主变差动保护分析系统及分析方法与流程

本发明涉及差动保护理论值分析方法。

背景技术：

变压器是变电站的核心部分，主变保护的调试在变电站的调试过程中有十分重要的意义。主变保护中的主保护是差动保护和非电量保护，在智能变电站中，非电量保护就地配置，差动保护则配置于继保室内的智能主变保护装置。差动保护作为瞬时性的主保护，对于保护主变的区内故障有十分重要的意义。现在的主变保护差动保护原理，主流厂家都是做成图1所示的分段折线形式。图1所示的曲线横、纵坐标分别为差动保护计算中的制动电流和差动电流，而实际进行功能校验时使用的方法一般是在主变的不同侧分别加入不同的电流进行校验，而无法直接加入差动电流和制动电流，因此就会导致在实际校验过程中无法直接从曲线中找到需要校验的点所对应的电流量，同时校验得到的数据如果不通过计算也无法立即判断主变保护的比率制动曲线特性是否正确，这样就会降低差动保护的调试工作的效率，而且也增大了数据校验出错的可能性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供主变差动保护分析系统，以降低数据校验出错的可能性的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

主变差动保护分析系统主变差动保护分析系统，其特征在于：包括基本信息输入模块、比率制动差动动作特性曲线参数处理模块、比率差动特性测试点理论计算模块、测试结果的输入和处理模块、测试结果的保存和导出模块以及存储模块；

基本信息输入模块：用于输入主变保护装置的参数信息，并将参数信息存储于相应的存储模块中；参数信息包括比率制动差动特性曲线的特性参数、整定的主变容量、各侧PT电压等级、各侧CT变比和/或转角方式；

比率制动差动特性曲线参数处理模块：用于对基本信息输入模块存储的参数信息进行换算，将以差动电流、制动电流为变量的特性方程转换成以第一通道电流、第二通道电流为变量的特性方程；

比率差动特性测试点理论计算模块：用于根据比率制动差动特性曲线参数处理模块的计算结果，选择相应的参数，进而选出所需的测试点并计算出相应的理论测试参数；参数包括以第一通道电流、第二通道电流为变量的特性方程的各段参数取值范围、主变各侧二次额定电流以及主变的转角方式，调取特性方程各段参数取值范围后，在每段范围内各取2个或2个以上的点，根据选点结果乘对应的二次额定电流和设定的系数，计算出需要测试量的理论值；

测试结果的输入和处理模块：用于校验结果的录入功能，并将录入的校验结果，除以理论计算模块中所乘的二次额定电流及设定系数，并将处理过的校验参数与所选取的参数进行计算得出实测的差动电流、制动电流；根据两个点的实测差动电流和制动电流计算该段的实测折线斜率，并将相应的计算结果显示在界面中，以便调试人员及时判断测试结果是否正确；

测试结果的保存和导出模块：用于将测试结果处理模块的处理显示结果保存，以方便以后查看本次的测试结果。

本技术方案在工作时，先从差动特性曲线中任取符合要求的点，根据所取的点反推出保护动作的临界理论值，然后根据所计算出的理论值设置测试仪所加的模拟量并将实际测得值反馈回计算系统中，最后处理计算结果。将理论动作值“编码”成可以方便用校验仪输出的模拟量。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

比率制动差动特性曲线的特性参数包括一个或多个比率制动差动特性曲线方程，比率制动差动特性曲线方程为：

式中：I_d为变压器的差动电流，I_r为变压器的制动电流，I_cdqd为差动启动值，K₁为比率制动差动曲线第一段线段的斜率，I_r1为比率制动差动曲线第一个拐点的横坐标，K₂为曲线第二段线段的斜率，I_r2为曲线第二个拐点的横坐标，K₃为曲线第三段射线的斜率，I_i为变压器各侧电流。

比率制动差动特性曲线参数处理模块通过换算关系：

k₁＝(1+K₁/2)/(1-K₁/2)，b₁=I_cdqd/(1-K₁/2)，

I₁₁＝0，I₁₂＝(1-K₁/2)*I_r1-I_cdqd/2，

k₂＝(1+K₂/2)/(1-K₂/2)，

b₂＝(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/(1-K₂/2)，I₂₁＝I₁₂，

I₂₂＝I_r2*(1-K₂/2)-(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/2，

k₃＝(1+K₃/2)/(1-K₃/2)，

b₃＝(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1+(K₂-K₃)*I_r2)/(1-K₃/2)，

I₃₁＝I₂₂。

将以差动电流I_r、制动电流I_d为变量的特性方程转换成以第一通道电流I₁、第二通道电流I₂为变量的特性方程，如下式所示，并以第一通道电流I₁、第二通道电流I₂为变量的特性方程应用于调试计算之中。

