 K ph=0.303。 10KV 侧本来实际 2次电流就较小, 如果平衡系数再较小,则内部计算精度不好保证。采用现在以 4倍的 Ie 最小值(4×1.96A=7.84A)为基准所求平衡系数的方法 Kph=0.475。相对而言内部计算精度更能保证一
些。 RCS978 Ie基准值的选择思路就是如果各侧 Ie 数值之间差别不大(以 4倍为限 ),则 选最大侧 Ie 数值为平衡系数的基准;如果差别太大(倍数>4)则用 4倍的最小侧 Ie 值这 个位于中间的数值作为平衡系数的基准,以此来求各侧平衡系数,系数的具体值不会偏差 太大(指数值不会太大或太小 )。考虑到程序内部计算,保护数据位数是有限的,惟有如 此,才能最大程度的保证内部计算处理的精度。(其实不管是用 5A 还是这样根据 Ie 的数 值大小倍数来选择平衡系数的基值,物理意义是一样的,就是一个转换标幺值的基准而 已,没必要考虑的太复杂 )下表第 5行为按 RCS978算法求的平衡系数,最后一行为假设仍 采用 LFP900和 RCS96XX 系列以 5A 为基准方法求出的平衡系数,两者比较一下即可见区 别。
2) LFP900和 RCS96XX 系列差动保护对接线组别造成的相角差调整,采取的都是传 统的由 Y 侧向△侧归算,这样一方面是实现起来比较方便(还是延续了传统电磁式保护利 用 CT 采用 Y/△接线调整相位的做法 )同时 Y 侧调整相位采用矢量相减的方法,也同时消 除了 Y 0侧区外接地故障时零序电流造成 Y 和△侧差流不平衡的问题。 RCS978对相位的归 算调整,同传统方式不同,采用的是由△侧向 Y 侧归算(外部 CT 还是采用 Y/Y接线)。这 样做一个最大的好处是 Y 侧绝大部分情况下都是电源侧,而只有电源侧才会产生励磁涌 流。励磁涌流的大小和衰减速度同许多条件有关,但是对于三相变压器,至少有 2相会出 现不同程度的励磁涌流,且在初期往往会偏于时间轴的一侧,很多情况下会有两相励磁涌 流其相位基本相同(图例可见《 LFP900主变保护用户培训教材》 P5页 )。当采取传统的 Y 侧向△侧归算方式, Y 侧电流两两矢量相减调整相角,励磁涌流相位基本相同的两相电流 在矢量相减时,就会消掉一部分励磁涌流。 978采用由△侧向 Y 侧归算后, Y 侧不再进行相 电流之间的矢量相减,这样相对提高了励磁涌流的幅值,这样励磁涌流和故障特征会更加 明显,程序分辨能力会进一步加强,自然动作速度也能提高。许多国外著名厂商的微机主 变保护,也早就采用了由△侧向 Y 侧归算的相位调整方法,如 GE 公司 2000年就在国内推 出的 T60变压器保护。可见这种归算方法自然有其优点。
RCS978采用由△侧向 Y 侧归算后,必须要考虑到 Y 侧 可能流过的 零序电流 对差流的 影响 。 RCS978采取对 Y 侧每相电流都减去零序电流的方式(该零序电流为 3相合成自产, 非常方便获得 )。△侧的相位调整,同 LFP900和 RCS96系列一样,采用矢量相减的方法, 同时需除以 √ 3,以消除矢量相减对幅值增大的影响。不过应注意哪两相分别相减,比如 Y/△ -11接线,如果 Y 侧调整相位,用以比较差流的 IA*=IA-IB(矢量相减,由 12点调到 11点相位 ); RCS978的△侧调整,就是 IA*=IA-IC(矢量相减,由 11点调到 12点相 位 ),这个现场注意一下即可。列出各侧调整公式(因为 WORD 输入矢量符号不方便,所以 同上文一样,用文字加注 , 请大家谅解 )
Y 侧 : IA* =IA-I0(矢量相减) ;IB* =IB-I0(矢量相减); IC* =IC-I0(矢量相减) △ 侧 :(矢量相减);
(矢量相减);
(矢量相减);加 *号为调整后电流,未加 *号为输入电流 RCS978说明书把通过平衡系数进行变比归算和相角归算调整分开讲解,终于没有再 象 LFP 和 RCS96XX 说明书那样把 Ie 额定 2次电流里面总扯上一个 √ 3的接线系数,反而有 时容易把用户搞糊涂了。还是这样物理概念更清晰更加便于理解一些。另外 Y 侧需减去零 序电流。现场做实验时,应注意我们以前习惯的三相电流矢量和求出的是 3倍 I (3I0)。 因为我们以前线路保护里都直接用 3UO 和 3I0,所以潜意识当中很容易一不小心就把 3I0当成了 I0。这一点在现场时一定要注意,我就曾经在现场犯过这样的错误。
还是以上面第 1)部分举的主变参数为例。 220KV 侧(Y 侧) Ie=1.96A,当该侧输入 单相 IA=1.96A时,装置中 A 相差流值等于 2/3的 Ie (因为零序电流等于 1/3的 IA , IA 需 减去 IO ), 同时可见 B 相及 C 相的差流值均为 1/3的 Ie 。 (当该侧输入三相对称电流 1.96A ,装置显示 ABC 三相都有差流,差流值分别等于 1 Ie(三相对称,无零序电流)。 10KV 侧(△侧) Ie=16.5A,当该侧输入单相 IA=16.5A时,装置显示 A 、 B 两相有差流;差 流值分别等于 0.577Ie (因为虽然只有单相电流 , 矢量相减后相位和幅值都没有变化 , 但程 序还是固定的除以 √ 3)。当该侧输入三相对称电流 16.5A ,装置显示 ABC 三相都有差 流,差流值分别等于 1 Ie(矢量相减后 , 相角顺时针移动 30度 , 幅值增大 √ 3倍后 , 程序又 固定的除以 √ 3, 保证原幅值未改变)。
二、从调试角度出发,应该了解和注意的一些地方
1、除接线组别和变比误差外,造成差流不完全平衡的其它因素
上文中提到的差动保护的归算调整主要是针对主变接线组别和变比因素对差动保护 的影响,这两方面因素可以看作“明显的”。另外还有几个因素还可能造成主变正常运行 状态下差流的不平衡。 a) 、虽然现在现场对差动保护用 CT 的选型一般都是要求主变各侧是 同型号。但因为变比和容量都有差别,致使 CT 的特性也不尽相同。尤其是当区外故障穿越 性电流增大,可能导致 CT 饱和, CT 饱和特性不一致,造成不平衡电流增大。 b) 、有载调 压变压器在运行当中需要经常改变分接头来调整电压,这样实际上改变了变压器的变比。 而我们在上文中提到的对变比的归算方法,都是按照额定或实际最有可能运行的电压来计 算的。这样分接头位置改变后,会导致不平衡电流的产生。 c) 、理论计算的误差,程序对 主变变比误差的计算消除是基于主变及 CT 各项参数,如果这些参数同实际有所差别,也将 会产生不平衡电流(一般在现场碰到这方面的问题较少,除非是一些用户项目,选用的是 一些小厂家生产的质量较差的主变或 CT )。
2、 LFP900、 RCS96XX 、 RCS978装置的比率差动特性
常规的微机主变差动保护都配置了差动速断和带制动特性的比率差动两个动作元件。 差动速断就是一个单纯反映差电流幅值大小的“过流继电器”。其动作值较高,主要针对 相间短路等严重故障,对匝间短路等主变轻微故障灵敏度肯定不够。比率差动保护灵敏度 高,但受励磁涌流和上述产生不平衡电流的因素影响也较大。怎样消除上述因素的影响, 做到既要提高比率差动保护的灵敏性同时又要保证其可靠性(这本身就是一种矛盾),这 体现了不同厂家的技术水平。比如 GE 公司的 T60主变差动保护,其励磁涌流制动采用的 2次谐波制动并不是仅单纯比较 2次谐波分量和基波分量幅值的大小,还要比较相位(不过 说实话,这一点自己一直未理解清楚,哪位同事对此感兴趣,我这里有相关资料 );对有 载调压产生的不平衡电流, T60除了在定值上要求用户设定主变的档位及每一档位对电压 的影响外,同时 T60也开入采集档位接点位置。从而可以做到随着主变档位的调节自动改 变内部计算参数; T60的比率制动动作曲线是条曲线(不是折线),用户可以根据主变和 CT 的特性 (GE 建议用户还要做一些必要的实验 ) 来设定这条曲线,从而做到同用户具体系统 尽量严格吻合;通过以上一些措施后, T60动作曲线差动启动电流可以定的非常低(从例 子上看相当于我们的差动启动定值设为 0.1Ie )。说了 T60这么多,不过我个人感觉除了
采集主变档位以消除有载调压的影响这一条真的很有必要外,其它几条需要用户现场做的 工作太多,太烦琐,恐不太适合中国国情。
公司 LFP900、 RCS96XX 、 RCS978产品的差流及制动量计算公式和比率差动曲线都有一 些不同之处。在此把它们整理在一起,以便于大家比较学习和现场调试的方便。(所有公 式都基于 CT 极性指向变压器)。
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3、关于 CT 极性的几个问题
