一种提高变压器差动保护灵敏度的方法

摘要

本发明公开了一种提高变压器差动保护灵敏度的方法，利用变压器差动保护故障判别程序，首先通过电流互感器、电压互感器采集变压器各侧电流、电压，再将各侧电流乘以根据实际电压、变压器额定容量、CT变比计算出来的本侧平衡系数进行折算，之后再进行变压器差流计算，然后进行差流动作条件的判断，满足条件则发出变压器跳闸命令同时发出告警信息，否则就退出故障判别程序。本方法利用采集到的变压器各侧的实际电压进行变压器各侧平衡系数的计算，而不是使用变压器各侧额定电压进行变压器各侧平衡系数的计算，从而消除实际运行电压与额定电压不相同引起的误差，有效的降低了变压器差动保护的最小动作电流，从而提高了变压器差动保护的灵敏度。

说明书

技术领域

本发明涉及变压器保护技术领域，尤其涉及一种提高变压器差动保护灵敏 度的方法。

背景技术

目前，变压器差动保护工作的流程如图1所示。当变压器差动保护故障判别 程序启动后，首先通过电流互感器采集变压器各侧电流，然后将各侧电流乘以根 据额定电压、变压器额定容量、CT变比计算出来的本侧平衡系数(或者叫做调整 系数)进行折算，之后再进行变压器差流计算，接着进行差流是否满足动作条件 的判断，满足条件就发出变压器跳闸命令同时发出告警信息，否则就退出故障判 别程序，返回正常程序。

在进行差流计算前进行折算的原因是：由于变压器运行时各侧电压不同、电 流互感器变比不同，所以，造成变压器差动保护感受的各侧电流不能处于同一标 准下，必须通过折算使得其处于同一标准下。由于变压器调压等因素使得实际运 行电压与额定电压并不相同，且随时变化，导致安装目前的平衡系数计算方法计 算出的平衡系数与实际运行时的平衡系数相比是有误差的，进而使差流计算产生 误差。

变压器差动保护动作条件之一是差流必须大于最小动作电流。为保证变压 器差动保护不误动，基于目前平衡系数计算方法，目前变压器差动保护的最小动 作电流必须进行相应的扩大，降低了差动保护的灵敏度。目前变压器差动保护的 最小动作电流计算方法主要采用公式(1)：

I_op.min＝K_rel(K_er+ΔU+Δm)I_e   (1)

式中：I_e为变压器二次额定电流；K_rel为可靠系数；K_er为电流互感器的比 误差(0.06及以下)；ΔU为变压器调压引起的误差(5％-10％)；Δm为由于电流 互感器变比未完全匹配产生的误差(通常取0.05)。式中的ΔU就是目前变压器 差动保护的最小动作电流必须进行相应扩大的体现。

由于变压器调压等因素使得实际运行电压与额定电压并不相同，且随时变 化，导致计算的平衡系数产生误差，进而，针对上述变压器差动保护的最小动作 电流计算公式，使差流计算产生误差。为避免此误差引起差动保护误动，被迫抬 高变压器差动保护的最小动作电流，从而降低了差动保护的灵敏度，最终导致相 关事故的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高变压器差动保护灵敏度的方法，将采集的变 压器各侧的实际电压进行变压器各侧平衡系数的计算，消除实际运行电压与额定 电压不相同引起的误差，有效保护变压器差动保护的最小动作电流，从而提高了 现有变压器差动保护的灵敏度高。

本发明采用的技术方案为：

A：首先，通过电流互感器和电压互感器分别采集变压器各侧的实际电流 和电压；

B：根据步骤A采集的变压器各侧的实际电压值，计算变压器各侧额定负 荷时的一次实际运行电流I，如公式①所示：

$I=\frac{S_n}{\sqrt{3}U}$   ①

式中S_n为变压器最大额定容量，U为变压器计算侧实际运行电压；

C：计算变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流，如公式②所示：

$I_2=\frac{I}{n_{\mathrm{LH}}}$   ②

式中I为变压器计算侧额定负荷时的一次实际运行电流，n_LH为变压器计算 侧电流互感器变比；

D：计算变压器各侧平衡系数；

D1：当选定变压器某一侧作为基准侧时，变压器基准侧额定负荷的二次实 际运行电流为I_2.j，变压器各侧平衡系数如公式③所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2.j}}{I_2}\times \mathrm{Kjx}$   ③

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，Kjx为接线系 数；

D2：当采用以变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流作为最小的一侧 为基准侧时，其余侧依次放大时，变压器各侧平衡系数如公式④所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2-\min }}{I_2}\times K_b,$   ④

