微机型比率制动式主变差动保护算法
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摘要：在阐述微机型比率制动式变压器差动保护基本原理的基础上，以Y/Y/d-ll接线的PST-1200系列主变保护为例，提出应用Microsoft Excel快速计算差动保护动作值的方法。一旦制作完成，即可一劳永逸，给今后的调试工作带来极大的便利。
关键词：变压器；差动保护；比率制动；算法
1.引言
目前，变压器主保护广泛采用微机型差动保护。微机保护具有较好的灵活性，较高的可靠性，功能强大。但同时微机保护较为抽象，尤其是对于Y，d接线方式的变压器，高低两侧电流存在相位差，而差动保护为分相差动，所以差动保护需要进行角度误差的补偿，这种补偿方法要考虑到变压器接线组别、各侧电压等级、TA(电流互感器)变比等因素的影响，实现起来比较复杂。本文以Y/Y/d-l1接线的PST-1200系列主变保护为例，从保护的原理分析人手，提出一种应用Microsoft Excel快速计算差动保护动作值的方法。
2.主变差动保护原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，即看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出变压器的电流相等。此时，差动继电器不应动作。当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其差动保护动作，切除变压器。
实际工作中由于变压器差动保护两侧电流互感器的型号、变比、二次负载情况、接线方式以及铁心饱和特性等不一致，使变压器在正常运行、外部故障、变压器空投及外部故障切除后的暂态过程中，其流入电流和流出电流相差较大或很大。这样差动回路就存在不平衡电流，不平衡电流超过继电器差动动作值时，会导致继电器的误动作。为防止继电器的误动作，针对产生不平衡电流的不同原因，各厂家采取了许多相应措施。为了防止变压器励磁涌流所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，变压器差动保护采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲开励磁涌流的影响；为了防止两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流引起差动保护误动作，采用增大启动电流动作值以躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流。对于因变压器接线组别、电流互感器变比不同的原因引起的不平衡电流，在进行差动计算时由软件进行相位调整及电流的数值补偿[1]。
3.PST-1200比率制动原理
该保护采用双斜率两拐点特性的曲线，其动作特性如图1所示。
图中，
Id：差动电流
Iz：制动电流
Icd：差动保护电流定值
Isd：差动速断电流定值
Izd：比率制动拐点电流定值，软件设定为高压侧额定电流值。
K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5，K2=0.7
动作判据为：
两侧差动：Id=|I1+I2|； Iz=max（|I1|，|I2|）
I1为I侧电流，I2为II侧电流。
该保护最多可实现五侧差动，为了方便起见，均按两侧差动的方法来计算和试验。如三圈变压器在高压侧电流Ih、中压侧电流Im、低压侧电流I1中选择两侧回路将电流逐相相加。
变压器各侧电流互感器采用星型接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性以母线侧为极性端。
变压器各侧TV二次电流相位由软件调整，装置采用Y―>变化调整差流平衡。对于Y/d-l1的接线，其校正方法如下：
4.利用Microsoft Excel计算动作值
下面介绍高压侧和低压侧两侧差动的计算方法。中、低两侧或高中两侧的算法均与此相同，只是高、中两侧无需Y―>转换，故无需加补偿电流。
符号说明：
U1：高压侧额定电压
U2：中压侧额定电压
U3：低压侧额定电压
HCT：高压侧CT变比
MCT：中压侧CT变比
LCT：低压侧CT变比
Sn：变压器额定容量
Icd：差动动作定值
Isd：差速断定值
KpH：高压侧平衡系数
KpM：中压侧平衡系数
KpL：低压侧平衡系数
在Microsoft Excel工作表中输入定值：
A1: 高压侧额定电压U1
B1: 中压侧额定电压U2
C1：低压侧额定电压U3
A2: 高压侧CT变比HCT
B2: 中压侧CT变比MCT
C2:低压侧CT变比LCT
A3: 变压器额定容量Sn
B3: 差动动作定值Icd
而Izd=Sn//U1/HCT；KpH=1/；KpL=U3*LCT/U1/HCT
据此在工作表中输入：
A7: =A3/SQRT(3)/A1/A2 计算Izd
B7: =B1*B2/A1/A2/SQRT(3) 计算KpM
C7: =C1*C2/A1/A2 计算KpL
以下计算中假设I1>I2,且方向相反；高压侧电流从A相输入（当高压侧电流从B相或C相输入时，应根据
下面计算中的低压侧电流应作相应的替换）。
4.1 计算曲线第一段（斜率K=0，Iz≤Izd）
