一種改進(jìn)的差動(dòng)保護(hù)全狀態(tài)校驗(yàn)方法

一種改進(jìn)的差動(dòng)保護(hù)全狀態(tài)校驗(yàn)方法

0主變保護(hù)電所設(shè)保護(hù)裝置隨著能耗負(fù)荷的增加，新能源裝置和改造工程的開(kāi)發(fā)和改造項(xiàng)目逐漸增多，對(duì)后續(xù)維護(hù)人員的檢查效率和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。目前重慶楊家坪供電局所轄220kV、110kV變電站的主變保護(hù)主要采用南瑞、南自、四方等廠家的微機(jī)保護(hù)裝置。各廠家的保護(hù)裝置關(guān)于比率差動(dòng)部分的算法復(fù)雜且原理各異,給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員造成了較大困擾。本文針對(duì)楊家坪供電局所采用的三種主流差動(dòng)保護(hù),在分析各自補(bǔ)償、制動(dòng)算法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的通用型校驗(yàn)方法,在提高準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上也大幅提高了檢驗(yàn)效率。1本文進(jìn)一步探討了差動(dòng)平衡的概念1.1平衡系數(shù)和相重系數(shù)差動(dòng)保護(hù)裝置利用軟件計(jì)算的平衡系數(shù)將各側(cè)電流歸算到某一側(cè),以抵消變壓器及CT變比產(chǎn)生的不平衡差流。然而各廠家對(duì)此平衡系數(shù)的描述存在較大差異,造成保護(hù)校驗(yàn)人員理解有出入,幾處值得注意的問(wèn)題是:(1)南自PST-1200和四方CSC-326的平衡系數(shù)計(jì)算思路是將各側(cè)電流歸算到高壓側(cè),即:CSC-326嚴(yán)格遵循上述關(guān)系式;而PST-1200對(duì)Y側(cè)的平衡系數(shù)再乘以,這是將相位補(bǔ)償算法中的Δ對(duì)Y側(cè)倍電流關(guān)系納入到平衡系數(shù)中,其相位補(bǔ)償算法中將不再有倍關(guān)系。無(wú)論是納入到平衡系數(shù)還是相位補(bǔ)償算法中,對(duì)差動(dòng)保護(hù)的校驗(yàn)結(jié)果均沒(méi)有影響。(2)南瑞RCS-978裝置中為了保證平衡系數(shù)的計(jì)算精度,其所取基準(zhǔn)側(cè)并非固定不變,而是與變壓器各側(cè)的二次額定電流Ie大小有關(guān):其中:S為變壓器容量;U為各側(cè)的一次額定線電壓;nTA是各側(cè)CT變比。設(shè)Iemax和Iemin分別是變壓器的最大額定二次電流和最小額定二次電流,RCS-978按照以下原則選擇基準(zhǔn)側(cè):若Iemax>4Iemin,則取Iemin側(cè)為基準(zhǔn),其平衡系數(shù)為4,若Iemax<4Iemin,則取Iemax側(cè)為基準(zhǔn),其平衡系數(shù)為1,1.2相位補(bǔ)償問(wèn)題的簡(jiǎn)化南瑞rcs-東南角為防止10kV側(cè)用戶諧波源向輸電系統(tǒng)倒送引起波形畸變,變壓器采用Y/Δ接線來(lái)隔離三次諧波。由此產(chǎn)生了高低壓側(cè)電流相位的旋轉(zhuǎn)。差動(dòng)保護(hù)對(duì)Y/Δ兩側(cè)二次電流的相位補(bǔ)償是一個(gè)復(fù)平面問(wèn)題,補(bǔ)償后的電流在相位、幅值上均受三相電流相互影響,而目前供電局繼保專業(yè)所使用試驗(yàn)儀器的電流輸出多為三相,很難實(shí)現(xiàn)用三相對(duì)稱電流來(lái)校驗(yàn)比率制動(dòng)特性;同時(shí)各廠家的相位補(bǔ)償算法存在差異,導(dǎo)致了保護(hù)人員在試驗(yàn)上的困難。