其中$K_b=\min (\frac{I_{2-\max }}{I_{2-\min }},4)$   ⑤

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_2-min为变压器各 侧额定负荷时的二次实际运行电流值中的最小值，I_2-max为变压器各侧额定负荷时 的二次实际运行电流值中的最大值；

D3：当依据电流互感器变比为参数时，计算变压器各侧平衡系数，如公 式⑥所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_2}{I_N}\times \mathrm{Kjx}$   ⑥

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_N为电流互感器 的二次侧额定电流，Kjx为接线系数；

E：基于步骤D计算的变压器各侧平衡系数，变压器差动保护最小动作电 流利用公式⑦计算：

I_op.min＝K_rel(K_er+Δm)I_e   ⑦

式中：I_e为变压器二次额定电流；K_rel为可靠系数；K_er为电流互感器的比误差； Δm为电流互感器变比未完全匹配产生的误差；

F：根据步骤E得到的变压器差动保护最小动作电流值进行跳闸动作条件判 断，若满足跳闸动作电流条件，则发出变压器跳闸命令同时发出告警信息；若不 满足跳闸动作电流，则退出故障判别程序，返回正常程序。

本发明利用变压器差动保护故障判别程序，首先通过电流互感器、电压互感 器采集变压器各侧电流、电压，再将各侧电流乘以根据实际电压、变压器额定容 量、CT变比计算出来的本侧平衡系数进行折算，之后再进行变压器差流计算， 然后进行差流动作条件的判断，满足条件则发出变压器跳闸命令同时发出告警信 息，否则就退出故障判别程序，返回正常程序。本方法利用采集到的变压器各侧 的实际电压进行变压器各侧平衡系数的计算，而不是使用变压器各侧额定电压进 行变压器各侧平衡系数的计算，从而消除实际运行电压与额定电压不相同引起的 误差，有效的降低了变压器差动保护的最小动作电流，从而提高了变压器差动保 护的灵敏度。

附图说明

图1为本发明的变压器差动保护工作流程图；

图2为本发明的变压器差动保护的动作特性图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：

A：首先，通过电流互感器和电压互感器分别采集变压器各侧的实际电流 和电压；

B：根据步骤A采集的变压器各侧的实际电压值，计算变压器各侧额定负 荷时的一次实际运行电流I，如公式①所示：

$I=\frac{S_n}{\sqrt{3}U}$   ①

式中S_n为变压器最大额定容量，U为变压器计算侧实际运行电压；

C：计算变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流，如公式②所示：

$I_2=\frac{I}{n_{\mathrm{LH}}}$   ②

式中I为变压器计算侧额定负荷时的一次实际运行电流，n_LH为变压器计算 侧电流互感器变比；

D：计算变压器各侧平衡系数；

D1：当选定变压器某一侧作为基准侧时，变压器基准侧额定负荷的二次实 际运行电流为I_2.j，变压器各侧平衡系数如公式③所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2.j}}{I_2}\times \mathrm{Kjx}$   ③

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，Kjx为接线系 数；

D2：当采用以变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流作为最小的一侧 为基准侧时，其余侧依次放大时，变压器各侧平衡系数如公式④所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2-\min }}{I_2}\times K_b,$   ④

其中$K_b=\min (\frac{I_{2-\max }}{I_{2-\min }},4)$   ⑤

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_2-min为变压器各 侧额定负荷时的二次实际运行电流值中的最小值，I_2-max为变压器各侧额定负荷时 的二次实际运行电流值中的最大值；

D3：当依据电流互感器变比为参数时，计算变压器各侧平衡系数，如公 式⑥所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_2}{I_N}\times \mathrm{Kjx}$   ⑥

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_N为电流互感器 的二次侧额定电流，Kjx为接线系数；

E：基于步骤D计算的变压器各侧平衡系数，变压器差动保护最小动作电 流利用公式⑦计算：

I_op.min＝K_rel(K_er+Δm)I_e   ⑦

式中：I_e为变压器二次额定电流；K_rel为可靠系数；K_er为电流互感器的比误 差；Δm为电流互感器变比未完全匹配产生的误差；

F：根据步骤E得到的变压器差动保护最小动作电流值进行跳闸动作条件判 断，若满足跳闸动作电流条件，则发出变压器跳闸命令同时发出告警信息；若不 满足跳闸动作电流，则退出故障判别程序，返回正常程序。

