王奕 王卫宏 丁浩杰
广东省电力试验研究所，广东 广州 510600
近年来，随着计算机技术的高速发展，微机差动保护装置在电力系统中得到了广泛的应用。微机差动保护装置与传统的差动继电器相比，具有功能完善、使用灵活、便于安装与维护的特点，并具有传统的差动继电器所无法实现的通信功能，可将采样数据、保护装置的动作情况及故障录波数据送至上层监控系统，以实现变电站综合自动化的要求。
本文结合在梅州扶大变电站投运的SEL-387型主变压器差动保护装置的主要特点，对微机变压器差动保护的应用作一个简单的分析。
1 SEL-387型保护装置简介
SEL-387型保护装置集差动保护、过流保护及故障录波功能于一身，可输入四组三相电流，适用于变压器差动、发电机差动、发电机-变压器组差动及母线差动保护。其保护功能模块包括双折线比例制动差动保护(含二次谐波制动及五次谐波制动)、差动速断保护、零序差动保护以及作为后备保护的定时限、反时限过流保护。此外，装置还提供3个RS-232及1个RS-485通信接口，可与通信管理机或上层监控系统进行信息和数据的交换。
鉴于篇幅所限，本文不能逐一讨论其各个功能模块，只对几个主要特点进行分析。
2 主要特点
2.1 相位补偿
由于变压器通常采用Y/△的接线方式，因此原方和副方的电流存在着1个30°的整数倍的角度差。过去采用的办法都是将变压器Y形侧的三相电流互感器(下称TA)接成三角形，而将变压器三角形侧的三相TA接成Y形，并以适当的接线方式将原、副方的二次电流相位校正成一致。这种方法给TA的选型、保护的设计和安装都带来不便。同时，这种接线方式也存在着无法解决的缺陷：三角形接法的TA二次电流与一次电流相位不一致，这样的二次电流不能直接用于负荷计算，也给故障分析带来不便。
SEL-387采用软件补偿相位差的方法，在计算中可将某一侧的三相电流按反时针方向任意旋转n×30°(n为0～12的整数)。因此，在设计、安装中可不考虑变压器的接线方式而将各侧TA都接成Y型，由软件进行相位补偿。相位补偿的计算方法实际是引入从0点到12点旋转的计算矩阵。例如，要将某侧电流向反时针旋转30°时，用(1)式进行计算：
式中 IL1，IL2，IL3——TA二次侧实测电流；
I′L1，I′L2，I′L3——经相位补偿后的电流。
该算式与将TA按超前30°的三角形接法类似。若将电流旋转360°，可用(2)式计算：
计算结果虽然没有角度变换，但电流中的零序分量已被消除。
这种软件补偿相角的功能除了可以简化设计与安装之外，也可使测量到的变压器各侧TA电流反映实际的一次电流的幅值和相位，这样的电流可直接用作负荷计算和故障录波。
2.2 差动计算
在传统的差动保护中，都存在TA的计算变比与实际变比不同而产生不平衡电流的问题。过去通常采用差动继电器的平衡线圈或在电流回路加装中间变流器的方法进行解决，然而这些方法都不能彻底消除这种不平衡电流，并且也给设计和调试带来一定的不便。
使用微机保护则可方便地消除这种不平衡电流。SEL-387可在整定值中输入各侧的TA变比、额定电压及变压器的额定容量，并由此计算出各侧的额定电流。差动计算时采用以各侧额定二次电流为基准的电流标幺值：各侧电流标幺值向量相加(以电流流进变压器为正方向)作为动作电流IOP，标量相加除以2作为制动电流IRS。用这种计算方法，当额定负荷流过变压器时，理论上必有IOP=0，IRS=1，保护能可靠制动；当内部发生故障时，由于各侧的电流同为流进变压器，IOP为一较大的数值，选取恰当的制动曲线，保护能可靠动作。这样便可完全消除由TA计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流，省却了调平衡的回路，在差动保护的整定计算中亦可完全不考虑这种不平衡电流。
2.3 谐波计算
SEL-387具有二次、五次谐波制动的功能，可以防止变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流和发电机出口变压器过激磁引进差动保护误动作。谐波的计算方法是将每周期的64个采样点，运用快速傅立叶变换而得，最高可计算到15次谐波，方法如(3)式：
式中 N——每周期采样点数，64；
n ——谐波次数，1～15；
hk——采样数据：
Hn——n次谐波值。
二次谐波制动和五次谐波制动可单独设置投退，也可选择某相谐波制动元件是否将三相差动保护全部闭锁，方便在多种不同的系统中使用。
2.4 零序差动保护
引入变压器中性点TA二次电流IR作为极化电流IPOL，变压器各侧自产零序电流IH0、IM0、IL0相量相加(以电流流进变压器为正方向)作为工作电流IOP。以Y0/Y/△自耦变压器为例，当发生内部接地故障时，零序电流如图1(因低压侧绕组为三角形接法，故没有零序电流流过)。
图1 变压器内部接地故障零序电流示意图
由图1可得：IOP=IH0+IM0，IPOL=IR。因为IOP与IPOL同为流进变压器，故有
当中压侧发生外部接地故障时，如图2所示，故障电流Id=-IM0=IH0+IR，亦即IR=-IH0-IM0，所以
图2 变压器外部接地故障零序电流示意图
因此，通过工作电流与极化电流的相位比较，可以准确地判断接地故障是否发生在变压器内部，该方法安全可靠、灵敏度高。
2.5 灵活的内部逻辑
装置提供灵活的、可编写的逻辑方程供用户使用，其内部固有45个字节的变量可参与编程。同时，各路开入量及开出接点完全由用户自己定义。通过编写逻辑方程，用户可根据不同的被保护元件及系统要求自行制定保护的配置方案。
3 结论
微机变压器差动保护因其先进的技术使其在精度、灵敏性、可靠性等方面都比传统保护有了很大的提高，并解决了许多传统保护所无法解决或难以解决的问题，极大地方便了设计、安装、调试、运行等工作，尤其是给设计工作带来了很大的灵活性，能切实地改善电网的供电可靠性。因此，微机变压器差动保护在电力系统中具有理想的应用价值和前景。
参考文献
［1］ 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.第2版［M］.北京：水利电力出版社，1985
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