一种微机型主变差动保护装置的保护功能自动校验方法

摘要

一种微机型主变差动保护装置的保护功能自动校验方法。其包括启动校验模式；闭锁外部交流采样；读取保护控制字及定值；进入一项测试；判断保护是否投入；闭锁其他保护功能；根据定值生成测试序列；交流输入量赋值；判断保护是否动作；记录动作值和动作评价；解除保护功能闭锁；判断测试是否完成；生成功能校验报告；打印报告；退出校验模式；开放外部交流采样等步骤。本发明不需要额外的硬件开销和外回路接线，不需要人工干预和保护测试仪即可完成整套装置各项保护功能的测试，实时动态显示测试过程和结果，并自动生成测试报告。该自动校验技术规范了设备试验项目，避免了由于人员素质引起的检验漏项、检验方法错误、检验结果误判等技术失误。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护和自动化控制技术领域，特别是 涉及一种微机型主变差动保护装置的保护功能自动校验方法。

背景技术

主变差动保护是电力系统中十分重要的元件保护，对保障电网 安全稳定运行起到重要作用。目前微机型主变差动保护广泛应用于 35kV～500kV主变保护领域。微机型主变差动保护绝大部分采用比率 制动原理以防止区外故障时误动，应用谐波制动原理或波形对称算 法实现防励磁涌流。由于主变高中低侧CT变比不同、额定电流不同， 同时主变各侧接线方式不同，因此在计算差动电流时需要进行角度 调整和平衡系数折算，同时比率制动曲线一般采用三段式折线，制 动电流选取公式也不尽相同，这些都造成了比率制动式差动保护动 作区间校验计算繁琐、操作复杂、耗时长、易出错等。

目前主变差动保护功能校验普遍采取外部回路通电模拟故障， 逐渐改变输入电流记录动作值，之后根据动作值计算差动电流和制 动电流再绘制动作边界曲线的方法。但是现场的功能校验需要借助 保护测试仪，测试接线复杂，而得出测试结果后需要再次计算动作 差动电流和制动电流，对装置特性的判定不够直观。这些都为主变 差动保护装置的投运调试验收和例行检修校验工作带来了困难。

随着电网建设快速发展和微机保护设备的广泛应用，并且由于 主变元件的重要性，主变保护普遍采用双重化配置，微机型主变差 动保护设备数量大幅增加，检修维护工作量日益繁重。人员的增长 速度远跟不上设备的增长速度，造成了检验工作时间不足，设备校 验水平和试验项目规范性差，甚至出现漏校验或误校验的现象，造 成了电力系统运行的安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种微机型主变差 动保护装置的保护功能自动校验方法。

为了达到上述目的，本发明提供的微机型主变差动保护装置的 保护功能自动校验方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)启动校验模式的S01阶段：通过主变差动保护装置上 的人机界面菜单进入校验模式；

步骤2)闭锁外部交流采样的S02阶段：校验模式后，程序自 动完成交流输入切换，闭锁外部交流输入，将自动测试模块产生的 交流输入传递给保护模块；

步骤3)读取保护控制字及定值的S03阶段：读取装置保护定 值、控制字设置和外部开入量状态，自动读取保护控制字以及外部 功能硬压板投退状态；

步骤4)进入一项测试的S04阶段：将装置所具备的保护功能 排序，顺序进行每一项保护功能测试；

步骤5)判断保护是否投入的S05阶段：根据读取的控制字和 压板状态，确定需要进行测试的保护类型，若该项保护控制字及保 护功能压板皆为投入状态，则进入下一步S06阶段，否则下一步重 新进入S04阶段；