主变送电过程中,由于差动 CT 极性不对而导致差动保护误动的事情已发生过很多。 不光是对差动保护 CT 的极性,凡是牵扯到方向的保护尤其是主变的接地零序保护都要注意 CT 的极性。所以有必要把有关 CT 极性问题从工程实用的角度出发,再强调一下。
3.1 、如何简单实用的分析 CT 极性
单相 CT 一次侧输入端子一般按习惯标记为“ L1”、“ L2”;二次侧输出端子标记为 “ K1”、“ K2”。按照减极性原则确定的同名端一般是 L1和 K1(同名端端子上会加 *号标 示)。同名端的含义可以简单的理解为 它们电势变化的趋势是一致的 ,也就是说当一次 L1端为高电势时,它的同名端也处在高电势。从工程上你可以直接理解为它们电位“相同” (当然这个“相同”是指它们在各自所处的那一侧里电位的高低是相同的,不是指数值相 同) 。以下图为例,高压侧 CT1一次 L1端子接母线侧, L2端子接变压器侧,电流由 L1流 向 L2,作为负荷 L1的电位要高于 L2电位。 K1是 L1的同名端,所以在二次, K1是高电 位, K2低电位。对 CT 二次输出应该看作一个电流源,(从工程角度出发,你就认为它是 个电池就行 。 对电池而言,其内部电流流向,肯定是从低电位(负端)流向高电位(正 端) 。所以 CT 二次电流的流向是从 K1流出, K2流回。对主变低压侧 CT2来说,正常负荷 电流从 L2流入 L1流出, L1是低电位;那么相对应的 K1也是低电位,所以 CT2的 2次侧 电流从 K2流出, K1流回。判断方法简单归纳起来就是:1)把 CT 一次看作负荷,根据电 流从 L1和 L2哪个端子进哪个端子出的流向来判断端子的电位;—— 2)把 CT 二次看作电 源,根据 L1、 L2的电位判断 K1、 K2的电位,电流由高电位端子流出,低电位端子流入。
上面讲的是“一次” CT 的极性,保护装置输入回路里也有电流变换用的小 CT (
头 ),它也存在个同名端的问题。好多厂家在这方面标的很乱,您没必要深究它哪是同名
端,只要明确电流从哪个端子进哪个端子出,装置程序会认为电流是正方向的,这一点就 足够了。对我们公司的产品而言,电流从 I 进, I ’ (I 撇)出即认为电流是正方向。
对 CT 的极性,电力系统的习惯,是以母线侧为正(流出母线 )。这个对出线好理 解,对主变低压侧进线,同样以低压侧母线为正,那么电流的正方向就是指向变压器,这 跟主变差动保护强调的 CT 极性都指向变压器是一致的。对主变低压侧进线大家有时会感觉 跟习惯正好反着“明明是电流流进母线,正方向却要指向变压器”(特别是很多开关柜厂 家,主变低压侧进线 CT 很多时候都接反了 )。其实,电流的正方向就是一个 预先 的 假定 , 跟电流实际的流向是没有关系的。
对主变差动保护的极性,我们平时所说的指向变压器。从工程上简单的说就是:如果 一次电流按照这个指向的方向流动,反映到二次的保护装置输入电流也要是正方向。这就 说明 CT 极性接对了。以上图为例,指向变压器,对高压侧而言就是如果一次电流从高压侧 母线流进主变,那么流进保护装置的电流也应该是正方向的(即从 I 进, I ’ (I 撇)出 ); 对主变低压侧,如果一次电流从低压侧母线流进主变,流进保护装置的电流也应该是正方 向。实际正常情况,一次电流是从主变流进低压母线的,同正方向相反,那么平时装置的 输入电流也应该是负的(I ’ 进, I 出),如图中所示低压侧电流方向) 。
习惯上我们规定了 CT 的 L1和 K1是同名端,但从同名端的定义来说, L1和 K1是同 名端; L2和 K2也是一对“同名端”。另外,从上图中大家也可看到, L1和 L2接的位置的 不同(谁接母线谁接变压器?); CT 是高压侧的还是低压侧的 ? ; K1、 K2谁接保护的 I 进 端子谁接 I ’ 出 端子 ; 这几方面因素都会影响到最终的电流方向(极性)。举个简单的例子 :上图中主变低压侧进线 CT2的 L1接在母线侧 , 如果用户接在了主变侧 . 那么我就让 K1接在 Ial ’ 上,还是能保证 CT 的极性是对的。所以我个人感觉在调试现场跟用户施工人员讨论 CT 极性时,不要总用同名端来讨论,用一些 直接明确 的说法 , 双方交流起来会更清晰方便,也 不易产生误解(用户施工人员,有他们自己习惯的用语。有时候用“这个同名端”“那个 同名端”,绕来绕去的,反而把大家都说糊涂了,虽然分析起来,其实说的都是一回 事 )。
在现场跟用户讨论 CT 极性时,我们只要能明确以下 2点即可:1) CT 一次侧怎么接 的(L1和 L2谁接母线,谁接 CT ); 2) CT 二次侧怎么接的(K1和 K2谁接保护装置的 I 端 子,谁接 I ’ 端子)。明确了这两方面,根据上面提到的“等电位”判断方法。即可判断出 现场 CT 的极性接的是否正确。(另外 , 现场是用户负责接 CT ,不是我们亲自接 , 所以有些 时候你明确的告诉他什么端子接什么端子,会比只笼统告诉他一句指向变压器要更好一 些,也不容易产生理解的偏差,因为好多用户施工人员的技术素质我们大家都知道
的 … . )。
3.2、用户在现场常用的判断 CT 极性的几种方法
用户在现场施工阶段常用电池组打 CT 极性;在主变送电后,要测 6角图。打极性所 用工具主要包括对讲机、电池组、指针式电流表。电池组一般都是用户自制的,用 4~8节 1号电池串联而成,甚至我还见过有用汽车电瓶的。其实用什么倒无所谓,只要保证有一 定容量电压在 6~14V之间既可。当然电压越高,产生的电流越大,判断起来越明显。指针 式电流表接于保护设备电流输入端子排上(一般断开装置电流输入,让电流全部流经电流 表),因为电流比较小,一般用 mA 档测量。测试接线图如下。一组测试人员在主变 CT 处,按照某个电流方向(一般按正方向来)用电池组一极固定,一极间断点击的方式(如 果直接接上,会马上把电池电放光的)给 CT 一次施加电流。另一组测试人员,通过步话机 在一次加电流的同时,观察电流表指针偏转的方向。反复几次,即可判断出 CT 的极性。实 验时应注意:1)在 CT 一次加电流时应注意 CT 的实际流向。对某些 GIS (组合电气)开关 及某些 10KV 中置式开关柜, CT 安装的位置很不利于观察,有时候你从外面加电流,你感 觉电池负极夹在 CT 靠近主变侧,正极点在母线侧,施加的电流是从母线侧流向主变侧,实 际上 1次母线排在柜内打了个 U 型弯,方向和理解的恰好反了。如果是这样,你据此作出 的 CT 极性的判断肯定是错了(我在现场真碰到过这样的情况)。 2)在保护侧观察指针偏 转方向时,要注意电流表的夹子不要插错电流表的输出插孔。比如正极夹子一般是红色 的,你光注意到夹子的颜色认为是把正极夹子夹到保护屏电流输入端子上了,却没注意到 这根正极测试线却插到电流表负端了,这样得到的结果也就全错的。另外要注意,如果一 次施加的是正方向电流,电流表指针会先正偏,马上打回,因为 CT 电感线圈有个储能后反 向放电的过程,指针会反偏。所以观察时一定要和一次加电流配合好,特别是电流较小 时,一定要注意。罗嗦了这么多,总之在现场一定要细心,上面列举的问题在现场都实际 碰到过。
现场主变送电,冲完变压器后,最后的一个步骤就是测六角图。所谓六角图,就是 以某个量(一般用 UA )为基准,测出 UB 、 UC 、 IA 、 IB 、 IC 这些量相对基准量的相位和各
自幅值,并据此画出矢量图。因为 3个电压、 3个电流共 6个向量,如果把它们的顶点连 起来,恰好是 6个角,故现场对此形象的称为六角图。结合已知的该侧功率方向,根据六 角图即可判断出该侧 CT 极性正确与否。
3.3、利用保护装置采样值来判断 CT 极性应注意的地方
从 LFP900保护到 RCS96XX ,到现在的 RCS978。装置都在人机界面里提供了各侧电压 电流和相位的实时测量值的显示。这大大方便了调试人员在现场的工作。在现场应用中还 应注意以下几个方面:
1) 因为如果电流值很小的话,采样误差会较大(特别是相位误差会更大)。所以一 般要让负荷带到 0.3A 以上时,就可基本保证根据采样数据判断的 CT 极性是否正确。另外 判断电压电流之间的夹角,一定要和本侧的功率方向结合起来。这一点,对主变某侧带有 用户发电机负荷的情况,更要小心。
2) LFP900和 RCS96XX 主变保护的状态显示也有些细微的差别。见下表:
范文四：主变差动保护总结
经验总结 -主变差动保护部分
一、 从工程角度出发所理解的主变差动保护
关于接线组别和变比的归算思路
