變壓器差動保護平衡系數計算的圖形可視化

郭立，陳興，陳疆，劉仁

(國網烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000)

變壓器差動保護平衡系數計算的圖形可視化

郭立，陳興，陳疆，劉仁

(國網烏魯木齊供電公司，烏魯木齊 830000)

基于主流的四種變壓器微機保護裝置二次額定電流、平衡系數的計算方法及穩態工況的模擬方法，運用MATLAB/GUI仿真平臺，搭建了變壓器差動保護平衡系數計算的圖形界面，可導入變壓器基本參數，針對不同廠家型號，模擬計算廠家保護裝置的平衡系數，得出變壓器保護試驗對比性數據。該界面有較好的可操作性和有效性，為從事繼電保護人員提供了實用的變壓器保護平衡系數計算的輔助工具和平臺。

變壓器；差動保護；平衡系數；可視化

0 前言

差動保護的比率特性是變壓器差動保護的主要特性，也是在投運前必不可少的調試項目之一。新型微機變壓器裝置的應用，必然會對變壓器差動定值的計算方法產生影響。本文結合國內四種主流型號的變壓器保護裝置說明相位補償和平衡系數計算方法[1-3]，基于 GUI界面仿真系統[4]，搭建數學模型，實現變壓器平衡系數計算圖形化和可視化。

1 主變差動保護原理

變壓器差動保護是變壓器的主保護，一般較大型變壓器都裝有差動保護。差動保護主要保護變壓器內部線圈匝間短路，它的動作原理是利用變壓器高低壓兩側的兩組差動保護專用電流互感器完成。基本原理是反應被保護變壓器各端流入和流出電流的差，在保護區內故障，差動回路中的電流值大于整定值，差動保護瞬時動作，而在保護區外故障，主變差動保護不應動作。

主變差動保護作為變壓器的主保護，能反映變壓器內部相間短路故障、高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，差動保護是輸入的兩端CT電流矢量差，當兩端CT電流矢量差達到設定的動作值時啟動動作元件。差動保護是保護兩端電流互感器之間的故障 (即保護范圍在輸入的兩端CT之間的設備上)，正常情況流進的電流和流出的電流在保護內大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動電流等于零；故障時兩端電流向故障點流，在保護內電流疊加，差動電流大于零。驅動保護出口繼電器動作，跳開兩側的斷路器，使故障設備斷開電源。

2 各種型號裝置

2.1 WBH-801A

與微機型變壓器保護裝置一樣，該裝置采取在軟件上進行相位校正和幅值校正。相位補償由星形側向三角形側歸算，其公式為

通過相位校正，滿足了正常運行和外部短路時電流的反相關系。但由變壓器各側的額定電壓、接線方式及差動TA變比都不同，在正常運行和外部短路故障時變壓器各側差動電流幅值不完全相等，無法滿足差流為零的要求，所以引入一個將各側電流折算系數，即平衡系數。裝置WBH-801A在計算差流時利用平衡系數對各側電流進行折算，將各側電流轉換到高壓側。

縱差保護動作特性如圖1所示，動作特性曲線采取三折線形式，第一段折線為直線，第二段折線斜率固定為 0.5，第三段折線斜率固定為0.6。

圖1 保護裝置WBH-801A縱差保護動作特性曲線

圖1中Ir為制動電流，計算公式為

2.2 PRS-778

與變壓器保護裝置WBH-801A一樣，裝置PRS-778也采取在軟件上進行相位校正和幅值校正，相位由星形側向三角形側歸算，不同之處在于相位補償公式。

除了相位校正公式、平衡系數計算公式不同之外，變壓器保護裝置PRS-778的差動保護動作特性曲線與裝置 WBH-801A也不同，如圖2所示。

圖2 保護裝置PRS-778縱差保護動作特性曲線

由圖2可以看出，裝置PRS-778差動保護動作特性曲線與裝置WBH-801A相比，主要的區別在于裝置PRS-778第一段不是直線，而是斜率固定為0.1的折線。

另外，裝置PRS-778的制動電流計算公式也與裝置WBH-801A不同，如式 (3)所示。

2.3 GT-756

裝置SGT-756所采用的原理基本與裝置WBH-801A一樣，主要區別在于裝置SGT-756制動電流計算公式與裝置PRS-778的計算方法一致，如式 (3)所示。

