浅谈变压器比率制动作法.docx

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浅谈变压器比率制动作法

.浅谈变压器稳态比率制动作法

随着微机继电保护在电力系统的普及，差动保护作为线路、变压器和母线的主保护以其灵敏度高、动作快，发挥着越来越重要地作用。

差动保护主要的测试项目是稳态比率制动。

在不同的保护对象中，测试变压器比率制动相当麻烦。

原因有三：

第一、要根据变压器容量和接线组别，计算各侧额定电流和确定相位关系；第二、保护厂家不同，差动保护公式是不一样的，有的还需要计算平衡系数；第三、考虑到相位校正、零流抵消等因数，试验接线比较复杂。

综合上述原因，继电保护人员往往不得要领，既浪费时间和精力，测试结果也不准确。

本人结合多年调试经验，总结了一套行之有效的方法，供调试人员参考。

一、认清调试变压器稳态比率制动的目的和重要性。

在继电保护调试队伍中，有一种说法：

调试变压器比率制动相当麻烦，保护设备由厂家把关，不如取消此测试项目。

我认为这种说法是不对的。

第一、基建调试单位是最后一道关卡，如果厂家保护设备在投运和运行中出现问题，难脱干系。

第二、发生过国内某个厂家提供的交流插件，内部小CT相序配置错误，进而影响变压器发电的后果；另外还出现过装置有Y/Δ-1的设置，无此校正功能的现象。

这两个问题都可以通过比率制动测试来发现和解决。

第三，大家都知道，现场外围PT、CT通过点极性和加压、加流的办法，来验证它们的极性和套别的正确性，并且系统投运后，还需做相量，进一步确认PT、CT到保护屏端子排这一段回路的正确性。

但是厂家内部交流变送器极性和相序的确认，是无法通过上述方法来确认的。

最直接、可靠的解决办法就是做比率制动来验证这一环节。

这不仅针对变压器，还包括母线和线路保护设备。

从系统角度来说，比率制动已成为整组传动的重要测试项目。

二、介绍调试变压器稳态比率制动的方法和步骤。

不同厂家，差动保护的公式不同，而且计算方式也不一样。

南瑞公司的计算方式采用标幺值计算差流；四方和南自公司计算方式一样，以高压侧为基准，中低压侧通过平衡系数折算到高压侧来计算差流。

不管计算过程如何不一样，但保护原理都是一样的，通过采集变压器各侧实际电流，经过相位校正和平衡系数计算，归结为统一的折算单位，再计算差动和制动电流，确定差动保护是否动作。

所以，针对各个厂家提供的装置，调试比率制动的总体思路是一致的：

运用逆向计算法，先确定制动电流，通过差动公式，计算理论差动动作电流。

然后采用二元一次方程，求解两侧折算值（南瑞称为标幺值）。

接下来，通过相位校正和平衡系数，计算两侧实际电流值。

采用微机测试仪手动调试菜单，固定一侧电流，调节另一侧电流，装置差动出口动作后，记录实际动作值，根据实际差动动作电流和制动电流，计算制动系数，描绘比率制动曲线，验证交流变送器极性和相序的正确性。