1、 影响主变差动保护的几个因素
差动保护因为其具有的选择性好、灵敏度高等一系列优点成为变压器、电动机、母 线及短线路等元件的主保护。这几种差动保护原理是基本相同的,但主变差动保护还要考 虑到变压器接线组别、各侧电压等级、 CT 变比等因素的影响。所以同其它差动保护相比, 主变差动保护实现起来要更复杂一些。
变压器变比的影响:因为变压器变比不同,造成正常情况下,主变高低压侧一次电 流不相同。比如:假设变压器变比为 110KV/10KV,不考虑变压器本身励磁损耗的理想情况 下,流进高压侧电流为 1A ,则流出低压侧为 11A 。这很好理解,三相视在功率 S= √ 3UI 。 不考虑损耗,高低压侧流过功率不变,各侧电压不同,自然一次电流也不同。
CT 变比的影响:还是用上面的举例,如果变压器低压侧保护 CT 的变比是高压侧 CT 变比的 11倍,就可以恰好抵消变压器变比的影响,从而做到正常情况下,流入保护装置 (CT 二次侧)的电流大小相同。但现实情况是, CT 变比是根据变压器容量来选择,况且 CT 变比都是标准的,同样变压器变比也是标准化的,这三者的关系根本无法保证上述的理 想比例。假设变压器容量为 20MKVA , 110KV 侧 CT 变比为 200/5,低压侧 CT 变比如果为 2200/5即可保证一致。但实际上低压侧 CT 变比只能选 2000/5或 2500/5,这自然造成了主 变高低压侧 CT 二次电流不同。
变压器接线组别的影响:变压器不同的接线组别,除 Y/Y或△ /△外,都会导致变压 器高低压侧电流相位不同。以工程中常见的 Y/△ -11而言,低压侧电流将超前高压侧电流 30度。另外如果 Y 侧为中性点接地运行方式,当高压侧线路发生单相接地故障时, 主变 Y 侧绕组将流过零序故障电流,该电流将流过主变高压侧 CT , 相应地会传变到 CT 二次,而主 变 △ 侧绕组中感应出的零序电流仅能在其绕组内部流过,而无法流经低压侧开关 CT 。 2、 为消除上述因素的影响而采取的基本方法
主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时,用以比较的主 变高低压侧电流幅值是相等,相位相反或相同(由差流计算采取的是矢量加和矢量减决 定,不过一般是让其相位相反 ),从而在理论上保证差流为 0。不管是电磁式或集成电路 及现在的微机保护,都要考虑上述三个因素的影响。(以下的讨论,都以工程中最常见的 Y/△ -11而言 )
电磁式保护(比如工程中常见的 LCD-4差动继电器 ),对于接线组别带来的影响 (即相位误差 )通过外部 CT 接线方式来解决。主变为 Y/△接线,高压侧 CT 二次 采用△接
线,低压侧 CT 二次 采用 Y 接线,由保护 CT 完成相角的归算同时消除零序电流分量的影 响。电流由主变高压侧传变到低压侧时,相位前移 30度,低压侧 CT 接成 Y/Y,角度没有 偏移。高压侧 CT 接成 Y/△, CT 二次侧比一次侧(也即主变高压侧)相位也前移了 30度。 这样就保证了高低压侧 CT 的二次电流同相位。高压侧 CT 接成 Y/△后,电流幅值增大了 √ 3倍(实际上是线电流),在选择 CT 变比时,要考虑到这个因素,尽量让流入差动继电器 的主变高低压侧电流相等。因为 CT 都是标准变比,通常不能保证高低压侧二次电流相等, 对此一般采取在外回路加装电流变换器(可以理解为一个多变比抽头的小 CT )或着对具有 速饱和铁芯的差动继电器,调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法,精度都不高。 微机保护同传统保护相比,保护原理并没有太大的变化,主要是实现的方法和计算的 精度有了很大提高。早期有些微机差动保护,可能是运算速度不够的缘故,相角归算还是 采用外部 CT 接线来消除(如 DSA 早期某型号产品)。现在的微机差动保护, CT 都是采取 Y/Y接线,相角归算由内部完成:通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差 动,对于 Y/△ -11接线,同低压侧 I Al 相比较运算的并不是高压侧 I ah ,而是 I ah *=Iah-I bh(矢量减 ) ,这样得到的线电流 I ah *, 角度左移 30度,同低压侧 I al 同相位。对于 Y/△ -11接线,参与差流计算的 Y 侧 3相电流量分别是:I ah *=Iah-I bh 、 I bh *=Ibh-I ch 、 I ch *=Ich-I ah(都为矢量减 ) 。对于 Y/△ -1接线,参与差流计算的 Y 侧 3相电流量分别 是:I ah *=Iah-I ch ; I bh *=Ibh-I ah 、 I ch *=Ich-I bh(都为矢量减 ) 。通过减超前相或滞 后相电流的不同,从而实现相角滞后或前移 30度。(因为用 WORD 画矢量图太麻烦,此处 省略示意图,大家可以自己画一下 )
主变变比和 CT 变比造成的误差都是幅值上的差异,这方面的处理,对于微机保护而 言,是非常容易的,输入量(对△侧)或相位归算后的中间量(对 Y 侧)乘以相应的某个 比例系数即可。当然这个系数对 Y 侧,还要考虑到内部矢量相减,同时造成的幅值增大了 √ 3倍。目前国内绝大部分厂商(如南自厂等)的微机差动保护,是以一侧为基准(一般 为高压 Y 侧),把另一侧的电流值通过一个比例系数换算到基准侧。采取这种方法,装置 定值和动作报告都是采用有名值(即多少安),比如差动速断定值是 18A 等等。我们公司 的差动保护相位归算也是采用矢量相减,变比等因素造成的幅值归算采取的是 I e 额定电流 标幺值的概念,相应的定值整定和动作报告也都是采用 I e 标幺值。现场很多用户(包括公 司一些新员工),对此感到较难理解,因此有必要详细解释一下。
3、 以 RCS9671/9679差动保护为例,解释 Ie 的概念
Ie 是指根据变压器的实际容量求到的额定电流的标幺值。我们常说的 CT 二次额 定电流是 5A ,这只是一个产品标准参数,而 Ie 是根据主变容量得到的,它所对应的电流 有名值的具体数值,对主变的每一侧都是不同的。
以下列参数为例:某台主变,容量 31.5/20/31.5 兆伏安;变比 110±4×2.5%/38.5±2×2.5%/11千伏;接线组别 Yo/Y/△ -12-11; CT 变比 200/5,500/5,2000/5; CT 为 Y/Y。
额定电流计算公式
高压侧 I e=31500KVA / (1.732*110KV)/ 200/5=165.337A / 40= 4.133A
中压侧 I e=31500KVA / (1.732*38.5KV)/ 500/5=472.39A / 100= 4.723A
低压侧 I e=31500KVA / (1.732*11KV)/ 2000/5=1653.37A / 400= 4.133A
当高压侧 CT 二次流出电流为 4.133A 时 , 表明本侧流出的功率为变压器的额定功率 , 这就是 I e 的物理含义,对中压侧、低压侧物理意义是相同的。差动保护在每一侧采集到的 电流除以该侧的 I e 电流值,得到各侧电流相对于本侧额定电流的比例值(标幺值)。采用 各侧的 Ie 标幺值直接参与差流计算,而不是采用电流有名值,相应的定值及报告都是显示 的是多少 Ie 。比如说高压侧二次电流为 4.133A ,程序会把这个值除以高压侧(4.133A ), 得到标幺值 1 Ie;中压侧电流为 -1.42A ,得到标幺值 -0.3 Ie;低压侧电流为 -2.89A ,得 到标幺值 -0.7 Ie。程序计算差流时会把这三侧 Ie 相加求得到差流 Id=0 Ie 。
注意:上例中提及的主变高压侧及中压侧的 I e ,与装置中 Ieh 及 Iem 不是同一个量,后者 是前者的 √ 3倍。 求 I e 具体值的公式里包含了变压器容量、电压变比、每侧 CT 变比这几个参数。基 于能量守衡的原理(忽略主变本身损耗 ),计算时容量都采用同一个最大容量(应注意对 于 35KV 侧,额定参数是 20MVA ,但计算时还是要用 31.5MVA )。得到的每侧额定值作为本 侧的基准,实际电流除以该基准,就得到可以直接用以统一运算的标幺值。整个计算的过 程,就消除了由主变电压变比和 CT 变比因素所造成的影响。其它公司以一侧为基准,其它 侧往基准侧归算。我们的差动分别以各侧额定为基准,各侧实际电流都往本侧归算;思路 都是一致的,但是我个人感觉还是 I e 的概念更好一些,更符合物理意义。举个通俗的例 子,把高压侧电流比做黄金、低压侧电流比做白银,两者没法直接通过比较重量来比较价 S :主变容量 , 三侧都按最大容量来 U:本侧额定线电压