其二次額定電流以及平衡系數的計算方法參見WBH-801A。

2.4 RCS-978GC

裝置RCS-978GC的相位補償采取△→Y方式，同時Y側濾除零序電流，相位補償公式如式(4)、式 (5)所示。

各側平衡系數的計算公式如下

式中I2N——變壓器計算側二次額定電流；

I2N-min——變壓器各側二次額定電流中最小值

I2N-max——變壓器各側二次額定電流值中的最大值。

平衡系數的計算方法以變壓器各側中二次額定電流為最小的一側乘以一定倍數Kb為基準，其他側歸算到基準側。Kb和2.95中較小的一個。裝置為保證精度，差動保護各側電流平衡系數調整范圍最大為32倍[4]。

3 變壓器穩態計算可視化

運用MATLAB GUI技術設計系統密碼登錄界面，實現登錄仿真系統，選擇相應的變壓器保護廠家，進行變壓器穩態仿真界面，計算仿真變壓器平衡系數，其仿真結果為工程人員提供參考數據，與現場實際變壓器保護調試校驗數據形成對比。

選擇型號為許繼WBH-801A變壓器保護裝置，進入WBH-801A仿真界面。依照變壓器基本參數，導入變壓器保護部分參數，如表1所示，仿真計算變壓器各側平衡系數，導出計算結果，結果分析：不裝置類型的高、中、低三側二次電流是一定相同的，不同工作原理和平衡系數計算方法，計算結果會有所差異。

4 結束語

1)圖形用戶界面 (GUI)方法提供了一種研究變壓器穩態模擬的新途徑。

2)通過變壓器平衡系數計算仿真，為現場變壓器保護調試工作提供參考數據。

3)變壓器穩態計算的圖形可視化，兼顧四種不同型號的變壓器保護裝置，體現了仿真的多樣性、差異性、靈活性。

4)該軟件界面友好，實現方便，性能可靠且操作靈活，有較好的交互性和實用性，為電氣工程人員提供了有效計算工具。

[1] Assi.A.Jama，M.Al Kathairi.K.MATLAB based modeling tool for designing predicting and analyzing grid tied photovoltaic systems[C].ACTEA，2009：508-513.

[2] Islam M.A，Mohammad N，Khan，P.K.S.Modeling and performance analysis of a generalized photovoltaic array in Matlab [J].PEDES，2010：1-5.

[3] 黃少鋒，谷君，鄭濤，等.內橋接線方式下變壓器差動保護誤動原因及防范措施 [J].高電壓技術，2011，31 (19)：45-50.

[4] 鄧茂軍，吳起，陳亮，等.基于電子式互感器的電爐變壓器差動保護研究電力系統保護與控制 [J].2011，25 (4)：11-14.

Research on Graphical Visualization of Coefficient Calculation for Transformer Differential Protection Balance

GUO Li，ChHEN Xing，CHEN Jiang，LIU Ren
(Urumqi Power Supply Company，Urumqi 830000，China)

The simulation method of calculating method of four kinds of microcomputer based transformer protection device of mainstream two times rated current，balance coefficient and steady working condition based on MATLAB/GUI，using the simulation platform，built the balance coefficient calculation of transformer differential protection graphical interface，you can import transformer basic parameters for different manufacturers，models，simulation calculation of equilibrium coefficient manufacturers protection device.Contrast experimental data obtained for transformer protection.The interface has a good operability and effectiveness，provides the calculation of transformer protection balance coefficient useful auxiliary tool and platform for relay protection personnel.

transformer；differential protection；balance coefficient；visualization

TM73

B

1006-7345(2015)05-0034-03

2015-04-12

郭立 (1984)，男，碩士，助理工程師，國網烏魯木齊供電公司，從事繼電保護工作 (e-mail)guoli730＠sina.com。

陳興 (1985)，男，工程師，國網烏魯木齊供電公司，從事繼電保護工作。

陳疆 (1988)，男，工程師，國網烏魯木齊供電公司，從事繼電保護工作。