為了提高差動(dòng)校驗(yàn)的便利性與直觀性,我們將不同裝置的三相復(fù)平面電流相位補(bǔ)償問(wèn)題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的單相電流代數(shù)問(wèn)題,現(xiàn)歸納如下(以常見(jiàn)的Y/Δ-11型接法為例,所使用試驗(yàn)儀器提供三相電流輸出,其幅值和相位可獨(dú)立調(diào)節(jié)):(1)對(duì)Δ側(cè)相位補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)化南瑞RCS-978差動(dòng)保護(hù)采用在Δ側(cè)進(jìn)行二次電流相位補(bǔ)償,并且在Y側(cè)電流加上零序修正量(-I0),此舉是因?yàn)棣?cè)零序電流無(wú)法流出(內(nèi)部環(huán)流),而Y側(cè)可以流通,當(dāng)主變發(fā)生Y側(cè)區(qū)外接地故障時(shí),可以防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。其相位補(bǔ)償換算關(guān)系是:為了將其簡(jiǎn)化為單相電流代數(shù)問(wèn)題,試驗(yàn)中施加電流方法如下:Y側(cè):為避免零序電流使三相電流相互影響,采用兩組幅值相同但相位相差180°的電流I*h和-I*h分別加入Iah和Ibh,這樣:Δ側(cè):用儀器的第三組電流輸出大小為I*l的電流進(jìn)入Ial,相位與加入Iah的電流相同,這樣:于是,我們將三相矢量電流問(wèn)題簡(jiǎn)化為單相電流的代數(shù)問(wèn)題,只需研究A相差動(dòng)電流IdA即可,即:(2)對(duì)Y側(cè)相位補(bǔ)償?shù)暮?jiǎn)化以南自PST1200、四方CSC-326為代表的主變差動(dòng)保護(hù)采用在Y側(cè)進(jìn)行二次電流相位補(bǔ)償,歸算到Δ側(cè)。其關(guān)系是:試驗(yàn)中施加電流如下:Y側(cè):在其A相加入電流I*h,從而有Δ側(cè):在A、C兩相加入相位與I*h相同,幅值分別為I*l與-I*l的電流,于是因此,從而同樣將三相矢量電流問(wèn)題簡(jiǎn)化為單相電流代數(shù)問(wèn)題,只需研究A相差流IdA即可。于是,我們將各廠家保護(hù)裝置的差流計(jì)算公式統(tǒng)一為簡(jiǎn)單的單相代數(shù)形式,從而方便了下文比率制動(dòng)曲線的校驗(yàn)。2曲線的比例限制2.1比率制動(dòng)曲線校驗(yàn)方法傳統(tǒng)的比率制動(dòng)曲線校驗(yàn)方法是:在保護(hù)裝置兩側(cè)加入電流,根據(jù)比率制動(dòng)曲線事先計(jì)算出制動(dòng)邊界的動(dòng)作點(diǎn),利用相位補(bǔ)償?shù)哪孢\(yùn)算反求出應(yīng)施加的歸算電流值,再通過(guò)平衡系數(shù)將此電流值轉(zhuǎn)化為實(shí)際二次電流,最后通過(guò)驗(yàn)證此電流值的動(dòng)作與否來(lái)校驗(yàn)比率制動(dòng)曲線。這種方法的缺點(diǎn)在于:1)計(jì)算量大,效率很低。由于制動(dòng)電流和差動(dòng)電流的計(jì)算式里含有絕對(duì)值與最大值,而且制動(dòng)曲線是由幾段斜率不同的線段構(gòu)成,每段斜線都有自己的邊界點(diǎn),這就導(dǎo)致了在解各種不等式方程組時(shí),常常出現(xiàn)無(wú)解或者計(jì)算出的電流值超出斜線邊界的情況。如此往復(fù),占用了大量校驗(yàn)時(shí)間。2)準(zhǔn)確性欠佳。計(jì)算出的動(dòng)作點(diǎn)只是理論上的制動(dòng)邊界點(diǎn),而并非裝置的實(shí)際動(dòng)作邊界。調(diào)試人員不能簡(jiǎn)單依據(jù)保護(hù)裝置在這些點(diǎn)的動(dòng)作與否來(lái)判斷裝置的真實(shí)運(yùn)行狀況。針對(duì)以上這些不足,本文從裝置在比率制動(dòng)坐標(biāo)圖中的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)著手,利用運(yùn)行點(diǎn)從“制動(dòng)區(qū)”到“動(dòng)作邊界”再到“動(dòng)作區(qū)”的逼近思想,完成對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的全狀態(tài)校驗(yàn)。下面以1.2節(jié)所述相位補(bǔ)償簡(jiǎn)化為基礎(chǔ),對(duì)其原理進(jìn)行闡述。2.2差流及差流門(mén)檻的確定RCS-978變壓器差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性如圖1所示。