主變差動保護校驗輔助軟件的開發與應用

李根 萬海逸

摘要：差動保護是變壓器的主保護，但在其保護的邏輯校驗工作中，比率制動特性曲線校驗是最為耗時的，主要原因是計算步驟較復雜，本文提出開發一套變壓器差動保護校驗輔助軟件，簡化試驗步驟，提高工作效率。

關鍵詞：主變差動保護;比率制動特性;保護校驗;輔助軟件

1 校驗方法及計算

主變是變電站的核心設備，在繼電保護領域，廣泛采用了差動保護作為主變電氣方面的主保護，能夠快速反應并可靠地切除主變故障，是主變最重要的保護。

根據國家電網公司企業標準：Q/GDW 11056.2-2013 繼電保護及安全自動裝置檢測技術規范[1]規定：主變差動保護比率特性曲線應在比率制動曲線每段折線橫坐標（制動電流）上取3點或多點，模擬故障，測試該點的差動動作值。

某主變保護的比率特性曲線如圖1所示，該曲線共三段，在Ir（制動電流）=0時，Id（差動電流）為Icd，Icd通常在保護定值中設置，為差動啟動電流，Ir增大至0.6Ie（變壓器各側歸算至一側的額定電流），Id按斜率kb1=0.2隨之線性增大，;0.6Ie<Ir<4Ie區間內，Id按斜率KID=0.5變化;Ir>4Ie，Id按斜率kb3=0.7變化，由此形成三段折線。當某故障使得（Ir，Id）坐標落在曲線上方時，差動保護將會動作;（Ir，Id）坐標落在曲線下方時保護將不會動作;當主變正常運行時，（Ir，Id）坐標會落在Ir軸線上，即Id=0。保護校驗要求在每段折線上所取的3點測試差動動作值的點，為差動保護的臨界動作點[2]。

對于Ir、Id的取得方法，以Ynd11接線的三相變壓器為例，由于Y側與d側電流相位存在幅值差以及30度角度差的特性，通常應首先將各側每相電流歸算至一側或轉換為標幺值，再進行轉角計算，常見的方式為Y側軟件轉角至d側，進行幅值和相位補償，即對于Y側，有：

轉角完成后，可得到Ir，Id，通常為計算方法如下，公式中I1為Y側轉角后的一相電流相量，I2為d側所對應相的電流相量。

在現場校驗過程中，通常采用模擬Y側單相故障的方法，根據規范要求，應先通過折線確定（Ir，Id）的坐標，再經過如上計算公式反推回Y側與d側的各相電流，列方程組求解，人工手算較為麻煩。

2 程序實現過程

設計計算用工具軟件，應根據現場校驗的實際過程，確定輸入、輸出以及算法。

（1）輸入

1）一次設備參數：變壓器額定容量、變壓器各側的額定電壓、各側電流互感器的變比;用于確定變壓器各側的二次額定電流;

2）保護定值以及比率特性曲線的參數：差動啟動電流Icd、比率特性曲線各拐點的橫坐標、比率特性曲線各段的斜率;用于確定比率制動曲線;

3）校驗中所使用的動作臨界點所對應的橫坐標（制動電流）;用于確定動作臨界點坐標。

（2）輸出

1）需通入裝置的Y側與d側電流幅值及相位，可直接用于模擬試驗;

2）動作點的差動電流，用于檢查及試驗報告記錄;

3）各側額定電流及平衡系數，用于檢查及作為中間變量。

（3）算法

首先通過輸入的參數和定值計算出必須的中間變量，確定比率制動曲線，再通過輸入的制動電流確定校驗用的動作臨界點位置，由于每段折線的差動電流計算方法不同，所以需要通過3個分支來確定并計算，計算得出差動電流之后，即可通過固有公式反推回用于模擬故障的各側電流。

相較于人工手算，由于將計算部分程序化，省略了大量中間計算過程，可以達到節省時間的目的。

3 實際應用

實際應用時，步驟大致如下：

（1）主變保護校驗前應首先定值單、保護裝置說明書及主變銘牌參數，確定所需的一次設備參數和定值設置，做好試驗前的接線工作，并完成模擬量試驗確定電流采樣正常。

（2）開始差動保護比率特性曲線校驗，首先打開輔助軟件，分別進入參數設置和定值設置。

參數設置：填入所校驗主變的一次設備實際參數;

定值設置：根據所校驗保護裝置的比率制動曲線及定值的設定填寫;

（3）參數設置和定值設置完成后即可進入計算。首先會出現基本參數計算界面，點擊“參數計算”即可算出各側額定電流與平衡系數，方便調試人員查看及使用，如圖：

（4）進行比率特性曲線試驗，點擊“試驗計算”進入計算界面。

計算前，首先需要設置通流側和轉角方式，選擇完成后點擊確認即可。然后輸入比率制動曲線上需要校驗的動作臨界點所對應的制動電流（標幺值），再點擊下方“計算平衡點”或“計算動作點”即可計算出試驗所需電流，按實際接線向保護裝置通入模擬量即可。

通入模擬量，可先通入比計算結果差動電流稍小的相電流，差動保護應不動作，再設置0.001A的步長，逐漸增大電流達到計算結果，查看差動保護動作情況。

使用時可以點選“計算結果顯示為標幺值”進行計算結果顯示為有名值或標幺值的切換。

（5）改變制動電流大小，重復進行試驗，分別在每段折線上進行3個及以上不同制動電流的試驗，即可完成比率特性曲線的校驗。

4 結束語

在主變保護定檢工作中，通過實際測試和使用本文中的輔助軟件，確認了本軟件能夠快速、正確并精確地進行計算，在比率特性曲線的試驗中能夠起到減少人工計算工作量，提升工作效率的效果。但筆者認為，過度依賴軟件輔助計算工作，特別是對于還未對主變差動保護原理理解清楚的繼保人員而言，是不利于其深刻理解變壓器及差動保護所蘊含的知識的，所以人工計算對于繼保人員的技術、技能培訓以及其成長有其不可替代性。只有透徹地理解各種保護的原理及知識，才能真正提升運行維護質量，推動繼電保護的發展。

參考文獻：

[1]繼電保護及安全自動裝置檢測技術規范 第2部分：Q/GDW 11056.2-2013

[2]徐健. 淺談變壓器差動保護原理及主變差動校驗方法[J]. 湖北電力，2010，34（004）：38-39.

作者簡介：李根（1991—4），男，漢族，重慶永川，工程師，本科，研究方向：電力系統繼電保護。