本发明的另一目的为提出主变差动保护分析方法，其包括以下步骤：

1)新建变压器保护装置信息；

2)设定基本参数定值，计算相关计算参数；

3)设定比率制动差动折线原始参数，计算所需的折线计算参数；

4)根据计算的选点区间选择校验点，计算所选校验点的理论参数；

5)输入实际校验所得的点的参数；

6)对校验结果进行分析、计算和图形显示。

有益效果：

在使用计算机进行主变保护校验时，该系统在输入设定参数后，即可快速计算出曲线上需要校验的点的参数范围，然后根据参数范围进行合理选点进行试验，这样不仅能够加快前期计算过程，还能防止因为计算出错而导致校验数据错误或无效，提高效率；

在校验曲线的过程中，校验得出的实际参数可以通过直接输入系统的相应区域中，并可立即计算出校验线段的斜率来进行实时判断，这样可以在校验过程中及时发现数据错误，调试人员可以通过数据情况酌情进行数据的重新验证或者修改，提高校验数据合格率；

校验结束后，输入的系统相应表格中的数据可以进行保存并生成报告格式的表格，这样可以为差动保护校验结束后的数据处理以及报告的填写带来极大的便利，缩短后期处理过程的时间。

附图说明

图1是主变保护差动保护原理的分段折线图。

图2是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明利用模块化思想进行组合，将一个复杂的功能分解成多个简单模块，在运算中只需调用需要使用的各模块即可方便的完成功能。本系统涉及到的模块包括：装置基本信息的输入和简单处理模块、比率制动差动动作特性曲线参数的处理和理论计算模块、测试结果的输入和处理模块、测试结果的保存和导出模块以及存储模块等。接下来是各模块涉及功能的详述。

(1)装置基本信息的输入模块通过一定的输入界面得到装置的各种参数信息，如比率制动差动特性曲线的各特性参数、装置中整定的主变容量、各侧PT电压等级、各侧CT变比、装置的转角方式等。程序通过调用这个模块得到相应信息后，首先经过初步运算得出后续计算需要的中间计算结果，并存储于相应的存储模块中。

(2)比率制动差动特性曲线参数处理模块的基本功能为根据输入模块输入的参数信息，将输入的参数通过公式计算转换成后续功能需要使用到的参数。举例如下：

长园深瑞装置比率制动差动特性曲线方程为：

即K₁＝0.1，I_r1＝I_e，K₂＝0.5，I_r2＝6I_e，K₃＝0.75。

从公式1可知，比率制动差动特性曲线的特性方程的变量，或者说比率差动动作特性曲线的横纵坐标分别为制动电流和差动电流，而在校验时这两个参数是装置的中间计算变量，而校验仪器无法直接模拟这两个变量，需要通过转换公式反解出仪器可以输出的模拟量，再进行实际测试。一般差动功能校验在主变两侧之间进行，即通过解方程运算，若测试时固定相位相反并使I₁＞I₂，则可以用相量模值的形式写出差动电流和制动电流的计算式为I_d＝I₁-I₂。将该式带入深瑞差动特性曲线方程，可以解出如下关于I₁、I₂的经过处理后的差动特性方程如公式2所示：

其中，各参数与未处理的差动特性方程各参数的换算关系为：

k₁＝(1+K₁/2)/(1-K₁/2)，b₁＝I_cdqd/(1-K₁/2)，

I₁₁=0，I₁₂＝(1-K₁/2)*I_r1-I_cdqd/2，

k₂＝(1+K₂/2)/(1-K₂/2)，

b₂＝(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/(1-K₂/2)，I₂₁＝I₁₂，

I₂₂＝I_r2*(1-K₂/2)-(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/2，

k₃＝(1+K₃/2)/(1-K₃/2)，

b₃＝(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1+(K₂-K₃)*I_r2)/(1-K₃/2)，

I₃₁＝I₂₂。

通过公式2的换算，以I_r、I_d为变量的特性方程转换成以I₁、I₂为变量的特性方程，该方程可以直接应用于调试计算之中，比原方程方便许多。本发明的比率制动差动特性曲线参数处理模块的基本原理即基于公式2。

(3)比率差动特性测试点理论计算模块的基本功能是在差动参数处理模块计算出一定的结果后，通过调取需要的计算结果选择一定的参数，进而选出所需的测试点并计算出相应的理论测试参数。

本模块需要的参数主要是以I₁、I₂为变量的特性方程的各段参数取值范围、主变各侧二次额定电流以及主变的转角方式等。调取特性方程各段参数取值范围后，可以在每段范围内各取2个点(可以取更多点，但是至少需要取2个，因为有2个点才可以计算该段的斜率)。

调取主变各侧二次额定电流和主变转角方式等信息后，本模块就可以根据选点结果乘对应的二次额定电流和适当的系数，计算出需要测试量的理论值。同时，通过主变的转角方式还可确定测试的方式，这虽与系统本身参数计算无关，但是合理的显示可以让校验人员更为清晰的知晓测试方式。