步骤6)闭锁其他保护功能的S06阶段：将除测试项目外地其 他保护功能闭锁，避免其他保护动作对测试结果造成影响；

步骤7)根据定值生成测试序列的S07阶段：读取该保护的测 试模板，根据保护功能校验项目和读取的保护定值生成保护功能测 试序列；

步骤8)交流输入量赋值的S08阶段：根据测试序列将交流电 流、电压值赋给内部变量；开始测试后自动执行测试方案，将模拟 故障情况下的交流输入量传递到保护CPU的逻辑模块，从而模拟故 障情况；

步骤9)判断保护是否动作的S09阶段：根据保护CPU的动作 情况和启动CPU的启动情况，判断保护是否动作，如果判断结果为 “是”，则进入下一步S10阶段；否则下一步重新进入S08阶段；

步骤10)记录动作值和动作评价的S10阶段：在保护CPU和启 动CPU同时动作后，结束单次测试，并再进行两次同样的测试，即 对同一功能进行3次测试；记录每次动作的输入值和动作时间，根 据以上结果对该项保护功能进行评价；

步骤11)解除保护功能闭锁的S11阶段：一项保护功能测试完 成后，解除其他保护的闭锁；

步骤12)判断测试是否完成的S12阶段：判断该项保护是否为 最后一项，如果判断结果为“是”，则进入下一步S13阶段，测试 结束；否则下一步重新进入S04阶段，继续进行下一项保护功能测 试；

步骤13)生成功能校验报告的S13阶段：根据测试结果，加载 预编的模板填写功能校验报告；

步骤14)打印报告的S14阶段：打印功能校验报告；

步骤15)退出校验模式的S15阶段：报告打印完成后自动退出 校验模式；

步骤16)开放外部交流采样的S16阶段：开放外部交流采样， 恢复保护装置正常工作状态；

步骤17)完成：本自动校验流程至此结束。

在S07阶段中，所述的保护功能测试序列的生成方法为：根据 相应类型保护的原理来编制，对过量保护从0开始逐步增加至1.2 倍定值，对于欠量保护从正常状态逐步减小至0.8倍定值；其中包 括三种保护类型即：差动保护功能、二次谐波制动和过流保护。

本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功能自动校验 方法的实施效果：不需要额外的硬件开销和外回路接线，不需要人 工干预和保护测试仪即可完成整套装置各项保护功能的测试，实时 动态显示测试过程和结果，并自动生成测试报告。该自动校验技术 规范了设备试验项目，避免了由于人员素质引起的检验漏项、检验 方法错误、检验结果误判等技术失误，可提高主变保护功能校验工 作效率，消除主变保护装置安全隐患，有利于提升设备安全运行水 平。

附图说明

图1为本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功能自动 校验方法实施平台的硬件模块配置图。

图2为本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功能自动 校验方法的工作原理图。

图3为本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功能自动 校验方法的流程图。

图4为典型比率式差动保护动作区域示意图。

图5为高压侧为内桥接线的3绕组变压器的各侧电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的微机型主变差动 保护装置的保护功能自动校验方法进行详细说明。

本发明利用现有保护装置普遍配置的硬件资源，不需要额外增 加硬件，而采用添加独立的测试程序的方法实现功能校验；其硬件 配合逻辑如图1所示；同时不需要外回路模拟量输入来模拟故障， 而采用装置软件设定模拟故障的方法，如图2所示；装置采样部分 的精度校验应采用保护测试仪等方法另外进行，在不增加硬件开销 和改变硬件配置的情况下，利用富余的硬件资源，对保护装置的各 项保护的功能和逻辑进行自动测试；自动测试程序自动读取保护定 值、模拟量采样值、监测保护动作情况等，自动完成测试；试验过 程中，对于每一个测试点，软件将自动读取保护装置动作情况，对 动作情况进行评价；全部测试完成后，将动作值和动作评价情况自 动生成校验报告。

如图3所示，本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功 能自动校验方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)启动校验模式的S01阶段：通过主变差动保护装置上 的人机界面菜单进入校验模式；