值。我们都把其折合成美元,就可以统一比较了。 I e 在差动归算中,就起了一个美元的作 用。 I e 是一个标幺值,是一个可以统一计算的中间度量单位(转换单位)。
4、 以 RCS9671/9679差动保护为例,从调试角度出发理解的差动归算思路
我们在本文一开头就提到了主变电压变比、 CT 变比还有接线组别的影响。采用 I e 的概念和计算方法后,可以消除掉电压变比和 CT 变比对幅值的影响。对接线组别(相位) 的影响,以 RCS9671/9679程序里是这样做的。若系统设置菜单里,接线组别设置为△ /△ (CT 都是 Y/Y接线,也即由装置内部完成归算 ),程序对电流采样数据不做相角上的任何 归算处理,根据系统参数整定内容,计算出各侧 I e 具体值,实际采样值同本侧 I e 相除, 得出本侧以 Ie 标幺值所表示的电流值参与差流计算。当接线组别设置为 Y/△ -11,程序对 Y 侧电流采样数据首先进行相角调整,即参与差流计算的 Iah*=Ia-Ib(矢量减),
Ibh*=Ib-Ic, Ich*=Ic-Ia.这样一减,得到的矢量电流相位前移了 30度,完成相位的归 算。但幅值同时也增大了 √ 3倍(线电流和相电流的关系,这很好理解 )。程序里对矢量 相减得到的值会同时固定除以 √ 3,以保证只调整相位,不改变大小。对 Y/△ -1,处理过 程一样,只是矢量相减的相别发生一下变化:Iah*=Ia-Ic(矢量减), Ibh*=Ib-Ia, Ich*=Ic-Ib.也要固定的对幅值除以 √ 3。
要特别说明的是对接线组别 Y/Y的变压器,程序对两侧均作了 Y → △ 变换,目的主 要是消除高压侧 CT 中可能流过的零序电流对差流的影响,确保高压侧发生区外接地故障时 差动保护不误动。
看到这里,细心的同事可能会发现,在本文中 I e 的计算公式同 RCS9671/9679调试 大纲里写的不大一样。在《调试大纲》里,主变△侧 I e 的计算公式同 Y 侧 I e 的计算公式 不同, Y 侧 I e 的计算公式:I e=S / U / CT变比 (没有除以 √ 3)。而本文中 I e 的计 算公式△侧和 Y 侧是一致的。《调试大纲》里 Y 侧的公式并不是没有除以 √ 3,而实际上 是按 I e=(S / √ 3U / CT变比)×√ 3, 对 Y 侧 I e 扩大了 √ 3倍,从公式字面上看好 似是没有除这个 √ 3。《调试大纲》这样写 实际上已经考虑了 Y 侧 √ 3的接线系数。 不过我 个人认为,从物理概念上讲, I e 的计算公式对 Y 或△侧都是一样的,应按 3相功率来考 虑。(RCS 系列主变保护程序是根据输入的主变参数自动计算 I e 的, 因此 I e 与平衡系数 密切相关。特别要注意的是装置中的差动起动电流值及差动速动定值都与 I e 有关,装置中 涉及到的 I e 均为经过接线系数调整以后的各侧额定电流值 。 在定值整定过程中,若装置报 “平衡系数错”,可通过改变系统参数中的变压器容量来消除,但此时应注意将装置中的 差动起动电流值及差动速动定值作相应变动。
我们还是以上文所提到的主变参数来举例说明具体处理思路(该主变参数同
《 RCS9671/79调试大纲》里举例的主变参数相同)。设主接线为 Y/△ -11, CT 为 Y/Y接 线。我们计算出高压侧(Y 侧) I e=4.133A (按本文公式) , 《调试大纲》是乘以 √ 3的, I e=4.133A ×1.732=7.158A。
当在保护装置高压侧输入三相对称电流 IA=4.133A(角差 120度,同正常运行情 况),程序按照整定的接线组别,首先进行相角归算(矢量相减),因为 ABC 三相都有电 流,且角差 120,得到 Iah*=Ia-Ib=1.732×Ia ×∠ 30°;Ibh*=Ib-Ic=1.732×Ib ×∠ 30°; Ich*=Ic-Ia=1.732×Ic ×∠ 30°。幅值增大了 √ 3,相角逆时针旋转了 30°。相位归算后 的向量,程序会再除以 √ 3, 以消除因为矢量相减而导致的幅值增大 √ 3倍。再除以本侧 I e 值 4.133A ,把有名值换算成标幺值 (注 :实际上程序是乘以平衡系数 , 内部计算按相对于 5A 的标幺值来的。这样解释是为了便于理解 Ie 物理概念 , 以下相同 ) 。因为△侧无电流输入, 差流为零,故装置显示 ABC 相差流分别为 1Ie 。
在保护装置高压侧输入单相电流 IA=4.133A,装置显示 A 、 C 两相都有差流,差流 Iacd=0.577Ie; Iccd=0.577Ie。程序同样首先进行相角归算,即矢量相减。 Iah*=Ia-Ib=Ia (Ib=0); Ibh*=Ib-Ic=0(Ib=0, Ic=0); Ich*=Ic-Ia=0-Ia=-Ia。虽然只有 A 相电流,但 经过这一步处理后,在 C 相也因为计算产生了差流。程序固定对相位归算后的向量再除以 √ 3, 但因为只有单相电流,矢量相减并没有改变相位和大小,所以经过这一步骤后,电流 幅值减少了 √ 3倍。再除以本侧 I e=4.133A ,把有名值换算成标幺值。故装置显示 AC 相差 流分别为 0.577Ie 。
当在△侧输入电流时 , 不管是输入单相 IA 或 ABC 对称三相 , 输入电流 4.133A (低压侧 /△侧 I e=4.133A ),都会显示差流等于 1Ie ,且当输入单相 IA 时,也只有 A 相有差流, C 相不会有差流。因为程序对△侧不进行相角归算(对 LFP 和 RCS9671/79,采取 Y 侧往△侧 归算的传统方法 )。没有矢量相减和除以 √ 3这一步,直接跟本侧 Ie 电流值相除,换算成 标幺值。
从上面的举例我们可以看到,现场实验如果说理解起来会有一点难度的就是 Y 侧加 同样大小的单相电流和三相电流得到的结果不同。这是为了调整接线组别造成的相位差, 程序固定采取的计算方法带来的。相位归算是按正常情况下(三相对称电流)来考虑的, 即使输入的是单相电流,程序还是按同一个流程(归算思路)来处理。
现场调试,有时也会碰到外部 CT 采用 Y/△接线,而不是常见的 Y/Y接线。这种情况 一般出现在老站改造,比如原来的电磁式 LCD-4差动继电器更换成微机保护,但 CT 及控制 电缆都未更换。对 RCS9671/73/79而言,可以在系统参数里设置相应的接线组别参数。各
侧 I e 值的内部计算同 CT 采用 Y/Y接线是一样的,因为相角归算已由外部 CT 接线来实现 了,所以程序不会再进行矢量相减这一步骤。考虑到外部 CT 采用 Y/△接线后, CT 二次电 流增大了 √ 3倍,程序里还会固定的除以 √ 3。转换成标幺值的步骤也同 Y/Y接线一样。 对 CT 采用 Y/△接线的情况,现场实验时(主变参数同上, Y/△ -11)保护装置高压 侧输入单相电流 IA=4.133A,装置显示 A 相有差流 Iacd=0.577Ie, C 相不会有差流。当输 入 ABC 三相对称电流,电流幅值为 4.133A ,装置显示 ABC 三相都有差流,差流数值都为 0.577Ie 。也就是说,不管输入单相还是三相电流,装置计算的差流都比输入电流小 √ 3倍,且只有输入相有差流。从调试角度出发, RCS96XX 系列差动保护相位和幅值归算的基 本流程示意如下:
5、 LFP900系列差动保护的归算
LFP900系列主变差动保护对主变接线组别和 CT 变比等因素的归算思路和 RCS96系列 差动保护的思路是一致的,都是从 Y 侧向△侧归算,也是采用矢量相减的方法来调整相位 等等。但是因为 RCS96系列的硬件平台所能提供的计算能力要比 LFP900系列强大许多,所
以 RCS96系列只需要用户把主变额定容量、接线组别等参数输入定值, Ie 和平衡系数的计 算由程序内部完成。而 LFP900系列差动保护可能是因为计算能力的问题,有一部分工作是 由硬件来完成的,需要用户来计算和跳线设置各种平衡系数。具体的计算和跳线设置步骤 在公司《 LFP900系列变压器成套保护装置用户培训手册》一书中有周密详细的讲述,本文 不再赘述。只把需要注意的几点整理如下:
