微机综合保护具有高性能性、体积小、稳定性高、良好的人机界面等优点, 逐步取代老式的电磁继电器。综合保护大面积使用带来优点和便利的同时, 也面临着挑战。综合保护对检修维护人员的专业知识水平要求也较高, 从单个的老式电磁式的校验转换必须成对装置原理和保护回路及整个系统的了解掌握。为了让维护人员更深入地了解综合保护, 本文以西门子7UT6在变压器差动保护中应用为例, 探讨其保护工作原理, 校验差动启动值、速断值及比率制动特性等, 以确保维护人员在日常预防性维护中能正确校验保护装置功能, 同时一旦故障发生能迅速做出判断并进行处理。

1 装置的工作原理
差动保护是保护两端CT间的故障, 正常运行流进CT的电流和流出电流大小相等, 方向相反, 相位相同, 两者抵消为零, 差动电流为零, 发生故障时两端电流流向故障点, 在保护内电流相叠加, 差动电流大于零, 经逻辑判断驱动继电保护出口继电器动作, 跳开保护两侧的断路器, 故障设备迅速断开电源。[1]

2 装置差动保护的校验
2.1 变压器的额定参数、额定电流计算及定值示例
(1) 额定参数。变压器容量:57MVA, 变压器接线:Yn D11, 高压侧CT变比:300/1。低压侧CT变比:1 500/1, 高压侧电压等级:110k V, 低压侧电压等级:25k V。

(2) 变压器额定电流计算。变压器高压侧二次额定电流:;变压器低压侧二次额定电流:

(3) 定值示例, 如表1所示。

2.2 差动保护的启动值
以上述定值表中Idiff≥0.20I/Ino为例, 注入电流Iinjection按式 (1) 计算。

 
其中, KVG为变压器接线补偿系数, IPickup为动作电流。[2]

差动保护的启动值有三种方式。方式1:高压侧注入三相对称电流:KVG取1, 这时IPickup如式 (2) 所示。

 
方式2:高压侧注入单相电流:KVG取1.5, 这时IPickup如式 (3) 所示。

表1 定值示例     下载原表

 表1 定值示例
 
方式3:低压侧注入单相电流:KVG取1.732, 这时IPickup如式 (4) 所示。

 
不同组别的变压器, 其补偿系数的取值方法如表2所示。

表2 变压器补偿系数     下载原表

 表2 变压器补偿系数
2.3 差动速断
动速断计算也有三种方式:方式1是在高压侧注入三相对称电流, 这时IPickup=4.985A;方式2是高压侧注入单相电流, 这时IPickup=7.478A;方式3是低压侧注入单相电流, 这时IPickup=8.634A。

2.4 比例制动特性校验
差动保护故障特性的动作特性如图1所示。这时, 可以计算出差动电流Idiff与制动电流Irest。具体计算方法为:差动电流:Idiff=I1+I2, 制动电流:Irest=I1+I2。

 图1 差动保护故障特性的动作特性
图1 差动保护故障特性的动作特性   下载原图

在折线b上取一点以检验折线b的斜率 (默认定值0.25) , 可计算得到I1、I2分别如式 (5) 、式 (6) 所示:

 
 
该点为临界点, 保护可能动也可能不动;上下调节各侧电流幅值, 直至差动保护动作;记下此时的动作电流, 就可以代入公式校验折线b的斜率, 看是否与定值一致。动作电流误差为±5%的设定值。如需验证斜率的线性关系, 可再选第二、第三点并重复以上步骤。同理可检验折线c的斜率。

3 一组三相电流校验比率制动特性
模拟三相区外故障时, 装置的比率制动特性与理论上非常吻合, 这样就要求对装置输入六相电流, 但由于一台继电保护仪只能输出一组三相电流, 因此这里研究只用一台仪器校验比率制动特性的方法。[3]在主变高低压侧分别输入A相电流时 (IA、Ia) , 有以下三种情况。第一, 中性点直接接地系统侧, 装置用来计算差动电流分量的值为:A相:2/3IA;B相:-1/3IA;C相:-1/3IA。第二, 对中性点非直接接地系统Y侧, 装置用来计算差动电流分量的值为:A相:1IA;B相:0;C相:0。第三, 对中性点不接地系统d11侧, 装置用来计算差动电流分量的值为:A相:;C相:0。无论对于Y0/d11或Y/d11型的变压器, 总有B或C相存在一个差流, 做A相比率制动特性校验时, 无论增大某一侧的电流, 都有可能导致A相由于比率制动未动作而其他两相由于达到差动启动门槛值而抢先动作的情况。

所以, 在做A相比率制动特性时补偿掉其他两相的差动分量或者让其他两相的差动分量等同于A相差动分量, 这样就不会影响我们的所要验证的A相比率制动特性。[4,5]考虑到现在一般的继电保护试验仪器都能输出三相电流, 相对比较简单的方法:增加Y0或Y侧的B相电流输入, 其大小等于A相电流, 相位取反, 即-IA。其动作行分析如下。第一, 对于中性点直接接地系统Y0侧, 继电器用来计算差动电流分量的值为:A相:2/3IA- (-1/3IA) =IA;B相:-1/3IA+ (-2/3IA) =-IA;C相:-1/3IA- (-1/IA) =0。第二, 对中性点非直接接地系统Y, 继电器用来计算差动电流分量的值为:A相:1IA;B相:-1IA;C相:0。第三, 对中性点不接地系统d11侧, 继电器用来计算差动电流分量的值为:A相:;C相:0。B相的差动分量始终等同于A相的差动分量, C相的差动分量就始终为0, 就不会因为B、C相的差动动作而影响A相的比率制动特性校验。

4 结束语
本文以西门子7UT6在变压器差动保护中的应用为例, 说明其校验方法及只使用三相电流对比率制动特性的校验。为保证继电保护装置正确安全稳定运行, 不误动, 不拒动, 维护人员需要熟悉整个系统, 同时掌握各种保护装置的性能特点与工作原理。在继保装置不断发展的今天, 维管人员需要在掌握基本专业知识的同时能够举一反三, 更好地完成设备保护的校验工作。