地铁主变电站变压器差动保护整定及试验方法研究

地铁主变电站变压器差动保护整定及试验方法研究

钟宏健

天津一号线轨道交通运营有限公司  300100

摘要：地铁因其方便、快捷、准点等特点，使其成为市民出行的重要选择，在城市交通中担负起主要的乘客运输任务。地铁主变电站的作用是为地铁线路提供电力负荷用电，主变压器作为变电站核心设备，其保护设计的安全性、可靠性直接决定了整个供电系统的运行效益。本文选取天津某地铁主变电站，对变压器差动保护整定及试验方法进行研究。

关键字：地铁；主变电站；主变压器；主保护级后背保护

主变压器设置的比例差动保护用来区分差流是由于内部故障还是不平衡输出引起，按照稳态比率差动动作方程判别，满足方程时动作。其中当任一相差动电流大于差动速断整定值时满足差动速断动作区条件，差动速断保护瞬时动作，跳开变压器各侧开关。

一、稳态比率差动动作方程及动作特性

高值比率差动动作曲线，固定斜率K=0.6，不过原点，靠较高的启动和制动斜率躲过动作区外故障CT饱和，动作区内故障CT饱和后仍可动作；低值比率差动动作曲线，第一斜率K=0.2，第二斜率Kbl=0.5，第三斜率K=0.75，带CT饱和闭锁，灵敏度高，动作区外故障CT饱和会进入动作区，但通过CT饱和判据闭锁；高、低值比率差动动作曲线结合，在提供灵敏度的同时保证了可靠性。

稳态比率差动动作方程及动作特性

二、整定计算

主变压器容量Sn=31.5MVA，接线为YNd11，高、低压各侧CT均为Y接线，高压侧CT变比800/1，低压侧CT变比1200/1，高压侧PT变比110000/100，低压侧PT变比35000/100,高压侧电压Unh=110kV，低压侧电压Unm=37kV。

1、变压器各侧一次额定电流计算

高压侧一次额定电流I1nh=31500/（1.732x110）=165.34A，低压侧一次额定电流I1nl=31500/（1.732x37）=491.54A。

式中为变压器最大额定容量，为变压器计算侧额定电压。

2、变压器各侧二次额定电流计算

高压侧CT二次侧电流I2nh =165.34/（800/1）=0.207A，即定值单中的高压侧Ie；低压侧CT二次电流I2nl=491.54/（1200/1）=0.41A，即定值单中的低压侧Ie。

式中为变压器计算侧一次额定电流，为变压器计算侧CT变比。

3、主变压器各侧平衡系数计算

根据公式计算高压侧平衡系数Kphh=1.98，低压侧平衡系数Kphl=1。

其中：

式中为变压器计算侧二次额定电流，为变压器各测二次额定电流值中最小值，为变压器各测二次额定电流值中最大值。

4、差动各侧电流相位差的补偿

变压器接线为YNd11，低压侧一次侧电流超前高压侧一次侧电流30°，变压器高、低压侧二次侧电流互感器采用星形接线，即高压侧CT接成Y/Y、低压侧CT接成/Y，高、低压侧二次电流直接接入保护装置，此时低压侧二次侧电流仍超前高压侧二次侧电流30°，此相位由软件调整，但必须考虑Y侧可能流过零序电流对差流的影响，保护装置采取对Y侧每相电流都减去零序电流的方式，侧的相位调整，采用矢量相减的方法，同时需除以，以消除矢量相减对幅值增大的影响，具体校正公式如下。

当高压侧A相CT二次输入电流为Ie时，保护装置中A相差流值IA’等于2/3Ie，同时B、C相的差流值均为1/3Ie，当该侧输入三相对称电流Ie时，保护装置中A、B、C相差流均为1Ie，无零序电流。

当低压侧A相CT二次输入电流为Ie时，保护装置中A、B相差流值等于1/1.732Ie，当该侧输入三相对称电流Ie时，保护装置中A、B、C相差流均为1Ie。

侧：

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侧：

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式中：、、为侧CT二次电流，、、为侧校正后的各相电流；、、为侧CT二次电流，、、为侧校正后的各相电流。其它接线方式可以类推。装置中可通过变压器接线方式整定控制字选择接线方式。