(4)测试结果的输入和处理模块，顾名思义，其基本功能是提供校验结果的录入功能，并通过相应的处理计算出所需的结果。校验结果的录入功能需要有明确的输入端口，各输入口之间不至于混淆和错乱。

校验结果的处理则是将录入的校验结果，除以理论计算模块中所乘的二次额定电流及相应系数，并将处理过的校验参数与所选取的参数进行计算得出实测的I_r、I_d，然后两个点的实测差动电流和制动电流I_r1、I_d1和I_r2、I_d2，通过公式计算该段的实测折线斜率，并将相应的I_r、I_d、K的计算结果显示在界面中，以便调试人员及时判断测试结果的正确与否。

(5)测试结果的保存和导出模块的基本功能是将测试结果处理模块的处理显示结果以合适的形式保存下来，以方便以后查看本次的测试结果。测试结果以excel表格的形式导出，可以更清晰的将测试结果反应到标准报告模板中，同时还可以导出测试结果的图片，更直观的表现测试结果的正确性与可靠性。

通过以上几大模块的调用和整合，即完成了系统的大体框架搭建和基本功能实现。经过实践检验，这种模块化的编程思想给系统的实现带来了较大的便利和较好的效果。

如图2所示，主变差动保护分析方法包括以下步骤：

1)新建变压器保护装置信息；

2)设定基本参数定值，计算相关计算参数；

3)设定比率制动差动折线原始参数，计算所需的折线计算参数；

4)根据计算的选点区间选择校验点，计算所选校验点的理论参数；

5)输入实际校验所得的点的参数；

6)对校验结果进行分析、计算和图形显示。

以下通过具体实施例演示对主变差动保护分析方法作进一步的解释说明。

(1)新建保护装置信息，取名如长园深瑞PRS-778S；

(2)设定基本参数定值：如变压器额定容量S_N＝240MVA，高压侧额定电压U_HN＝230kV，中压侧额定电压U_MN＝115kV，低压侧额定电压U_LN＝21kV，高压侧CT变比N_H＝1600/5，中压侧CT变比N_M＝2000/5，低压侧CT变比N_L＝3200/5；然后计算相关计算参数，如高压侧二次额定电流中压侧二次额定电流低压侧二次额定电流高压侧平衡系数K_H＝I_He/I_He＝1，中压侧平衡系数K_M＝I_He/I_Me＝0.625，低压侧平衡系数K_L＝I_He/I_Le＝0.181；

(3)设定比率制动差动折线原始参数，如按下列比率制动差动折线方程设定参数：

其中，即K₁＝0.1，I_r1＝I_e，K₂＝0.5，I_r2＝6I_e，K₃＝0.75，I_cdqd＝0.5I_e。

将I_d＝I₁-I₂，带入折线方程，整理可得：

于是可计算出如下结果：

k₁＝(1+K₁/2)/(1-K₁/2)＝1.105，

b₁＝I_cdqd/(1-K₁/2)=0.526，

I₁₁=0，I₁₂＝(1-K₁/2)*I_r1-I_cdqd/2＝0.7I_He，

k₂＝(1+K₂/2)/(1-K₂/2)＝1.667，

b₂＝(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/(1-K₂/2)＝0.133，

I₂₁＝I₁₂＝0.7I_He，

I₂₂＝I_r2*(1-K₂/2)-(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1)/2＝4.45_He，

k₃＝(1+K₃/2)/(1-K₃/2)=1.857，

b₃=(I_cdqd+(K₁-K₂)*I_r1+(K₂-K₃)*I_r2)/(1-K₃/2)＝-0.714，

I₃₁＝I₂₂＝4.45I_He。

(4)根据计算出的选点区间选择校验点：第一段取I_c21＝0、I_c22＝0.5I_He，则可计算出I_c11＝0.526I_He、I_c12＝1.079I_He。取I₂为高压侧，I₁为中压侧，由于转角方式为Y->Δ方式，则高压侧和中压侧加单相电流时需乘则对于第一个点，高压侧实际需加电流I_sj21＝0A，中压侧实际需加电流对于第二个点，高压侧实际需加电流中压侧实际需加电流

(5)实际校验过程如下：

点1：高压侧加I_sj21，中压侧先加电流略小于I_sj11，保护不动作；缓慢增加中压侧电流，到约为I_sj11时应动作，记下动作电流I_sj11′；

点2：做法类似点1，可得动作电流I_sj12′。

(6)输入实际校验所得的点的参数，并进行分析、计算、图形显示：

利用I_sj21、I_sj11′与I_sj22、I_sj12′可分别计算出I_sjr1、I_sjd1与I_sjr2、I_sjd2，则可计算第一段的实测斜率K₁′＝(I_sjd2-I_sjd1)/(I_sjr2-I_sjr1)，计算结果与实际相比，输出表格和图形。

以上图2所示的主变差动保护分析系统及分析方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。