具体步骤如下：

（以南瑞和南自公司220kV主变装置为例）

1.收集现场变压器容量、接线组别和各侧差动CT变比等技术参数，计算各侧二次额定电流。

2.在微保装置上，针对不同厂家，做好差动定值方面设置。

需要注意的有四点：

1）装置内部变压器接线组别设置要与现场吻合。

2）注意检查功能硬压板和装置软压板是否投入。

在设置上，TA断线后要求开放差动，否则，在调试过程中，出现CT断线会闭锁差动保护，影响调试结果。

4）差动动作电流定值应为变压器二次额定电流的（0.3—0.7）倍，设置时不要超出这个范围。

3．确定制动电流，计算差动电流。

厂家说明书上列出差动保护动作方程,在制动电流计算上，两个厂家不一样。

南自：

Ir=max（|I1|,|I2|,|I3|）

南瑞：

Ir=0.5（|I1|+|I2|+|I3|）

南自装置制动电流选用各侧折算值的最大值,而南瑞装置制动电流选用各侧标幺值之和的一半。

差动电流计算公式是一样的：

Id=（|I1+I2+I3|），即为折算值或标幺值和的绝对值。

上述差动、制动公式反映的是矢量方程式，如何转化为代数方程式呢？

下面谈一谈电流角度的转换。

在技术说明书上，各个厂家要求差动极性以各侧母线为正，都指向变压器。

测试比率制动时，往往要求两侧角度互为180度。

从变压器运行角度考虑，两侧电流角度互为180度（Y0/Y0-12），说明变压器属于正常负荷运行或发生穿越性故障，装置应无差流。

所以，差动的代数方程式应为：

Id=I1-I2

南瑞制动电流代数方程式应为：

Ir=0.5（I1+I2）

南自制动电流代数方程式应为：

Ir=max（I1,I2）

两个厂家都采用双拐点、三折线。

南瑞制动拐点是0.5Ie和6Ie，比率系数为0.2、0.5、0.75；南自制动拐点是1Ie和3Ie，比率系数为0.5、0.7。

一般，在制动电流坐标上取五个点即可。

确定好5个制动电流值后，根据厂家提供的差动公式，计算差动动作电流。

以南瑞为例。

Id>0.2Ir+IcdqdIr≤0.5Ie

（1）

Id>0.5（Ir-0.5Ie）+0.1Ie+Icdqd0.5Ie≤Ir≤6Ie

（2）

Id>0.75（Ir-6Ie）+0.5（5.5Ie）+0.1Ie+IcdqdIr≥6Ie（3）

Icdqd:

差动电流启动值，现场一般设为0.3Ie。

Ie：

变压器各侧额定电流。

Ir分别取为0.4Ie、0.5Ie、1.0Ie、6Ie、7Ie。

根据制动电流取值的范围，选择不同的差动方程式，带入制动电流，计算这5个差动电流边界动作值。

计算结果：

Ir1=0.4IeId1=0.38Ie

Ir2=0.5IeId2=0.40Ie

Ir3=1.0IeId3=0.65Ie

Ir4=6.0IeId4=3.15Ie

Ir5=7.0IeId2=3.90Ie

以南自为例。

Id≥IcdqdIr≤1.0Ie

（1）

Id≥0.5（Ir-Ie）+Icdqd1.0Ie≤Ir≤3Ie

（2）

Id≥1.0Ie+0.7（Ir-3Ie）+IcdqdIr≥3Ie（3）

Icdqd:

差动电流启动值，现场一般设为0.6Ie。

Ie：

变压器高压侧二次额定电流，为第一个拐点电流。

Ir分别取为0.8Ie、1.0Ie、1.5Ie、3Ie、4Ie。

根据制动电流取值的范围，选择不同的差动方程式，带入制动电流，计算这5个差动电流边界动作值。

计算结果：

Ir1=0.8IeId1=0.60Ie

Ir2=1.0IeId2=0.60Ie

Ir3=1.5IeId3=0.85Ie

Ir4=3.0IeId4=1.60Ie

Ir5=4.0IeId2=2.30Ie

4．根据制动电流和差动电流的结果，运用一元二次方程，求解两侧折算值或标幺值I1、I2。

南瑞：

I1+I2=2Ir

I1-I2=Id

南自：

Ir=max（I1,I2）高对中、高对低或中对低取高压侧或中压侧I1为最大值。

简化方程：

I1=Ir

I1-I2=Id

5．计算I1、I2之后，运用相位校正和平衡系数计算，求出两侧电流值。

南瑞产品（以Y/Δ-11为例）

变压器星形侧公式为：

IA=（IA’-I0）；IB=（IB’-I0）；IC=（IC’-I0）

每相差动通道考虑零流的影响，原因在于：

在区外故障时，由于零序励磁电流及变压器低压侧三角内零序环流的影响，高压侧、中压侧的零序电流是不等的，正是由于这个零序电流的影响，造成了各侧电流相位的差异，如果直接用相电流进行差动保护，很容易造成误动。