1) 主变电压变比和 CT 变比对幅值影响的消除也是通过 I e 概念归算成标幺值;利用 矢量相减完成相位调整后对幅值增大了 √ 3倍的处理(除以 1.732);这两部分功能都是 通过硬件来实现的,即通过设置 VFC 板各侧输入回路平衡系数完成。调整平衡系数实际上 是在调整高精度电位器的阻值,该电位器接于输入运算放大器回路当中,改变其阻值,即 调整了该运放的放大倍数。各侧平衡系数是 5A (假设交流头为 5A ) 标准值同各侧 I e 的比 值 (可以理解为归算到以 2次额定 5A 为基准的标幺值 )。各侧 I e 电流值根据变压器最大 容量、电压等级、 CT 侧相位归算后要除以 √ 3也要在这一 步完成,所以对 Y 侧的 I 电流值必须要乘以接线系数 √ 3
增大 √ 3倍。保护装置各侧电流经过装置交流头小 CT 电流变换后,通过运放电路转换成 电压量。该输出可以近似理解为 =输入电流×运放电路的放大倍数 =输入电流×平衡系数。 通过硬件电路把各侧实际电流转换成相对于 2次额定 5A 为基准的标幺值,同时对 Y 侧也 除以 √ 3)
2) 经过上述步骤处理的电压量经过 V/F变换后,提供频率信号给 CPU 板上的 CPU1进 行差流计算等处理。相角调整也由 CPU1软件完成,归算方法仍然是采取矢量相减的方 法。同 RCS 系列差动保护相比应注意的是,软件进行不进行矢量相减(/即相位调整 ); 哪两个矢量进行相减(/即是使相位向 11点还是 1点调整 )都是出厂预装程序定死的,在 现场是无法通过外部定值设置来修改的。也就是说用户订货是提供的主接线形式是非常重 要的,△ /△的隔离变或 Y/△ -11或 Y/△ -1CPU1程序是不同的,这一点现场调试一定要注 意确认,以防出错。
3) 看到这里,可能会有同事提出:《 LFP900主变差动保护说明书及培训教材》上不 是讲了对 VFC 板要根据主变接线组别设置 JP1~3的跳线么,不是可以现场调整接线组别 么。其实这个跳线是设置 MONI 板 CPU2相角调整的。我们都知道, LFP900主变差动保护 CPU 板 CPU1负责保护计算, MONI 板 CPU2负责启动开放出口电源及人机界面等。 1)步骤 所描述的经过平衡系数调整后的电压量一方面通过 V/F变换后的频率信号提供给 CPU1, 相角调整由软件完成。另一方面经过差流形成电路提供给 MONI 板 CPU2, CPU2通过电压型 A/D模数转换后用以启动判断。也就是说, MONI 板 CPU2的相位调整和差流计算都是由硬 件来完成的, CPU2 A/D转换的输入量已经是差流了。 VFC 板上的 JP1~3的跳线即是调整差
流形成电路中相角调整功能的,通过跳线来设置是否矢量相减矢量相减(/即相位调 整 );哪两个矢量进行相减(/即是使相位向 11点还是 1点调整 )。具体电路如何实现, 看一下《 LFP971分板电路图》即可非常清楚。
4) 再次强调一下:平衡系数调整电路完成幅值变换和预先消除因 Y 侧相角调整所造 成的幅值扩大了 √ 3倍; CPU1相角调整和差流计算由软件完成,不同接线组别对应不同 程序; MONI 板 CPU2相角调整和差流计算全部由硬件电路完成,不同接线组别可以通过跳 线设置。现场调试一定要注意这几个方面都要一一对应起来。否则,极易出问题。本文后 面提到的调试案例也有这方面的内容。
5) 还以上文所提到的主变参数为例〔 主接线为 Y/△ -11, CT 为 Y/Y接线。我们计算 出高压侧(Y 侧) I e=4.133A (CT2次实际额定电流,未乘以接线系数 √ 3) , 乘以 √ 3后 的 I e=4.133A ×1.732=7.158A〕现场做实验时,当从保护装置高压侧加入单相电流 IA=7.158A时,装置显示 A 、 C 相有差流,差流为 1Ie ;加入三相对称电流 7.158A 时,装 置显示 A 、 B 、 C 相都有差流,差流为 1.732Ie 。这个结果和产生的原因和 RCS96系列差动 保护是一致的。
6) 现场设置 VFC 板平衡系数时, Y 侧 I e 一定要记着乘以 √ 3的接线系数。定值里面 各侧 I e (二次等值额定电流)定值, Y 侧一定要用已经乘以 √ 3接线系数的 I e ,对上例 而言,就是要输入 7.158A 而不要输成 4.133A ,更不要输成 5A (除非你算出来真是 5A ),要保证这个值跟你算平衡系数的分母一致。管理板这个定值决定了输入电流值的显 示。微机保护内部计算判断采用的都是离散化后的 2进制代码,人机界面要显示装置输入 的有名值(如输入电流是多少安 ),这中间就有一个系数的换算,该系数要考虑到从装置 小 CT 到内部一些运算步骤的修正等等,内部的 2进制数值乘以某个系数就是要显示的有 名值。一般保护这个系数出厂时程序就可以确定了。但 LFP 系列差动保护在现场有平衡系 数设置这个环节, 装置中 CPU 及 MONI 采集到的电流是乘以平衡系数后归算至 I n (5A/1A)下的电流。可以这么说, LFP971/972(A/B/C) 中,差流大小的计算及显示取决于平衡系 数,各侧输入电流大小的显示值取决于 I e 。若平衡系数设置不对 , 差流计算将会出错, 从而导致差动保护的误动作。而 I e 整定不正确,只会使该侧输入的电流值的显示不对。 假设平衡系数计算 I e 采取的是 7.158A ,如果平衡系数整定为 5/7.158, 在定值里 I e 输成 了 5A ,当实际输入三相电流为 7.158A ,则保护状态显示里电流大小会显示为 5A , 差流 则不管 CPU 板还是 MONI 板显示都会正确。装置内部是以 5A/1A(视交流头而定 )为基 准,内部 2进制数值乘以根据输入的二次等值额定电流值确定的系数,得出显示的实际输 入值。输入电流值取自相角归算以前,所以 Y 侧输入单相还是三相电流,只对差流计算有 影响,对实际电流输入的显示无影响。比如 Y 侧输入单相电流 7.158A ,差流显示 A 、 C 相
为 1Ie, 电流显示只有 A 相电流 7.158A ;输入三相电流 7.158A ,差流显示 A 、 B 、 C3三相 为 1.732Ie, 电流显示 ABC 三相还是 7.158A, 跟实际情况是一致的。 RCS 系列主变差动因为 输入主变各项参数后, I e 等中间参数都是程序内部计算的,所以没有 LFP 差动这方面需 注意的问题。另外从保护状态显示菜单里 CPU 板可以看到总的差流和各侧实际输入电流等 显示;但 MONI 板只有总的差流显示,这跟我们前面提到的 CPU 板和 MONI 板不同计算处理 过程是一致的。
7) 从调试角度出发所理解的 LFP900差动保护归算基本过程,见下图:
7、 RCS978主变保护装置差动保护的归算
RCS978保护装置中的差动保护部分同 RCS96XX 系列差动保护相同的地方都是用户只 需输入系统参数 , 各类内部计算所需的中间量不需要用户整定 , 而且装置本身提供了象平衡 系数、计算差流等内部计算所需中间量的查询显示,大大方便了用户和我们调试人员在现 场的实验工作。但是因为 RCS978适用于 500/220KV高压系统,所以装置差动保护部分对 主变接线组别和变比的归算调整方法同 RCS96XX 系列差动相比有了较大变化,主要体现在 平衡系数基准量的选择和相位由△侧向 Y 侧调整。
1) LFP900系列差动保护根据变压器最大容量求出各侧二次额定电流,平衡系数 =In/各侧 Ie ;各侧输入量乘以该侧平衡系数得到以为 In(5A/1A)基准值的标幺值。程序如 此处理,主要是考虑到内部计算处理的方便(毕竟根据系统参数定值,预先算出以 5A 为基 准值的各侧平衡系数,输入量乘以该平衡系数从而得到标幺值。在程序处理上会比输入量 除以各侧二次额定电流 Ie 得到标幺值要方便一些。虽然从物理意义上理解这两者是一样 的 ), RCS978也是采用平衡系数来转换标幺值,但是用来计算平衡系数的基准值(平衡系 数的分子 )并不是固定为 5A 。而是根据各侧额定 2次电流 Ie 的比率大小有不同的选择。 RCS978平衡系数计算步骤同 LFP 和 RCS96XX 一样,首先根据主变最大容量和各侧实际运行 电压和 CT 变比求出各侧 Ie 。平衡系数公式等于:
K ph=(I 2n-min/I 2n) ×K b 其中 K b=min(I 2n-max/I 2n-min, 4)
I2n-max 为最大的 Ie I 2n-min 为最小的 Ie
程序根据所求出的各侧 Ie 值中, Ie 最大值(I 2n-max )是否大于 Ie 最小值(I 2n-min ) 的 4倍来决定平衡系数有两种计算公式 :
当 (I 2n-max/ I2n-min )<4时:k ph="I" 2n-max/i="">
当 (I 2n-max/ I2n-min )>4时:K ph=4I 2n-min/I 2n .