在第一段曲线横坐标Iz上取三个点，分别是0.3Izd，0.6Izd，Izd（此三点可根据需要任意取，只需修改下面A10、B10、C10中的参数即可，曲线上4.2、4.3中亦如此），则在工作表中输入A10：=0.3*A7 B10：=0.6*A7 C10：=A7
与此对应的差动电流值均为Icd，则A11，B11，C11均输入“=B3”
求I1的数值：
由于I1>I2，故I1=Iz，所以工作表中输入A12：=A10 B12：=B10 C12：=C10
求I2的数值：
由于I1、I2反向，故Id=I1-I2,则I2=I1-Id=Iz-Id，因此工作表中输入
A13：=A10-A11 B13：=B10-B11 C13：=C10-C11
求高压侧A相电流IA:
和I1相对应的输入高压侧的A相电流IA=I1/KpH=*I1，因此对应输入
A14：=A12*SQRT(3) B14：=B12*SQRT(3) C14：=C12*SQRT(3)
求低压侧a相电流Ia：
和I2对应的输入低压侧的a相电流Ia=I2/KpL,因此对应输入
A15：=A13/C7
B15：=B13/C7
C15：=C13/C7
求低压侧c相的补偿电流Ic：
A16：=A12/C7 B16：=B12/C7 C16：=C12/C7
试验时，高压侧A相电流IA（角度设为0°）和低压侧c相的补偿电流Ic（角度设为0°）按计算值输入，低压侧a相电流Ia（角度设为180°）可从Ic的数值（平衡值）变到Ia的计算值附近，此时差动保护将动作。
4.2 计算曲线第二段（斜率K1=0.5，Izd
在第二段曲线横坐标Iz上取三个点，分别是1.7Izd，2.4zd，3Izd
则在工作表中输入A18：=1.7*A7 B18：=2.4*A7 C18：=3*A7
求Id的数值：
Id=0.5*（Iz-Izd）+Icd，则对应的输入：
A19：=0.5*（A18-A7）+B3 B19：=0.5*（B18-A7）+B3 C19：=0.5*（C18-A7）+B3
求I1的数值：
I1=Iz，工作表中输入A20：=A18 B20：=B18 C20：=C18
求I2的数值：
I2=I1-Id=Iz-Id，因此工作表中输入
A21：=A18-A19 B21：=B18-B19 C21：=C18-C19
求高压侧A相电流IA:
和I1相对应的输入高压侧的A相电流IA=I1/KpH=*I1，因此对应输入
A22：=A20*SQRT(3) B22：=B20*SQRT(3) C22：=C20*SQRT(3)
求低压侧a相电流Ia：
和I2对应的输入低压侧的a相电流Ia=I2/KpL,因此对应输入
A23：=A21/C7 B23：=B21/C7 C23：=C21/C7
求低压侧c相的补偿电流Ic：
A24：=A20/C7 B24：=B20/C7 C24：=C20/C7
试验时，高压侧A相电流IA（角度设为0°）和低压侧c相的补偿电流Ic（角度设为0°）按计算值输入，低压侧a相电流Ia（角度设为180°）可从Ic的数值变到Ia的计算值附近，此时差动保护将动作。
4.3 计算曲线第三段（斜率K1=0.7， Iz>3Izd）
在第二段曲线横坐标Iz上取三个点，分别是5Izd，7zd，9Izd
则在工作表中输入A26：=5*A7 B26：=7*A7 C26：=9*A7
求Id的数值：
Id=0.7*（Iz-3Izd）+0.5*(3Izd-Izd)+Icd=0.7Iz-1.1Izd+Icd，则对应的输入：
A27：=0.7*A26-1.1*A7+B3 B27：=0.7*B26-1.1*A7+B3 C27：=0.7*C26-1.1*A7+B3
求I1的数值：
I1=Iz，工作表中输入A28：=A26 B28：=B26 C28：=C26
求I2的数值：
I2=I1-Id=Iz-Id，因此工作表中输入
A29：=A26-A27 B29：=B26-B27 C29：=C26-C27
求高压侧A相电流IA:
和I1相对应的输入高压侧的A相电流IA=I1/KpH=*I1，因此对应输入
A30：=A28*SQRT(3) B30：=B28*SQRT(3) C30：=C28*SQRT(3)
求低压侧a相电流Ia：
和I2对应的输入低压侧的a相电流Ia=I2/KpL,因此对应输入
A31：=A27/C7 B31：=B27/C7 C31：=C27/C7
求低压侧c相的补偿电流Ic：
A32：=A28/C7 B32：=B28/C7 C32：=C28/C7
试验时，高压侧A相电流IA（角度设为0°）和低压侧c相的补偿电流Ic（角度设为0°）按计算值输入，低压侧a相电流Ia（角度设为180°）可从Ic的数值变到Ia的计算值附近，此时差动保护将动作。
5.结束语
上述方法仅针对PST-1200系列主变保护，其他型号的保护可根据其原理，参考以上方法编制excel工作表。此类 excel工作表一旦编制完成，比率制动式变压器差动保护的计算将不再是项费时费力的工作。只需输入相关定值，所有的计算都会自动完成，从而将调试人员从繁琐的计算中解放出来！
参考文献
［1］ 肖开进，鲁庭瑞.电力系统继电保护原理与实用技术.北京：中国电力出版社，2006．
［2］ 韩笑，赵景峰，邢素娟.电网微机保护测试技术.北京：中国水利水电出版社，2005.
作者简介：
蒋盈立（1983-），男，温岭人，助理工程师，从事继电保护工作。