比率差动保护电流校正：首先在高压侧A、B相（A进B出）加入电流I1，低压侧A相加入电流I2，且I1与I2相位角为180°，使得保护装置中显示差流为零。I2固定、I1增大，直到保护动作，记录此时I1、I2的值。保护动作时各点I1、I2的值应当与计算出的值一致，证明动作的点确实在动作曲线上，斜率正确，相同的方法相同的数值做B、C相和C、A相比率差动试验，结果应相同。

5、差动电流启动定值

根据定值单可知，高、低压侧差动电流启动定值为Icdqd=0.7Ie。根据b）差动各侧电流相位差的补偿，即高低压侧差流为零同时高压侧加入单相电流大于2.17A（即0.7x0.207x1.5）时高压侧比率差动保护动作，小于2.17A时不动作；即高低压侧差流为零同时低压侧加入单相电流大于0.497A（即0.7x0.41x1.732）时低压侧差动速断保护动作，小于0.497A时不动作。

6、拐点电流的选取

根据稳态比率差动动作方程及动作特性可知，保护装置选取三个拐点制动电流，拐点1制动电流为0.5Ie，拐点2制动电流为0.8Ie，拐点1制动电流为6Ie。

7、斜率的整定

根据稳态比率差动动作方程及动作特性可知，拐点1、拐点2、拐点3的斜率分别0.2、0.5、0.75。

8、差动速断保护

根据定值单可知，高、低压侧差动速断保护定值为Icdsd=8Ie，根据差动各侧电流相位差的补偿，即高压侧加入单相电流大于2.48A（即8x0.207x1.5）时高压侧差动速断保护动作，小于2.48A时不动作；低压侧加入单相电流大于5.68A（即8x0.41x1.732）时低压侧差动速断保护动作，小于5.68A时不动作。

9、谐波制动比的整定

表示差流中的二次谐波分量和基波分量的比值，根据定值单可知，谐波制动比定值为15%。

三、试验方法

将相应的保护压板退出，继保仪开入量输入端引出两根接线分别接压板两端，用来测量保护动作时限。

继保仪三相电流IA、IB、IC、N分别接入主保护一高压侧电流输入回路相端子1-1I1D-1/2/3/6，根据定值单分别设置继保仪参数并输出，进行高压测差动保护试验。

其中差动速断保护试验：根据上文校正公式可知，做高压侧差动速断保护试验时，高压侧应当乘以1.5，用于补偿零序电流，即加入单相电流大于（1.05xIcdsdhx1.5）时差动速断保护动作，小于（0.95xIcdsdhx1.5）时差动速断保护不动作。做低压侧差动速断保护试验时，低压侧应当乘以，即加入单相电流大于（1.05xIcdsdlx1.732）时差动速断保护动作，小于（0.95xIcdsdlx1.732）时差动速断保护不动作。

比率差动保护试验：首先在高压侧A、B相（A进B出）加入电流I1，低压侧A相加入电流I2，且I1与I2相位角为180°，使得保护装置中显示差流为零。I2固定、I1增大，直到保护动作，记录此时I1、I2的值。保护动作时各点I1、I2的值应当与计算出的值一致，证明动作的点确实在动作曲线上，斜率正确，相同的方法相同的数值做B、C相和C、A相差动试验，结果应相同。

二次谐波制动比试验：在任一侧某相加一个能使差动保护动作的50Hz基波电流I1，在此基础上叠加100Hz的二次谐波电流I2，改变I2的幅值，当I2的幅值小于0.15 I1时可靠动作，大于0.15 I1时可靠不动作。

保护启动后，保护装置跳闸指示红灯亮，保护装置屏幕可查看保护信息，包括启动的保护名称和动作时限、跳开的开关、最大电流等。

主保护一高压侧差动试验接线

差动保护启动信息

结束语：

由于主变电站保护设置很复杂，所涉及内容相对较多，本文只是选取了其中一个保护进行分析说明，内容并不全面，只希望能够起到一定的参考作用。

参考文献：

[1]电力系统继电保护原理[M]. 中国电力出版社 , 贺家李,宋从矩主编, 2004

[2]电网微机保护测试技术[M]. 中国水利水电出版社 , 韩笑,赵景峰,邢素娟主编, 2005

[3]电力系统继电保护实用技术问答[M]. 中国电力出版社 , 国家电力调度通信中心编, 2000