研究該制動(dòng)特性曲線:假設(shè)加入的電流I*h固定不變,I*l的相位設(shè)定與I*h相同,而幅值可變(可正可負(fù),為負(fù)時(shí)等同于相位反相),此時(shí)有:對(duì)式(1)和式(2),就單次試驗(yàn)來(lái)說(shuō),變量是I*l;而I*h是一個(gè)給定的正數(shù)。這里不妨將看作變量,作為X軸;將差流值作為Y軸;同時(shí)將I*h看作一個(gè)常數(shù)。于是我們可以在坐標(biāo)軸上描繪出差動(dòng)電流Id隨變化的關(guān)系如圖2。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的條件是:Id大于與之對(duì)應(yīng)的差流門(mén)檻值,此差流門(mén)檻可通過(guò)如下方法確定,變量通過(guò)式(1)映射到Ir,再由Ir通過(guò)比率制動(dòng)曲線(圖1)映射到對(duì)應(yīng)的差流門(mén)檻。由于兩次映射均為線性映射,所以變量和差流門(mén)檻值之間仍為線性關(guān)系,我們可以在坐標(biāo)軸中畫(huà)出差流門(mén)檻隨變化的關(guān)系如圖2。從圖2及式(1)、(2)可見(jiàn),Id曲線過(guò)零點(diǎn),其斜率為1;而差流門(mén)檻的值恒大于零,且其斜率(0.5倍比率制動(dòng)系數(shù))恒小于1,所以差流門(mén)檻曲線和Id曲線必定有交點(diǎn):在圖2中當(dāng)時(shí),滿足差動(dòng)電流Id大于差流門(mén)檻,保護(hù)動(dòng)作。動(dòng)作的邊界點(diǎn)就是因此,RCS-978裝置運(yùn)行點(diǎn)從差動(dòng)電流Id=0開(kāi)始,逐步向制動(dòng)邊界逼近,直到跨越制動(dòng)邊界進(jìn)入動(dòng)作區(qū)。2.3差動(dòng)電流和差流門(mén)檻的函數(shù)關(guān)系南自PST-1200比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖3所示。根據(jù)保護(hù)的動(dòng)作特性:假設(shè)加入的電流I*l固定不變,I*h的相位設(shè)定與I*l相同,其值可正可負(fù),現(xiàn)在是變量,而I*l可看作一個(gè)常數(shù),因而式(3)是一個(gè)分段式線性函數(shù)。于是我們可以根據(jù)2.2節(jié)的原理,利用函數(shù)映射關(guān)系在坐標(biāo)系上描繪出差動(dòng)電流Icdd和差流門(mén)檻隨變化的關(guān)系如圖4。從圖4及式(3)、(4)可見(jiàn),差流門(mén)檻曲線的最低點(diǎn)其值不小于Icd(差動(dòng)啟動(dòng)電流),且其斜率(比率制動(dòng)系數(shù))小于1,而Icdd過(guò)零點(diǎn)且斜率為1,所以差流門(mén)檻曲線和Icdd曲線必有交點(diǎn)。在圖4中當(dāng)時(shí),滿足差動(dòng)電流Icdd大于差流門(mén)檻,保護(hù)動(dòng)作。因此,PST-1200裝置運(yùn)行點(diǎn)從差流Icdd=0開(kāi)始,逐步向制動(dòng)邊界逼近,直到跨越制動(dòng)邊界進(jìn)入動(dòng)作區(qū)。2.4時(shí)差動(dòng)電流和差流門(mén)檻的函數(shù)映射CSC-326比率差動(dòng)動(dòng)作特性如圖5所示。圖中:為其它側(cè)(除最大相電流側(cè))相電流之和。假設(shè)加入的電流I*l固定不變,I*h的相位設(shè)定與I*l相同,其值可正可負(fù),此時(shí)有:現(xiàn)在是變量,而I*l可看作一個(gè)常數(shù),同樣根據(jù)2.2節(jié)原理,利用函數(shù)映射關(guān)系在坐標(biāo)系上描繪出差動(dòng)電流Idz和差流門(mén)檻隨變化的關(guān)系如圖6。從圖6及式(5)、(6)可見(jiàn),差流門(mén)檻曲線的最低點(diǎn)其值為Icd(差動(dòng)啟動(dòng)電流),且其斜率(0.5倍比率制動(dòng)系數(shù))小于1,而Idz過(guò)零點(diǎn)且斜率為1,所以差流門(mén)檻曲線和Idz曲線必有交點(diǎn)。在圖6中當(dāng)時(shí),滿足差流Idz大于差流門(mén)檻,保護(hù)動(dòng)作。