(如果 I 2n-max/ I2n-min 恰好等于 4,则上述两公式就一致了,用哪个都成 ) 当 Ie 最大值大于 Ie 最小值 4倍以上时,各侧平衡系数的基值(分子)选择为 4倍的 Ie 最小值(4I 2n-min ), Ie 最小的那侧平衡系数为 4;否则选 Ie 最大值为各侧平衡系数的 基值(分子), Ie 最大的那侧平衡系数为 1。
程序之所以这样设计,而没有直接采用 5A 这样一个常数。主要是因为 RCS978主要 应用于 220KV/500KV高压系统。现场大部分主变为 3卷变,有 10KV 这个电压等级的输出。 220KV 系统的主变大多为联络变,容量也较大。平时 10KV 侧的负荷占整个变压器容量的比 率较小,所以 10KV 侧的 CT 变比为了保证正常运行时的测量精度,其变比选择并不是完全 按照主变最大容量来选择的。以《 RCS978调试大纲》中所举主变实例来说明(主变参数抄 录在下表 )。如果 10KV 侧按主变最大容量来选择变比,恐怕要选 12000/5,这样 10KV 侧 Ie 是 4.13A ,但这肯定是不现实的,联络变功率传递主要集中在 220KV 和 110KV 侧,所以 10KV 侧选则变比为 3000/5, Ie 达到了 16.5A 。如果这种情况下还采用 5A 常量做为求平衡 系数的基准值,则 10KV 侧求出的平衡系数 K ph=0.303。 10KV 侧本来实际 2次电流就较小, 如果平衡系数再较小,则内部计算精度不好保证。采用现在以 4倍的 Ie 最小值(4×1.96A=7.84A)为基准所求平衡系数的方法 Kph=0.475。相对而言内部计算精度更能保证一
些。 RCS978 Ie基准值的选择思路就是如果各侧 Ie 数值之间差别不大(以 4倍为限 ),则 选最大侧 Ie 数值为平衡系数的基准;如果差别太大(倍数>4)则用 4倍的最小侧 Ie 值这 个位于中间的数值作为平衡系数的基准,以此来求各侧平衡系数,系数的具体值不会偏差 太大(指数值不会太大或太小 )。考虑到程序内部计算,保护数据位数是有限的,惟有如 此,才能最大程度的保证内部计算处理的精度。(其实不管是用 5A 还是这样根据 Ie 的数 值大小倍数来选择平衡系数的基值,物理意义是一样的,就是一个转换标幺值的基准而 已,没必要考虑的太复杂 )下表第 5行为按 RCS978算法求的平衡系数,最后一行为假设仍 采用 LFP900和 RCS96XX 系列以 5A 为基准方法求出的平衡系数,两者比较一下即可见区 别。
2) LFP900和 RCS96XX 系列差动保护对接线组别造成的相角差调整,采取的都是传 统的由 Y 侧向△侧归算,这样一方面是实现起来比较方便(还是延续了传统电磁式保护利 用 CT 采用 Y/△接线调整相位的做法 )同时 Y 侧调整相位采用矢量相减的方法,也同时消 除了 Y 0侧区外接地故障时零序电流造成 Y 和△侧差流不平衡的问题。 RCS978对相位的归 算调整,同传统方式不同,采用的是由△侧向 Y 侧归算(外部 CT 还是采用 Y/Y接线)。这 样做一个最大的好处是 Y 侧绝大部分情况下都是电源侧,而只有电源侧才会产生励磁涌 流。励磁涌流的大小和衰减速度同许多条件有关,但是对于三相变压器,至少有 2相会出 现不同程度的励磁涌流,且在初期往往会偏于时间轴的一侧,很多情况下会有两相励磁涌 流其相位基本相同(图例可见《 LFP900主变保护用户培训教材》 P5页 )。当采取传统的 Y 侧向△侧归算方式, Y 侧电流两两矢量相减调整相角,励磁涌流相位基本相同的两相电流 在矢量相减时,就会消掉一部分励磁涌流。 978采用由△侧向 Y 侧归算后, Y 侧不再进行相 电流之间的矢量相减,这样相对提高了励磁涌流的幅值,这样励磁涌流和故障特征会更加 明显,程序分辨能力会进一步加强,自然动作速度也能提高。许多国外著名厂商的微机主 变保护,也早就采用了由△侧向 Y 侧归算的相位调整方法,如 GE 公司 2000年就在国内推 出的 T60变压器保护。可见这种归算方法自然有其优点。
RCS978采用由△侧向 Y 侧归算后,必须要考虑到 Y 侧 可能流过的 零序电流 对差流的 影响 。 RCS978采取对 Y 侧每相电流都减去零序电流的方式(该零序电流为 3相合成自产, 非常方便获得 )。△侧的相位调整,同 LFP900和 RCS96系列一样,采用矢量相减的方法, 同时需除以 √ 3,以消除矢量相减对幅值增大的影响。不过应注意哪两相分别相减,比如 Y/△ -11接线,如果 Y 侧调整相位,用以比较差流的 IA*=IA-IB(矢量相减,由 12点调到 11点相位 ); RCS978的△侧调整,就是 IA*=IA-IC(矢量相减,由 11点调到 12点相 位 ),这个现场注意一下即可。列出各侧调整公式(因为 WORD 输入矢量符号不方便,所以 同上文一样,用文字加注 , 请大家谅解 )
Y 侧 : IA* =IA-I0(矢量相减) ;IB* =IB-I0(矢量相减); IC* =IC-I0(矢量相减) △ 侧 :(矢量相减);
(矢量相减);
(矢量相减);加 *号为调整后电流,未加 *号为输入电流 RCS978说明书把通过平衡系数进行变比归算和相角归算调整分开讲解,终于没有再 象 LFP 和 RCS96XX 说明书那样把 Ie 额定 2次电流里面总扯上一个 √ 3的接线系数,反而有 时容易把用户搞糊涂了。还是这样物理概念更清晰更加便于理解一些。另外 Y 侧需减去零 序电流。现场做实验时,应注意我们以前习惯的三相电流矢量和求出的是 3倍 I (3I0)。 因为我们以前线路保护里都直接用 3UO 和 3I0,所以潜意识当中很容易一不小心就把 3I0当成了 I0。这一点在现场时一定要注意,我就曾经在现场犯过这样的错误。
还是以上面第 1)部分举的主变参数为例。 220KV 侧(Y 侧) Ie=1.96A,当该侧输入 单相 IA=1.96A时,装置中 A 相差流值等于 2/3的 Ie (因为零序电流等于 1/3的 IA , IA 需 减去 IO ), 同时可见 B 相及 C 相的差流值均为 1/3的 Ie 。 (当该侧输入三相对称电流 1.96A ,装置显示 ABC 三相都有差流,差流值分别等于 1 Ie(三相对称,无零序电流)。 10KV 侧(△侧) Ie=16.5A,当该侧输入单相 IA=16.5A时,装置显示 A 、 B 两相有差流;差 流值分别等于 0.577Ie (因为虽然只有单相电流 , 矢量相减后相位和幅值都没有变化 , 但程 序还是固定的除以 √ 3)。当该侧输入三相对称电流 16.5A ,装置显示 ABC 三相都有差 流,差流值分别等于 1 Ie(矢量相减后 , 相角顺时针移动 30度 , 幅值增大 √ 3倍后 , 程序又 固定的除以 √ 3, 保证原幅值未改变)。
二、从调试角度出发,应该了解和注意的一些地方
1、除接线组别和变比误差外,造成差流不完全平衡的其它因素
上文中提到的差动保护的归算调整主要是针对主变接线组别和变比因素对差动保护 的影响,这两方面因素可以看作“明显的”。另外还有几个因素还可能造成主变正常运行 状态下差流的不平衡。 a) 、虽然现在现场对差动保护用 CT 的选型一般都是要求主变各侧是 同型号。但因为变比和容量都有差别,致使 CT 的特性也不尽相同。尤其是当区外故障穿越 性电流增大,可能导致 CT 饱和, CT 饱和特性不一致,造成不平衡电流增大。 b) 、有载调 压变压器在运行当中需要经常改变分接头来调整电压,这样实际上改变了变压器的变比。 而我们在上文中提到的对变比的归算方法,都是按照额定或实际最有可能运行的电压来计 算的。这样分接头位置改变后,会导致不平衡电流的产生。 c) 、理论计算的误差,程序对 主变变比误差的计算消除是基于主变及 CT 各项参数,如果这些参数同实际有所差别,也将 会产生不平衡电流(一般在现场碰到这方面的问题较少,除非是一些用户项目,选用的是 一些小厂家生产的质量较差的主变或 CT )。
2、 LFP900、 RCS96XX 、 RCS978装置的比率差动特性
常规的微机主变差动保护都配置了差动速断和带制动特性的比率差动两个动作元件。 差动速断就是一个单纯反映差电流幅值大小的“过流继电器”。其动作值较高,主要针对 相间短路等严重故障,对匝间短路等主变轻微故障灵敏度肯定不够。比率差动保护灵敏度 高,但受励磁涌流和上述产生不平衡电流的因素影响也较大。怎样消除上述因素的影响, 做到既要提高比率差动保护的灵敏性同时又要保证其可靠性(这本身就是一种矛盾),这 体现了不同厂家的技术水平。比如 GE 公司的 T60主变差动保护,其励磁涌流制动采用的 2次谐波制动并不是仅单纯比较 2次谐波分量和基波分量幅值的大小,还要比较相位(不过 说实话,这一点自己一直未理解清楚,哪位同事对此感兴趣,我这里有相关资料 );对有 载调压产生的不平衡电流, T60除了在定值上要求用户设定主变的档位及每一档位对电压 的影响外,同时 T60也开入采集档位接点位置。从而可以做到随着主变档位的调节自动改 变内部计算参数; T60的比率制动动作曲线是条曲线(不是折线),用户可以根据主变和 CT 的特性 (GE 建议用户还要做一些必要的实验 ) 来设定这条曲线,从而做到同用户具体系统 尽量严格吻合;通过以上一些措施后, T60动作曲线差动启动电流可以定的非常低(从例 子上看相当于我们的差动启动定值设为 0.1Ie )。说了 T60这么多,不过我个人感觉除了