步骤2)闭锁外部交流采样的S02阶段：进入校验模式后，程 序自动完成交流输入切换，闭锁外部交流输入，将自动测试模块产 生的交流输入传递给保护模块；

步骤3)读取保护控制字及定值的S03阶段：读取装置保护定 值、控制字设置和外部开入量状态，自动读取保护控制字以及外部 功能硬压板投退状态；

步骤4)进入一项测试的S04阶段：将装置所具备的保护功能 排序，顺序进行每一项保护功能测试；

步骤5)判断保护是否投入的S05阶段：根据读取的控制字和 压板状态，确定需要进行测试的保护类型，若该项保护控制字及保 护功能压板皆为投入状态，则进入下一步S06阶段，否则下一步重 新进入S04阶段；

步骤6)闭锁其他保护功能的S06阶段：将除测试项目外的其 他保护功能闭锁，避免其他保护动作对测试结果造成影响；

步骤7)根据定值生成测试序列的S07阶段：读取该保护的测 试模板，根据保护功能校验项目和读取的保护定值生成保护功能测 试序列；

步骤8)交流输入量赋值的S08阶段：根据测试序列将交流电 流、电压值赋给内部变量；开始测试后自动执行测试方案，将模拟 故障情况下的交流输入量传递到保护CPU的逻辑模块，从而模拟故 障情况；

步骤9)判断保护是否动作的S09阶段：根据保护CPU的动作 情况和CPU的启动情况，判断保护是否动作，如果判断结果为“是”， 则进入下一步S10阶段；否则下一步重新进入S08阶段；

步骤10)记录动作值和动作评价的S10阶段：在保护CPU和启 动CPU同时动作后，结束单次测试，并再进行两次同样的测试，即 对同一功能进行3次测试；记录每次动作的输入值和动作时间，根 据以上结果对该项保护功能进行评价；

步骤11)解除保护功能闭锁的S11阶段：一项保护功能测试完 成后，解除其他保护的闭锁；

步骤12)判断测试是否完成的S12阶段：判断该项保护是否为 最后一项，如果判断结果为“是”，则进入下一步S13阶段，测试 结束；否则下一步重新进入S04阶段，继续进行下一项保护功能测 试；

步骤13)生成功能校验报告的S13阶段：根据测试结果，加载 预编的模板填写功能校验报告；

步骤14)打印报告的S14阶段：打印功能校验报告；

步骤15)退出校验模式的S15阶段：报告打印完成后自动退出 校验模式；

步骤16)开放外部交流采样的S16阶段：开放外部交流采样， 恢复保护装置正常工作状态；

步骤17)完成：本自动校验流程至此结束。

本发明自动读取保护定值、模拟量采样值、监测保护动作情况 等。自动完成测试，试验过程中，软件将自动读取保护装置动作情 况，对动作情况进行评价。全部测试完成后，将动作值和动作评价 情况自动生成为校验报告。

在S07阶段中，所述的测试序列的生成方法为：根据相应类型 保护的原理来编制，对过量保护从0开始逐步增加至1.2倍定值， 对于欠量保护从正常状态逐步减小至0.8倍定值；其中包括三种保 护类型即：差动保护功能、二次谐波制动和过流保护(不仅限于这 三种保护类型)；以南瑞继保的RCS9671C型微机型变压器差动保护 装置为例，相关的保护功能的校验原则如下：

(1)差动保护功能

比率制动式差动保护普遍采用三段式比率制动原理，以高压侧 为内桥接线的三绕组变压器为例，一种典型比率式差动保护动作区 域示意图和高压侧为内桥接线的三绕组变压器的各侧电流示意图 如图4、图5所示；其动作方程为：

I_d＞I_cdqd              I_r≤0.5I_e

I_d-I_cdqd＞K_bl*(I_r-0.5I_e)      0.5I_e＜I_r≤3I_e

I_d-I_cdqd-K_bl*2.5I_e＞I_r-3I_e   I_r＞3I_e

其中：K_bl为比率制动系数   I_cdqd为差动电流起动定值

对高压侧为内桥接线的三绕组变压器，差动电流和制动电流的 一种典型取法如下：

I_d＝|i₁+i₂+i₃+i₄|

I_r＝0.5(|I₁|+|I₂|+|I₃|+|I₄|)