所以通过软件方法消除零序电流。

变压器三角侧公式为：

Ia=（Ia’-Ic’）/√3；Ib=（Ib’-Ia’）/√3；Ic=（Ic’-Ib’）/√3

特点是在低压侧进行相位校正。

针对三卷变压器，通常做高对中、高对低和中对低。

对于高对中，实际上是星形对星形，考虑零序电流的影响，需要抵消零流。

如何抵消呢？

在试验接线上想办法。

大家知道，3I0=IA+IB+IC，试验仪A相引出的测试线从高压侧A相极性端引入，试验仪N相引出的测试线接到高压侧B相极性端，高压侧C相无电流。

如果所加电流为I高，3I0=I高-I高+0=0，通过这个办法，抵消了零序电流，高压侧差动A、B通道同时有I高/Ie倍差流，但彼此角度互为180度。

中压侧同理，试验仪B相引出的测试线从中压侧A相极性端引入，短接中压侧B相极性端与高压侧B相极性端，中压侧C相无电流。

3I0=I中-I中+0=0，抵消了零序电流，中压侧差动A、B通道同时有I中/Ie倍差流，彼此角度也互为180度。

上述方法验证了高中侧A、B变送器的极性，高中C相变送器极性没有确认。

需用相同的测试方法，将测试仪A相测试线接到高压C相极性端，测试仪N相接到高压A或B相极性端，将测试仪B相测试线接到中压C相极性端，中压A或B相极性端与高压A或B相极性端短接。

简化公式后，高、中星形公式即变为：

I高A’=I高A*I高e；I高B’=I高B*I高e；I高C’=I高C*I高e。

I中A’=I中A*I中e；I中B’=I中B中*I中e；I中C’=I中C*I中e。

I高A=I1I中A=I2或I高B=I1I中B=I2或I高C=I1I中C=I2。

I高A、I高B、I高C：

通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。

I中A、I中B、I中C：

通过差动、制动电流计算后的中压侧标幺值。

I高e、I中e：

变压器高、中侧二次额定电流。

I高A’、I高B’、I高C’：

测试仪需输出的高压侧实际电流。

I中A’、I中B’、I中C’：

测试仪需输出的中压侧实际电流。

高对低、中对低属于星形对三角。

既存在零流，又有相位校正。

还是在试验接线上想办法，来简化计算公式。

主要谈一谈高对低，将测试仪A相测试线接到高压侧A相极性端，N相测试线接到高压侧B相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧A相极性端，低压侧A相非极性端与高压侧B相极性端短接。

测试仪A相电流为I高，测试仪B相电流为I低，3I0=I高-I高+0=0，通过这个办法，抵消了零序电流，高压侧差动A、B通道同时有I高/Ie倍差流，但彼此角度互为180度。

低压侧由于有相位校正的关系，在低压侧A相通入电流后，在差动A和B相通道有I低/（√3Ie）倍差流，彼此角度互为180度。

低压侧C相变送器极性验证方法：

将测试仪A相测试线接到高压侧C相极性端，N相测试线接到高压侧A相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧C相极性端，低压侧C相非极性端与高压侧A相极性端短接。