下面结合附图详细说明本发明的计算方法：

本发明针对三种不同情况，进行平衡系数的计算，再进行变压器差动保护最 小动作电流的计算。

第一种情况

首先先选定变压器的某一侧作为基准侧。

步骤1：采集变压器的各侧的实际电压U；本方法采用的变压器差动保护装 置、相关的电压采集方法、软硬件等采集条件与现有保护装置电压采集使用的完 全一致，在此不再赘述。

步骤2：计算变压器各侧额定负荷时的一次实际运行电流I，如公式①所示：

$I=\frac{S_n}{\sqrt{3}U}$   ①

式中S_n为变压器最大额定容量，U为变压器计算侧实际运行电压；

步骤3：计算变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流，如公式②所示：

$I_2=\frac{I}{n_{\mathrm{LH}}}$   ②

式中I为变压器计算侧额定负荷时的一次实际运行电流，n_LH为变压器计算侧 电流互感器变比；

步骤4：当选定变压器某一侧作为基准侧时，变压器基准侧额定负荷的二次 实际运行电流为I_2.j，变压器各侧平衡系数如公式③所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2.j}}{I_2}\times \mathrm{Kjx}$   ③

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，Kjx为接线系数；

同时，可以将上述的步骤2、3和4的公式①、②和③进行合并，并约去公 约数等运算，生成一个合并后的公式，如公式(2)所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{n_{\mathrm{LH}}·U}{n_{\mathrm{LH}.j}.·U_j}·\mathrm{Kjx}---\left(2\right)$

式中nLH为变压器计算侧电流互感器变比，U计算侧实际运行电压；n_LH.j为变 压器基准侧电流互感器变比，U_j基准侧实际运行电压。

步骤5：基于步骤4计算的变压器各侧平衡系数，变压器差动保护最小动 作电流利用公式⑦计算：

I_op.min＝K_rel(K_er+Δm)I_e   ⑦

式中：I_e为变压器二次额定电流；K_rel为可靠系数；K_er为电流互感器的比误 差；Δm为电流互感器变比未完全匹配产生的误差。

第二种情况，

采用以变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流作为最小的一侧为基 准，其余侧依次放大。

变压器各侧平衡系数如公式④所示：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_{2-\min }}{I_2}\times K_b,$   ④

其中$K_b=\min (\frac{I_{2-\max }}{I_{2-\min }},4)$   ⑤

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_2-min为变压器各侧 额定负荷时的二次实际运行电流值中的最小值，I_2-max为变压器各侧额定负荷时的 二次实际运行电流值中的最大值；

其余步骤同第一种情况。

第三种情况

当变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流与电流互感器的二次侧额 定电流相比时，计算变压器各侧额定负荷时的一次实际运行电流：

$I=\frac{S_n}{\sqrt{3}U}$

式中S_n为变压器最大额定容量，U为变压器计算侧实际运行电压。

再计算变压器各侧额定负荷时的二次实际运行电流：

$I_2=\frac{I}{n_{\mathrm{LH}}}$

式中I为变压器计算侧额定负荷时的一次实际运行电流，n_LH为变压器计算侧 电流互感器变比。

最后计算变压器各侧平衡系数：

$K_{\mathrm{ph}}=\frac{I_2}{I_N}\times \mathrm{Kjx}$

式中I₂为变压器计算侧额定负荷时的二次实际运行电流，I_N为电流互感器的 二次侧额定电流，Kjx为接线系数。

最后，根据得到的变压器差动保护最小动作电流值进行跳闸动作条件判断， 若满足跳闸动作电流条件，则发出变压器跳闸命令同时发出告警信息；若不满足 跳闸动作电流，则退出故障判别程序，返回正常程序。

本发明采用以实际电压代替额定电压，就消除了变压器调压引起的误差(即： ΔU)，故，采用本发明变压器差动保护最小动作电流的计算方法为：

I_op.min＝K_rel(K_er+Δm)I_e   ⑦

与背景技术相比，消除了变压器调压引起的误差(即：ΔU)。本发明的变 压器差动保护的动作特性图，如附图2所示：

图中：I_op.min为变压器差动保护最小动作电流；I_op.sd为变压器差动保护差流速 断动作电流；I_res.0为变压器差动保护最小制动电流；I_res.max为变压器差动保护最 大制动电流。使用本发明的方法计算的最小动作电流值比目前的变压器差动保护 最小动作电流值小。

在实线上方为差动保护动作区，下方为制动区，保护不动作。某些厂家的保护， 对此特性曲线进行的优化，如：将斜线变为两段或三段的折线，从纵轴I_op.min处 开始与横轴平行的第一段线段变为略微倾斜向上的斜线段，在本发明中仍可采 用，不再重复。