校验方法：

1.1)单相测试：选择一相主变高、中、低侧的单相电流(I1a、 I1b、I1c、I2a、I2b、I2c、…、I4a、I4b、I4c)从零开始逐渐增 大，其余各相保持为0，直至差动保护动作或差动电流Id达到1.2 倍差动启动电流Icdqd。记录此时的动作电流和差动电流Id、制动 电流Ir值。

1.2)相间测试：在变压器Y侧(例如高压侧)通入单相电流 (例如高压侧A相电流I1a)，大小为该侧二次额定电流的K倍(K 为测试系数，K＝0.5,1.5,3,5)；在对应的主变低压Δ侧通入相应 的两相电流(对11点接线为A、C两相)，大小为该侧二次额定值 的K倍，并使高压侧A相电流I1a和低压侧A相电流I4a反向，低 压侧A相电流I4a与低压侧C相电流I4c反向。逐渐减小高压侧A 相电流I1a的大小，直到差动保护动作，记录此时的高压侧A相电 流I1a的值。改变K的值，重复1-2步，获得不同K值下的动作记 录，覆盖比率制动曲线的三段，记录此时的动作电流和差动电流Id、 制动电流Ir值。

1.3)评价方法：比对定值曲线进行动作情况评价，若动作点 (Ir，Id)落在图4差动电流Id动作折线±2％动作值范围内，即视为 保护正确动作。

(2)二次谐波制动

2.1)测试方法：设置主变高、中、低侧的单相电流(I1a、I1b、 I1c、I2a、I2b、I2c…)二次谐波含量为基波值的1.2K倍(K为二 次谐波制动的定值)，其余相电流设置为零。从零开始增加该相电 流值，至该相电流基波值为1.2倍差动启动电流Icdqd。逐渐减少 二次谐波分量，至差动保护动作或二次谐波含量低于基波值的0.8K 倍，记录此时的二次谐波含量。

2.2)评价方法：在二次谐波含量大于基波的1.2K倍时，差动 保护不动作；当逐步降低二次谐波含量至0.98K,1.02K倍基波含量 区间时，差动保护动作，视为保护正确动作。

(3)过流保护

3.1)测试方法：主变高、中、低侧的单相电流(I1a、I1b、 I1c、I2a、I2b、I2c…)从零开始逐渐增大，其余各相保持为0， 至该侧过流保护动作或该相电流大于1.2倍保护定值。记录此时的 动作电流值。

3.2)评价方法：过流保护动作，且动作值在该项保护定值1± 2％范围内时，即视为保护正确动作。

本发明提供的微机型主变差动保护装置的保护功能自动校验 方法以现有的微机型主变差动保护为基础，通过读取装置定值区和 外部压板开入量，根据设置的保护投退情况确定保护功能校验项 目；根据设定值自动生成测试方案，将模拟外部故障信息的交流电 流和电压二次值赋给相应的内部变量，从而模拟故障情况。按照测 试方案改变输入直至保护动作，并记录测试过程分析动作值，从而 完成一项保护功能测试。

利用本方法可自动完成主后一体的变压器保护包括差动速断 保护、差动保护、各侧复压过流等保护功能校验；在完成功能校验 后，自动生成测试报告并打印，可根据相关数据直观判定保护动作 情况是否符合有关要求。

整个测试系统集成于保护装置中，以现有硬件为基础，不需要 额外增加硬件。整个测试过程除不需要外部交流回路输入交流量用 于模拟各种故障情况以外，与采用保护测试仪进行测试并无区别。 通过显示屏实时显示测试状态，可实现整个测试过程的人工监测。