简化公式后：

I高A’=I高A*I高e；I高B’=I高B*I高e；I高C’=I高C*I高e。

I低A’=√3I低A*I低e；I低B’=√3I低B*I低e；I低C’=√3I低C*I低e。

I高A=I1I低A=I2或I高B=I1I低B=I2或I高C=I1I低C=I2。

I高A、I高B、I高C：

通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。

I低A、I低B、I低C：

通过差动、制动电流计算后的低压侧标幺值。

I高e、I低e：

变压器高、低侧二次额定电流。

I高A’、I高B’、I高C’：

测试仪需输出的高压侧实际电流。

I低A’、I低B’、I低C’：

测试仪需输出的低压侧实际电流。

需要指出：

上面谈到的是Y/Δ-11试验方法，如果系统采用Y/Δ-1，星形对星形测试方法不变，但是星形对三角的测试接线发生了变化。

变压器Y/Δ-1三角侧公式：

Ia=（Ia’-Ib’）/√3；Ib=（Ib’-Ic’）/√3；Ic=（Ic’-Ia’）/√3

将测试仪A相测试线接到高压侧A相极性端，N相测试线接到高压侧C相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧A相极性端，低压侧A相非极性端与高压侧C相极性端短接。

低压侧B相变送器极性验证方法：

将测试仪A相测试线接到高压侧B相极性端，N相测试线接到高压侧A相极性端，测试仪B相测试线接到低压侧B相极性端，低压侧B相非极性端与高压侧A相极性端短接。

南自设备：

（以Y/Δ-11为例）

变压器高压侧公式为：

IA=（IA’-IB’）/√3；IB=（IB’-IC’）/√3IC=（IC’-IA’）/√3

变压器中压侧公式为：

Ia=（Ia’-Ib’）K1；Ib=（Ib’-Ic’）K1Ic=（Ic’-Ia’）K1

变压器低压侧公式为：

IL1=IL1’K2；IL2=IL2’K2IL3=IL3’K2

IA、IB、IC：

通过差动、制动电流计算后的高压侧折算值。

Ia、Ib、Ic：

通过差动、制动电流计算后的中压侧折算值。

IL1、IL2、IL3：

通过差动、制动电流计算后的低压侧折算值。

IA’、IB’、IC’：

测试仪需输出的高压侧实际电流。

Ia’、Ib’、Ic’：

测试仪需输出的中压侧实际电流。

IL1’、IL2’、IL3’：

测试仪需输出的低压侧实际电流。

K1、K2：

分别为中压侧、低压侧平衡系数。

与南瑞设备不同的是，高、中压侧没有考虑抵消零流问题，并在高、中压侧进行相位校正，以高压侧为基准，中、低侧通过计算平衡系数，向高压侧进行折算。

与南瑞测试步骤相同，对于高对中，实际上是星形对星形。

测试仪A相接到高压侧A相极性端，N相接到高压侧A相非极性端，测试仪B相接到中压侧A相极性端，中压侧A相非极性端与高压侧A相非极性端短接。

对于高、中B相变送器极性测试与上述方法相同，即测试仪A相接到高压侧B相极性端，N相接到高压侧B相非极性端，测试仪B相接到中压侧B相极性端，中压侧B相非极性端与高压侧B相非极性端短接。

简化公式后，高、中星形公式即变为：

I高A’=I高A*√3；I高B’=I高B*√3；I高C’=I高C*√3。

I中A’=I中A/K1；I中B’=I中B中/K1；I中C’=I中C/K1。

I高A=I1=IrI中A=I2或I高B=I1=IrI中B=I2或I高C=I1=IrI中C=I2。

I高A、I高B、I高C：

通过差动、制动电流计算后的高压侧折算值。

I中A、I中B、I中C：

通过差动、制动电流计算后的中压侧折算值。

I高A’、I高B’、I高C’：

测试仪需输出的高压侧实际电流。

I中A’、I中B’、I中C’：

测试仪需输出的中压侧实际电流。

高对低、中对低属于星形对三角。

高对低时，需要注意，在高压侧A相加电流I高时，在差动A、C相通道反应出差流I高/√3，彼此角度互为180度，为了不影响差动A相通道比率制动的调试，需要对低压侧C相进行补偿，使C相通道差流为零。

