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1、 1经验总结-主变差动保护部分 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、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 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
2、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
3、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 Y侧绕组将流过零序故障电流，该电流将
4、流过主变高压侧 CTCT,相应地会传变到 CTCT 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 CTCT。 2、2、 为消除上述因素的影响而采取的基本方法 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） 2电磁式保护（比如工程中常见的 LCD-4
5、 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。
6、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IAl 相比较运算的
7、并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah-Ibh(矢量减)，这样得到的线电流Iah*，角度左移 30 度，同低压侧Ial 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：Iah*=Iah-Ibh、Ibh*=Ibh-Ich 、Ich*=Ich-Iah(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：Iah*=Iah-Ich；Ibh*=Ibh-Iah 、Ich*=Ich-Ibh(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
8、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Ie 额定电流标幺值的概念，相应的定值整定和动作报告也都
9、是采用Ie 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、3、 以 RCS9671/9679 差动保护为例，解释 Ie 的概念 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3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 11042.5%38.522.5%11 千伏；接线组别 Yo/Y/-12-11
10、；CT 变比 200/5,500/5,2000/5；CT 为Y/Y。 额定电流计算公式 I Ie=e=S S / (/ (3 3 U U)/ CT 变比)/ CT 变比 高压侧I Ie=e=31500KVA/ / (1.732*110KV)/ / 200/5=165.337A / 40= 4.133A 中压侧I Ie=e=31500KVA/ / (1.732*38.5KV)/ / 500/5=472.39A / 100= 4.723A 低压侧I Ie=e=31500KVA/ / (1.732*11KV)/ / 2000/5=1653.37A / 400= 4.133A 当高压侧 CT 二次流出
11、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 Ie 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 Ie 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 I
12、d=0 Ie 。 注意：上例中提及的主变高压侧及中压侧的 IeIe，与装置中 Ieh 及 Iem 不是同一个量，后者是前者的Ieh 及 Iem 不是同一个量，后者是前者的3 倍。3 倍。 求 I Ie 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
13、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 Ie 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求一次额定电流 求 2 次额定电流S S:主变容量,三侧都按最大容量来 U:U:本侧额定线电压 4值。我们都把其折合成美元，就可以统一比较了。I Ie e 在差动归算中，就起了一个美元的作用。I Ie 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、4、 以 RCS9671/9679 差动保护为例，从调试角度出发理
14、解的差动归算思路 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 Ie 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 Ie e 具体值，实际采样值同本侧I Ie 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
15、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/YY/Y 的变压器，程序对两侧均作了 Y Y变换
16、，目的主要是消除高压侧 CTCT 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 Ie 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 Ie e 的计算公式同 Y 侧I Ie e 的计算公式不同，Y 侧I Ie e 的计算公式：I Ie=e=S S / / U U / CT 变比/ CT 变比 （没有除以3 ）。而本文中I Ie 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 Ie=（e=（S S / / 3 U U / CT 变比）/ CT 变比）3，对 Y 侧Ie 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 Ie 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