采集主变档位以消除有载调压的影响这一条真的很有必要外,其它几条需要用户现场做的 工作太多,太烦琐,恐不太适合中国国情。
公司 LFP900、 RCS96XX 、 RCS978产品的差流及制动量计算公式和比率差动曲线都有一 些不同之处。在此把它们整理在一起,以便于大家比较学习和现场调试的方便。(所有公 式都基于 CT 极性指向变压器)。
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3、关于 CT 极性的几个问题
主变送电过程中,由于差动 CT 极性不对而导致差动保护误动的事情已发生过很多。 不光是对差动保护 CT 的极性,凡是牵扯到方向的保护尤其是主变的接地零序保护都要注意 CT 的极性。所以有必要把有关 CT 极性问题从工程实用的角度出发,再强调一下。
3.1 、如何简单实用的分析 CT 极性
单相 CT 一次侧输入端子一般按习惯标记为“ L1”、“ L2”;二次侧输出端子标记为 “ K1”、“ K2”。按照减极性原则确定的同名端一般是 L1和 K1(同名端端子上会加 *号标 示)。同名端的含义可以简单的理解为 它们电势变化的趋势是一致的 ,也就是说当一次 L1端为高电势时,它的同名端也处在高电势。从工程上你可以直接理解为它们电位“相同” (当然这个“相同”是指它们在各自所处的那一侧里电位的高低是相同的,不是指数值相 同) 。以下图为例,高压侧 CT1一次 L1端子接母线侧, L2端子接变压器侧,电流由 L1流 向 L2,作为负荷 L1的电位要高于 L2电位。 K1是 L1的同名端,所以在二次, K1是高电 位, K2低电位。对 CT 二次输出应该看作一个电流源,(从工程角度出发,你就认为它是 个电池就行 。 对电池而言,其内部电流流向,肯定是从低电位(负端)流向高电位(正 端) 。所以 CT 二次电流的流向是从 K1流出, K2流回。对主变低压侧 CT2来说,正常负荷 电流从 L2流入 L1流出, L1是低电位;那么相对应的 K1也是低电位,所以 CT2的 2次侧 电流从 K2流出, K1流回。判断方法简单归纳起来就是:1)把 CT 一次看作负荷,根据电 流从 L1和 L2哪个端子进哪个端子出的流向来判断端子的电位;—— 2)把 CT 二次看作电 源,根据 L1、 L2的电位判断 K1、 K2的电位,电流由高电位端子流出,低电位端子流入。
头 ),它也存在个同名端的问题。好多厂家在这方面标的很乱,您没必要深究它哪是同名
端,只要明确电流从哪个端子进哪个端子出,装置程序会认为电流是正方向的,这一点就 足够了。对我们公司的产品而言,电流从 I 进, I ’ (I 撇)出即认为电流是正方向。
对 CT 的极性,电力系统的习惯,是以母线侧为正(流出母线 )。这个对出线好理 解,对主变低压侧进线,同样以低压侧母线为正,那么电流的正方向就是指向变压器,这 跟主变差动保护强调的 CT 极性都指向变压器是一致的。对主变低压侧进线大家有时会感觉 跟习惯正好反着“明明是电流流进母线,正方向却要指向变压器”(特别是很多开关柜厂 家,主变低压侧进线 CT 很多时候都接反了 )。其实,电流的正方向就是一个 预先 的 假定 , 跟电流实际的流向是没有关系的。
对主变差动保护的极性,我们平时所说的指向变压器。从工程上简单的说就是:如果 一次电流按照这个指向的方向流动,反映到二次的保护装置输入电流也要是正方向。这就 说明 CT 极性接对了。以上图为例,指向变压器,对高压侧而言就是如果一次电流从高压侧 母线流进主变,那么流进保护装置的电流也应该是正方向的(即从 I 进, I ’ (I 撇)出 ); 对主变低压侧,如果一次电流从低压侧母线流进主变,流进保护装置的电流也应该是正方 向。实际正常情况,一次电流是从主变流进低压母线的,同正方向相反,那么平时装置的 输入电流也应该是负的(I ’ 进, I 出),如图中所示低压侧电流方向) 。
习惯上我们规定了 CT 的 L1和 K1是同名端,但从同名端的定义来说, L1和 K1是同 名端; L2和 K2也是一对“同名端”。另外,从上图中大家也可看到, L1和 L2接的位置的 不同(谁接母线谁接变压器?); CT 是高压侧的还是低压侧的 ? ; K1、 K2谁接保护的 I 进 端子谁接 I ’ 出 端子 ; 这几方面因素都会影响到最终的电流方向(极性)。举个简单的例子 :上图中主变低压侧进线 CT2的 L1接在母线侧 , 如果用户接在了主变侧 . 那么我就让 K1接在 Ial ’ 上,还是能保证 CT 的极性是对的。所以我个人感觉在调试现场跟用户施工人员讨论 CT 极性时,不要总用同名端来讨论,用一些 直接明确 的说法 , 双方交流起来会更清晰方便,也 不易产生误解(用户施工人员,有他们自己习惯的用语。有时候用“这个同名端”“那个 同名端”,绕来绕去的,反而把大家都说糊涂了,虽然分析起来,其实说的都是一回 事 )。
在现场跟用户讨论 CT 极性时,我们只要能明确以下 2点即可:1) CT 一次侧怎么接 的(L1和 L2谁接母线,谁接 CT ); 2) CT 二次侧怎么接的(K1和 K2谁接保护装置的 I 端 子,谁接 I ’ 端子)。明确了这两方面,根据上面提到的“等电位”判断方法。即可判断出 现场 CT 的极性接的是否正确。(另外 , 现场是用户负责接 CT ,不是我们亲自接 , 所以有些 时候你明确的告诉他什么端子接什么端子,会比只笼统告诉他一句指向变压器要更好一 些,也不容易产生理解的偏差,因为好多用户施工人员的技术素质我们大家都知道
的 … . )。
3.2、用户在现场常用的判断 CT 极性的几种方法
用户在现场施工阶段常用电池组打 CT 极性;在主变送电后,要测 6角图。打极性所 用工具主要包括对讲机、电池组、指针式电流表。电池组一般都是用户自制的,用 4~8节 1号电池串联而成,甚至我还见过有用汽车电瓶的。其实用什么倒无所谓,只要保证有一 定容量电压在 6~14V之间既可。当然电压越高,产生的电流越大,判断起来越明显。指针 式电流表接于保护设备电流输入端子排上(一般断开装置电流输入,让电流全部流经电流 表),因为电流比较小,一般用 mA 档测量。测试接线图如下。一组测试人员在主变 CT 处,按照某个电流方向(一般按正方向来)用电池组一极固定,一极间断点击的方式(如 果直接接上,会马上把电池电放光的)给 CT 一次施加电流。另一组测试人员,通过步话机 在一次加电流的同时,观察电流表指针偏转的方向。反复几次,即可判断出 CT 的极性。实 验时应注意:1)在 CT 一次加电流时应注意 CT 的实际流向。对某些 GIS (组合电气)开关 及某些 10KV 中置式开关柜, CT 安装的位置很不利于观察,有时候你从外面加电流,你感 觉电池负极夹在 CT 靠近主变侧,正极点在母线侧,施加的电流是从母线侧流向主变侧,实 际上 1次母线排在柜内打了个 U 型弯,方向和理解的恰好反了。如果是这样,你据此作出 的 CT 极性的判断肯定是错了(我在现场真碰到过这样的情况)。 2)在保护侧观察指针偏 转方向时,要注意电流表的夹子不要插错电流表的输出插孔。比如正极夹子一般是红色 的,你光注意到夹子的颜色认为是把正极夹子夹到保护屏电流输入端子上了,却没注意到 这根正极测试线却插到电流表负端了,这样得到的结果也就全错的。另外要注意,如果一 次施加的是正方向电流,电流表指针会先正偏,马上打回,因为 CT 电感线圈有个储能后反 向放电的过程,指针会反偏。所以观察时一定要和一次加电流配合好,特别是电流较小 时,一定要注意。罗嗦了这么多,总之在现场一定要细心,上面列举的问题在现场都实际 碰到过。
现场主变送电,冲完变压器后,最后的一个步骤就是测六角图。所谓六角图,就是 以某个量(一般用 UA )为基准,测出 UB 、 UC 、 IA 、 IB 、 IC 这些量相对基准量的相位和各
自幅值,并据此画出矢量图。因为 3个电压、 3个电流共 6个向量,如果把它们的顶点连 起来,恰好是 6个角,故现场对此形象的称为六角图。结合已知的该侧功率方向,根据六 角图即可判断出该侧 CT 极性正确与否。
3.3、利用保护装置采样值来判断 CT 极性应注意的地方
从 LFP900保护到 RCS96XX ,到现在的 RCS978。装置都在人机界面里提供了各侧电压 电流和相位的实时测量值的显示。这大大方便了调试人员在现场的工作。在现场应用中还 应注意以下几个方面:
1) 因为如果电流值很小的话,采样误差会较大(特别是相位误差会更大)。所以一 般要让负荷带到 0.3A 以上时,就可基本保证根据采样数据判断的 CT 极性是否正确。另外 判断电压电流之间的夹角,一定要和本侧的功率方向结合起来。这一点,对主变某侧带有 用户发电机负荷的情况,更要小心。
2) LFP900和 RCS96XX 主变保护的状态显示也有些细微的差别。见下表:
范文五：继电保护主变差动
主变比率制动原理纵差保护
一、保护原理:
保护采用比率制动原理, 见图一。 为防止变压器空投及其他异常情况时变压器励磁涌流 导致差动误动,比较各相差流中二次谐波分量对基波分量比(即 I 2ω/I1ω)的大小,当其大于 整定值时,闭锁差动元件。当差流很大,达到差动速断定值时,直接出口跳闸。同时设置专 门的 TA 断线判别环节,若判别差流是 TA 断线所致,发 TA 断线信号,并可选择是否闭锁 差动保护出口。
图一 变压器纵差保护逻辑框图
二、一般信息
注:对应的保护压板插入,保护动作时发信并出口跳闸; 对应的保护压板拔掉,保护动作时 只发信,不出口跳闸。
注:CT 断线闭锁差动控制符:1为闭锁, 0为不闭锁。
2.7投入保护
开启液晶屏的背光电源,在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。 (注:该保护 投入时其运行指示灯是亮的。 )如果该保护的运行指示灯是暗的,在“投退保护”的子画面 点击投入该保护。
2.8 参数监视
点击进入变压器差动保护监视界面, 可监视差动保护的整定值, 差流和制动电流计算值, 以及二次谐波计算值等信息。
2.9 通道平衡测试
本保护将发电机机端侧作为基准侧,设定基准侧电流 5A ,根据变压器各侧 CT 变比参 数计算出其他各侧平衡电流, 并加入平衡电流进行平衡调试。 (一般出厂前厂家已完成此项)
三、启动电流定值测试
在发电机机端侧、 高厂变高压侧、 主变高压侧任一侧任一相中加入电流, 外加电流达出
出口方式是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
信号指示是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
四、差流越限告警信号定值测试
当差流超过启动电流的 1/3时,一般预示差动回路存在某种异常状态,需发信告警,提 示运行人员加以监测。
在高厂变高压侧、 发电机机端侧、
主变高压侧任一侧任一相中加入电流, 外加电流超过
信号指示是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
五、比率制动特性测试
5.1比率动作方程测试:
()?????z d z d I I I I ; ; q
I g I g
I +-q g z z I I I K >>>
其中: Id ――动作电流(即差流) , c
h T d I I I I ++=
Iz ――制动电流, ) , , max(c h t z I I I I =
点击进入差动保护监视界面,监视差流和制动电流。在发电机机端侧 A 相(或 B 相、 C 相)加电流 (0度 ) ,在主变高压侧(或在高厂变高压侧) A 相(或 B 相、 C 相)加反向电 流(180度) ,差流为两侧折算电流的差值(数值差) ,制动电流为最大侧电流。固定基准侧 电流,缓慢改变主变高压侧(或高厂变高压侧) A 相 (或 B 相或 C 相 ) 的电流幅值,直至主变 差动出口灯亮,按下表记录各电流。连续做六组数据即可。 (注意:各侧电流的折算系数)
如果变压器的接线方式为 Y/Δ-11,可由 CT 接线方式 Δ/Y来校相位,也可由保护软件 校 相 位 。 软 件 校 相 位 时 差 流 算 法 为 :A YB YA dA I I I I ?+-=.
.
.
.
, B YC YB dB I I I I ?+-=.
.
.
.
,
C YA YC dC I I I I ?+-=.
. . . 。以 A 相差动比率制动特性测试为例,在机端 A 相和高压侧 A 相加
入电流,除了 A 相有差流, C 相也有差流,则需要在机端的 C 相加入相应的平衡电流来消 除 C 相差流对 A 相差动比率制动特性测试的影响。
z I q
图二 变压器纵差比率制动特性曲线
5.2 二次谐波制动特性测试
动作方程 : ??
?>≥<>
N N I I I I I I I I 1. 01. 01. 011212ωω
ωωωηη
其中: I 2ω、 I 1ω——某相差流中的二次谐波电流和基波电流 η——整定的二次谐波制动比
I N 为二次 CT 额定电流
模拟空投变压器状态,在主变高压侧 A 相(或 B 相、 C 相)同时迭加基波和二次谐波 电流; 亦可在发电机机端加基波, 在主变高压侧加二次谐波, 此时要注意平衡系数和变压器 的接线方式。二次谐波制动有“闭锁三相”制动方式和“闭锁单相”制动方式,如果二次谐 波制动方式选择为 “闭锁三相” 制动方式, 还需要在发电机机端相应相加平衡作用的基波电 流,这是因为软件校 Y/Δ相位时,在异相差流中会派生相当的二次谐波,先将测试相闭锁。 以 A 相二次谐波制动特性为例, 在发电机机端 A 相加基波, 在主变高压侧 A 相加二次谐波, 那么我们还需要在机端 C 相加一个平衡作用的基波,且
C
A I I ωωη12<,保证 c="">
A 相被制动。
外加基波电流 (A ) (必须大于启动电流) ,差动出口灯亮;增加二次谐波电流 使差动出口灯可靠熄灭,记录数据。
5.3比率动作时间测试
在发电机机端侧、 主变高压侧或高厂变高压侧任一相突然加 1.5Iq 电流, 记录动作时间。
六、速断特性测试
6.1速断电流定值测试
将比率制动系数 K z 整定值暂时整定为 1.5(一个大于 1的数值) ,减小拐点电流,增大 启动电流,即增大当前的制动区,在任一侧任一相加电流(单相电流) ,差流一直处于制动
出口方式是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
信号指示是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
6.2速断动作时间测试
在发电机机端侧电流某一相端子突然外加 1.5Is 电流,记录动作时间。
七、 TA 断线
7.1主变高压侧、发电机机端侧、高厂变高压侧中加入电流模拟变压器正常运行(即各侧各 相均有电流,且各相无差流) 。
7.2在任一相将 CT 短接(模拟 CT 开路) ,速度要快、短接要可靠(检查短接相电流是否约 为 0,否则短接不可靠) 。 TA 断线灯亮
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
7.3在同一侧任两相 CT 同时短接(模拟 CT 开路) ,速度要快、短接要可靠(检查短接相电 流是否约为 0,否则短接不可靠) 。 TA 断线灯亮
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
注:由于高厂变高压侧电流较小, TA 断线一般不会引起差动误动, 因此厂变高压侧 TA 断线时可能不会闭锁差动保护动作。
八、差动保护出厂前例行调试
8.1测试主变高压侧、 发电机机端侧、 高厂变高压侧中两两同名相反极性加入 5倍平衡电流, 监视每相差流小于 0.02 Ie 。
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
8.2测试 AB 相一侧同时加电流,保护动作无异常
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
8.3测试 BC 相一侧同时加电流,保护动作无异常
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
8.4测试 CA 相一侧同时加电流,保护动作无异常
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
8.5测试 ABC 相一侧同时加电流,保护动作无异常
是否正确(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
8.6根据设计要求, 测试二次谐波制动逻辑:一相制动闭锁三相差动 (即 “或” 门制动) □ 一相制动闭锁单相差动 (即分相制动) □ 8.7检查保护压板是否正确投退保护(打“√”表示) :正确 □ 错误 □
保护调试完,将定值恢复。
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