所以，测试仪A相接到高压侧A相极性端，测试仪B相接到低压侧A相极性端，测试仪C相接到低压侧C相极性端，非极性端通过测试仪N相短接。

对于差动B、C相测试，分别补偿到低压侧A相和低压侧B相上，试验接线不再描述。

简化公式后

I高A’=I高A*√3；I高B’=I高B*√3；I高C’=I高C*√3。

I低A’=I低A/K2；I低B’=I低B/K2；I低C’=I低C/K2。

I高A=I低C=I1=IrI低A=I2或I高B=I低A=I1=IrI低B=I2或I高C=I低B=I1=IrI低C=I2。

I高A、I高B、I高C：

通过差动、制动电流计算后的高压侧标幺值。

I低A、I低B、I低C：

通过差动、制动电流计算后的低压侧标幺值。

I高A’、I高B’、I高C’：

测试仪需输出的高压侧实际电流。

I低A’、I低B’、I低C’：

测试仪需输出的低压侧实际电流。

对于Y/Δ-1接线

变压器高压侧公式为：

IA=（IA’-IC’）/√3；IB=（IB’-IA’）/√3IC=（IC’-IB’）/√3

变压器中压侧公式为：

Ia=（Ia’-Ic’）K1；Ib=（Ib’-Ia’）K1Ic=（Ic’-Ib’）K1

星对三角测试接线发生变化：

做A相差动，由低压侧B相补偿；做B相差动，由低压侧C相补偿；做C相差动，由低压侧A相补偿。

高对低、中对低试验接线不再描述。

6．测试比率制动

按照第5步提供的试验方法，在保护屏CT端子排内侧，接好试验线。

对于三卷变，一般做高对中、高对低，中对低。

测试高对中、高对低时，一般固定高压侧电流，依据理论计算的中、低侧动作电流，将其提高0.2A。

在博电手动测试菜单里，设置好电流参数，注意两侧角度互为180度，补偿电流角度与高压侧同相。

手动调节电流步长设为0.01A即可。

准备工作就绪后，逐步调节中、低侧电流值，快要达到理论计算值时，调节速度要缓慢进行，直到差动保护出口动作为止。

记录中、低侧动作电流值。

测试中对低时，固定中压侧电流，调试方法相同。

依据调试结果，运用差动和制动公式，计算差动电流、制动电流和曲线斜率，并填写补偿电流值。

三、南瑞、南自差动调试记录

1．南瑞差动保护模块测试：

（执行定值单号：

2004年12月10日第1940号）

Ieh=0.378、Iem=0.787、Iel=1.575

制动拐点：

0.5Ie、6Ie比率系数：

0.20.5、0.75

I高压侧对中压侧:

测试仪A相加高压侧A相,测试仪N相加高压侧B相.测试仪B相加中压侧A相,测试仪N相加中压侧B相测试仪A相与B相互为180度.

高压侧－中压侧

高压侧（计算值）

中压侧（实测值）

差流（标幺值）

制动（标幺值）

斜率

第一点

0.200

0.06

0.46

0.30

-

第二点

0.242

0.126

0.481

0.40

0.21

第三点

0.284

0.196

0.503

0.50

0.22

第四点

0.426

0.371

0.656

0.80

0.51

第五点

1.470

1.661

1.778

3.0

0.51

第六点

2.883

3.441

3.254

6.0

0.49

第七点

3.403

3.931

4.010

7.0

0.76

II高压侧对低压侧:

测试仪A相加高压侧A相,测试仪N相加高压侧B相.测试仪B相加低压侧A相,测试仪N相加低压侧N相测试仪A相与B相互为180度.

