PST1200和RCS978保护中差动流变相位补偿方法对励磁涌流制动的影响

PST1200和RCS978保护中差动流变相位补偿方法对励磁涌流制动的影响

作者：陈震

来源：《科技创新导报》2011年第02期

摘要：变压器保护差动保护的原理；差动流变相位补偿的原理；PST1200和RCS978保护分别如何实现相位补偿；励磁涌流的概念；不同补偿方法对励磁涌流制动的影响及优缺点分析。

关键词：PST1200 RCS978 差动保护励磁涌流相位补偿

中图分类号：TM772 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)01(b)-0110-02

国电南京自动化股份公司生产的PST1200微机型变压器保护装置，是近几年来我公司使用较为广泛的变电所主变压器保护，我公司绝大多数220kV变电所及部分110kV变电所的主变压器都是使用该保护，几年来我公司的运行和继保工作人员对于该保护的原理及使用特性基本了解。随着220kV京口变电所的投运，其1号主变压器采用了南瑞继保公司生产的RCS978微机型变压器保护装置。本人经过一段时间的学习和研究，找到了两套保护的一些设计理念上的不同之处，其中最大的改进是差动流变相位补偿的方法，这对增加励磁涌流制动的可靠性有很大的意义。对此，本文将结合本人的学习和理解进行比较、分析和说明。

众所周知，变压器差动保护的基本原理是基于基尔霍夫电流定律的，即对于一个节点而言，其流入电流的总和应与流出电流的总和相等。如果把变压器差动回路中的总差部分看作是节点，那么由变压器各侧电流互感器二次引入总差回路的部分就是其流入流出分路，倘若有某种原因导致这种流入流出的平衡被打破，则接于总差回路的差动继电器动作，差动保护动作。在实际的保护装置中，差动回路在种种原因下会产生不平衡电流，不平衡电流对保护装置有着很大的影响，轻则降低保护的灵敏性，重则导致误动。

而对于电力系统中广泛采用的Y0，d11接线变压器而言，二次侧电流超前一次侧电流30°，若两侧流变二次都接成Y型，也会将30°相位差带入差流回路中，形成不平衡电流。如图1所示。

传统的解决方法是将变压器星形侧的流变二次接成三角形，而将三角形侧的流变二次接成星形，使星形侧电流引入流变二次后超前了30°，刚好与三角形侧平衡；而变压器三角形侧相电流转星形后增大√3倍，这通过流变变比的选取来补偿。但现在的多数微机保护（包括

PST1200和RCS978在内）已经摒弃了这种方法，变压器各侧流变均使用星形接线接入保护，使得接线更加简单，而运用微机保护本身的计算优势进行软件补偿，增加了精确性和灵活性。

但是PST1200和RCS978两套保护对于软件相位补偿的方法是不一样的。对于Y0，d11接线，PST1200采用的是“星转角”的方式，其相量图如（图2）所示，其算法如下式所示。

星形侧：Ia=(IA-IB)/3

Ib=(IB-IC)/3

Ic=(IC-IA)/3(1)

三角形侧： Ia=IA

Ib=IB

Ic=IC

有些较老的软件版本采用的补偿算法是

星形侧：Ia=(IA-IB)/ √3

Ib=(IB-IC)/ √3

Ic=(IC-IA)/ √3(2)

三角形侧：Ia=√3IA

Ib=√3IB

Ic=√3IC

两种算法其实是一回事，都是将星形侧转为三角形进入差流回路。

RCS978的相位补偿算法采用的是“角转星”，其相量图如（图3）所示，如下式：

星形侧： Ia =(IA-I0)

Ib = (IB-I0)

Ic=(IC-I0)

三角形侧：Ia=(IA IC) /(3)

Ib = (IB IA) /

Ic = (IC IB) /

式（1)到式（3）中IA、IB、IC是流变星形侧进入保护装置的电流，Ia、Ib、Ic是经过相位补偿后进入差动回路的电流。

RCS978保护的“角转星”方式相对于“星转角”，最大的优势在于对励磁涌流判据实行分相制动。

所谓励磁涌流，是指变压器在空载投入或者外部故障切除后，特别是在电压过零时合闸，导致变压器磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，励磁电流急剧增大，其值可达额定电流的5～10倍，称为励磁涌流。由于励磁涌流会集中在合闸侧，因此导致差动回路产生极大的不平衡电流，使差动保护误动作，所以主变差动保护都有励磁涌流闭锁装置。

PST1200和RCS978都是用二次谐波制动和波形对称原理来实现励磁涌流制动，这是基于励磁涌流含有明显的二次谐波分量、波形有间断角以及含有大量畸波的特性。但是这些判据的取得却是要通过差动流变接入保护装置的，那么差动流变的相位补偿方法则对判据的生成和使用起着不同的作用。

根据励磁涌流的性质，合闸初相角α=0°（即电压过零）时励磁涌流为最大，而合闸初相角α=90°时，则无励磁涌流出项。对于三相变压器而言，每相之间相差120°，则可能在合闸瞬间有一相，也只可能有一相的初相角接近甚至等于90°，则该相的励磁涌流就很小甚至没有，在这种情况下，PST1200和RCS978两种不同的相位补偿方式显示出不同的性能。

设合闸时B相合闸角为90°，励磁涌流为零；而C相为-30°，A相为210°，都有明显励磁涌流。则无论是采用二次谐波制动还是波形对称制动，制动量IA≠0，IB=0，IC≠0，按照

PST1200的“星转角”方式，由式(1）可得，流入差动回路的星形侧补偿后

Ia≠0，

Ib≠0，

Ic≠0

三相均有励磁涌流制动量。如（图4）所示，a图为补偿前的三相电流波形，b图为补偿后的三相电流波形。

因此在PST1200中是采用或门进行闭锁，即任意一相出现励磁涌流，即闭锁三相，这样当合闸于故障变压器时会产生误闭锁，导致保护拒动。

而按照RCS978的“角转星”方式，星形侧是不进行转换的，按照式（3）补偿后依然是

Ia≠0，

Ib=0，

Ic≠0

如（图4）的a图三相电流波形补偿后依然是a图所示。此时可以实现按相判别，由于B 相没有励磁涌流，因此B相的差动元件依然开放，当合闸于故障变压器时，B相可以正确启动保护动作以切除故障。

由以上分析可知，RCS978这种“角转星”的相位补偿方式，使得励磁涌流的分相闭锁能够得以实现，避免了合闸于故障变压器时因励磁涌流闭锁而导致保护拒动，这正是RCS978比PST1200优越的地方。

同时需要指出的是，极少数时候下会出现明明励磁涌流很大，但二次谐波含量却极少的情况，这使得RCS978的分相闭锁方式会产生保护误动的可能性，因此RCS978同时引入了三次谐波制动。并且按照主变保护双重化的规定，一台主变压器采用两套RCS978保护，通过控制字分别选择谐波制动和波形对称制动，这样最大限度上避免了这种误动情况的发生。

参考文献

[1] 高永昌.电力系统继电保护[M].水利电力出版社.

[2] 张全元.变电运行现场技术问答[M].中国电力出版社.

[3] 李发海,等.电机学[M].科学出版社.

[4] RCS-978型变压器成套保护装置技术说明书(220kV版).

[5] PST1200系列数字式变压器保护说明书.