因此,CSC-326裝置運(yùn)行點(diǎn)從差動(dòng)電流Idz=0開(kāi)始,逐步向制動(dòng)邊界逼近,直到跨越制動(dòng)邊界進(jìn)入動(dòng)作區(qū)。2.5試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)驗(yàn)證根據(jù)對(duì)以上三種裝置的制動(dòng)狀態(tài)與動(dòng)作行為分析,我們歸納出一種驗(yàn)證差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性的通用方法:1)計(jì)算Y側(cè)和Δ側(cè)各自的平衡系數(shù)KH、KL。2)對(duì)Y側(cè)相位補(bǔ)償?shù)难b置:在Δ側(cè)A、C相加入幅值為I*l、相位相反的電流,在Y側(cè)A相加入幅值為I*h、相位與Δ側(cè)A相相反的電流。對(duì)Δ側(cè)相位補(bǔ)償?shù)难b置:在Y側(cè)A、B相加入幅值為I*h、相位相反的電流,在Δ側(cè)A相加入幅值為I*l、相位與Y側(cè)A相相反的電流。3)對(duì)Y側(cè)相位補(bǔ)償?shù)难b置:I*l取一系列由小增大的離散值,每取一值,使(此時(shí)差動(dòng)電流為0),并逐漸減小,直至保護(hù)動(dòng)作,記下動(dòng)作點(diǎn)。對(duì)Δ側(cè)相位補(bǔ)償?shù)难b置:I*h取一系列由小增大的離散值,每取一值,使(此時(shí)差動(dòng)電流為0),并逐漸減小,直至保護(hù)動(dòng)作,記下動(dòng)作點(diǎn)。4)將記下的一系列動(dòng)作點(diǎn)與比率制動(dòng)曲線進(jìn)行比對(duì),即可迅速驗(yàn)證差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性。每次校驗(yàn)時(shí),保護(hù)裝置在制動(dòng)坐標(biāo)圖中的運(yùn)行點(diǎn)及其移動(dòng)軌跡如圖7中的箭頭所示。可見(jiàn),只要初始點(diǎn)取得足夠多,理論上裝置運(yùn)行點(diǎn)可以布滿制動(dòng)邊界及以下的所有區(qū)域,從而能夠測(cè)試出制動(dòng)特性曲線上的所有點(diǎn),完整地驗(yàn)證整條制動(dòng)特性曲線。3pst-400相系統(tǒng)認(rèn)為各點(diǎn)在側(cè)a、c相加入幅值不同,其也是保證第三人加入的參與計(jì)算的變壓器電壓等級(jí)為110kV,Y0/Δ-11雙繞組接線方式,差動(dòng)保護(hù)型號(hào)為南自PST-1200,保護(hù)相關(guān)整定值如表1。校驗(yàn)流程如下:1)計(jì)算KH、KL。2)在Δ側(cè)A、C相加入幅值為I*l、相位相反的電流,在Y側(cè)A相加入幅值為I*h、相位與Δ側(cè)A相相反的電流。3)I*l取一系列由小增大的離散值,每取一值,使(此時(shí)差流為0),并逐漸減小,直至保護(hù)動(dòng)作,動(dòng)作點(diǎn)的電流數(shù)值如表2(僅須記錄A相)。4)將以上動(dòng)作點(diǎn)與PST-1200比率制動(dòng)特性曲線比對(duì)相吻合,并可判斷出這些點(diǎn)散布在比率制動(dòng)第一和第二段斜線上(制動(dòng)系數(shù)分別為K0=0和K1=0.5)。需要注意的是,校驗(yàn)時(shí)需將PST-1200控制字“CT斷線閉鎖差動(dòng)”臨時(shí)整定為0,否則會(huì)因裝置判CT斷線而閉鎖保護(hù)動(dòng)作。4相電流復(fù)平面問(wèn)題的特點(diǎn)本文基于南瑞RCS-978、南自PST-1200、四方CSC-326主變比率差動(dòng)保護(hù)的原理及算法特點(diǎn),提出了一種適用于各廠家保護(hù)裝置的比率差動(dòng)校驗(yàn)方法,其優(yōu)點(diǎn)在于:1)利用普通試驗(yàn)裝置的三相電流輸出,變?nèi)嚯娏鲝?fù)平面問(wèn)題為單相電流代數(shù)問(wèn)題,易于保護(hù)人員理解和掌握。2)在操作時(shí),不須事先計(jì)算動(dòng)作點(diǎn),而是在試驗(yàn)中實(shí)時(shí)掌控保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)(可從保護(hù)裝置實(shí)時(shí)讀出差