高压侧－低压侧

高压侧（计算值）

低压侧（实测值）

差流（标幺值）

制动（标幺值）

斜率

第一点

0.201

0.185

0.465

0.30

-

第二点

0.243

0.428

0.486

0.40

0.21

第三点

0.285

0.671

0.508

0.50

0.22

第四点

0.428

1.278

0.663

0.80

0.51

第五点

1.472

5.748

1.786

3.0

0.51

第六点

2.89

11.87

3.296

6.0

0.50

第七点

3.41

13.58

4.043

7.0

0.74

III中压侧对低压侧:

测试仪A相加中压侧A相,测试仪N相加中压侧B相.测试仪B相加低压侧A相,测试仪N相加低压侧N相测试仪A相与B相互为180度.

中压侧－低压侧

中压侧（计算值）

低压侧（实测值）

差流（标幺值）

制动（标幺值）

斜率

第一点

0.420

0.181

0.467

0.30

-

第二点

0.508

0.423

0.489

0.40

0.22

第三点

0.594

0.668

0.510

0.50

0.21

第四点

0.892

1.273

0.667

0.80

0.52

第五点

3.067

5.738

1.793

3.0

0.51

第六点

6.03

11.85

3.314

6.0

0.50

第七点

7.11

13.54

4.072

7.0

0.76

2．南自差动保护模块测试：

（执行定值单号：

2004年12月10日第1954号）

高压侧CT变比:

1250/1、中压侧CT变比:

1200/1、低压侧CT变比:

6000/1。

高压侧一次电压：

220KV、中压侧一次电压：

115KV、低压侧一次电压：

10.5KV。

Ieh=0.378A、Iem=0.787A、Iel=1.575A。

高压侧平衡系数:

0.577、中压侧平衡系数:

0.288、低压侧平衡系数:

0.229

高压侧、中压侧加三相电流,各相电流幅值相同、角度互为120度，低压侧加单相电流。

制动拐点：

0.378、1.134比率系数：

0.5、0.7

I高压侧对中压侧:

（单位：

安）

测试仪A相加高压侧A相,测试仪B相加中压侧A相.测试仪A相与B相,测试角度互为180度.

高压侧－中压侧

高压侧

中压侧（实测）

补偿电流

差流

制动

斜率

第一点

0.520

0.163

-

0.253

0.300

-

第二点

0.655

0.396

-

0.264

0.378

-

第三点

0.980

0.712

-

0.362

0.567

0.518

第四点

1.310

1.031

-

0.459

0.756

0.513

第五点

1.964

1.674

-

0.652

1.134

0.511

第六点

2.619

2.063

-

0.918

1.512

0.704

II高压侧对低压侧:

测试仪A相加高压侧A相,测试仪B相加低压侧A相,测试仪C相加低压侧C相为补偿电流.测试时测试仪A相与C相同角度,测试仪A相与B相互为180度.

高压侧－低压侧

高压侧

低压侧（实测）

补偿电流

差流

制动

斜率

第一点

0.520

0.183

1.310

0.258

0.300

-

第二点

0.655

0.485

1.650

0.267

0.378

-

第三点

0.983

0.891

2.476

0.363

0.567

0.507

第四点

1.310

1.289

3.301

0.461

0.756

0.519

第五点

1.965

2.079

4.952

0.658

1.134

0.521

第六点

2.620

2.580

6.603

0.921

1.512

0.696

III中压侧对低压侧:

测试仪A相加中压侧A相,测试仪B相加低压侧A相,测试仪C相加低压侧C相为补偿电流.测试时测试仪A相与C相同角度,测试仪A相与B相互为180度.

中压侧－低压侧

中压侧

低压侧（实测）

补偿电流

差流

制动

斜率

第一点

1.042

0.205

1.310

0.253

0.300

-

第二点

1.313

0.493

1.651

0.265

0.378

-

第三点

1.969

0.895

2.476

0.362

0.567

0.513

第四点

2.625

1.293

3.301

0.460

0.756

0.519

第五点

3.938

2.100

4.952

0.653

1.134

0.511

第六点

5.250

2.576

6.603

0.922

1.512

0.712

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