基于电流变化量的比率制动系数计算软件的开发与应用

基于电流变化量的比率制动系数计算软件的开发与应用

黄富才1蒙飞2

（1.国网宁夏电力有限公司安全监察部宁夏银川750001；2.国网宁夏电力有限公司调度控制中心宁夏银川750001）

摘要：为了解决验证变压器差动比率系数的复杂性，本论文根据线性斜率公式推导出一种基于电流变化量的特定算法，并根据该算法开发出一款可视化计算软件。从而解决了常规算法中大量的电流折算过程以及计算方法。通过现场验证结果表明，该软件算法能够快速的计算出各种型号以及各种原理差动保护的比率制动系数，并且，其计算结果非常准确，误差仅为0.01。

关键词：差动保护；变化率系数；比率制动系数

变压器主保护多采用比率制定特性【1】的差动保护，其主要特点是制动特性随着穿越性的故障电流增加而增加，在特性上展示出来的是几段不同斜率的折线。因此，在验证比率制动系数时，试验方法要求比较复杂，计算结果往往会出现错误。为了使计算结果更加准确同时简化计算过程，本论文推导出一个具有自主产权的计算公式，并将该公式编程为计算机算法，该算法建立在各侧电流变化量的基础上，通过电流变化的量来代替和替换大量是数据应用，并根据该公式和算法开发出一款基于MicrosoftVisualStudio2010【2】的计算软件。该软件相比其他差动比率系数计算软件而言，忽略了大量的计算过程，不需要大量的计算数据，也不需要进行相应的折算过程。通过现场使用结果表明，该算法以及软件计算结果准确，完全满足现场需要，同时大大提高了差动保护的调试效率。

1比率制动系数的求解方法

1.1比率差动保护的基本原理

图1：比率差动保护原理图

图中：—为差动电流；

—为制动电流；

—为差动动作电流；

,—为拐点电流。

比率制动差动保护能反映当外部故障时穿越电流增大时产生的制动电流越大，利用制动电流抬高差动动作门槛，它既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况【3】，同时也要考虑CT异常、CT饱和、CT暂态特性不一致的情况。其动作方程为(以PST-1200保护为例)：

;公式（1）

公式（2）

公式（3）

式中：—高压侧电流；

—中压侧电流。

1.2一点法求比率制动系数

在图1中选取一点(,)，利用式（1）、（2）将理论点折算到高、中压侧施加电流为（，）,试验时高压侧直接加为，中压侧设置为变量，慢慢降低直到保护动作。记录此时的试验数值（，），测得试验数据后再折算到保护装置中，则装置的实际动作点为：

（，）

根据（1）式求得他们的斜率：

公式（4）

式中：—选取点的横坐标；

—实验仪器实加电流值；

—拐点电流值。

1.3两点法求比率制动系数

由于变压器的比率差动一般采用三折线差动保护，为了使求得的斜率较为准确，在试验时我们在每条折线上选取两个点。如在图1中选取一点(,)、(,)，利用式（1）、（2）折算到高、中压侧施加电流后为（，）,（，）,这两点主要用于参考，与实际计算制动系数无关。将试验仪Ib设置为变量，然后慢慢降低直到保护动作。记录此时的试验数值为:

（，）,（，）

测得试验数据后在折算到保护装置中，则装置的实际动作点为：

（，），（，））

根据（1）式求得他们的斜率

公式（5）

式中：、—为高压侧动作电流；

、—为中压侧动作电流。

2基于电流变化量的比率制动系数计算方法

从（4）式求解斜率中可以看出它是建立在拐点电流的基础上进行计算的，因此不能躲过拐点电流处折线斜率变化带来的误差，采用一点法进行计算比率制动曲线在拐点处往往是不准确的，不能严格按照直线求解，得到的值虽然接近装置给定的斜率，（5）式是最常见的求解方法，但是这种做法需要大量的这算，无疑增加量计算的复杂性，在计算上会浪费大量的时间。通常情况下，为了试验的方便我们采用一点法直接代入公式或两点法求斜率，理论上这种方法是完全可以的，但是实际试验时，理论拐点和实际的拐点并非同一个点，所以用这种方法给试验带来了很大的误差，采用两点法求斜率虽然避开了拐点电流，直接采用实际的两点来求得比率制动系数，但是需要大量的计算。为了解决这些问题，本论文引出了基于变化量法的比率制动系数。

式中：—为高压侧电流的变化量；

—为低压侧电流的变化量。

3变化量法求平衡系数软件的开发

3.1变化量法求平衡系数软件的特点

利用变化量法求平衡系数不用考虑变压器的容量等本身与比率制动系数有关的参数，不必考虑变压器两侧的电压等级，不用考虑变压器两侧电流互感器变比的影响，不用手动计算变压器各测的额定电流，不用考虑变压器的各侧电流的相位、幅值补偿关系，不用手动计算变压器各侧的平衡系数，不用考虑保护装置的型号等各种情况，在任何变压器、任何装置中都可以通用，变化量法用纯粹的试验方法代替了理论计算，不用考虑手动计算造成的误差，在求解过程提出了调整系数的概念，即不用看装置的任何参数，只需要各侧电流的采样值即可得到调整系数，不用去手动计算、折算，只通过定值的验证即可，以制动类型来分类，不受装置型号的不同而限制。

3.2变化量法求平衡系数软件的开发

本软件基于MicrosoftVisualStudio2010可视化开发平台，编辑语言采用C#，数据库采用MicrosoftSQLServer。VisualStudio是微软公司推出的面向windows平台的开发环境，是一种高度集成的可视化开发平台，基于多模块的重新设计和组织。支持所有windows7的窗口应用程序，同时也支持多种的数据库的开发应用。本论文中我们正是建立在该平台上的软件开发，我们通过建立模型、建立平台、建立工程、构架平台、程序编写几个方面展开该软件的开发。下面我们主要对变化量法求平衡系数软件进行详细的介绍

3.2.1主界面

该软件主界面的开发，我们采用模块化设计，将我们需要的功能以模块的形式设计出来，通过模块组件将相应的操作子界面调用出来。该软件有生成保护试验报告、主变差动计算、继电保护实验题库、模拟保护试验、厂家说明书、数字化保护装置对调、手动试验参数计算等几个模块，各个模块均能实现自己的功能，为继电保护的调试工作带来了很大的帮助。

3.2.2变化量法求平衡系数模块

进入主界面后，点击主变差动计算按钮，便可进入平衡系数的菜单，根据差动保护的原理，我们选择不同的类型。为了方便学习以及尽快了解该软件的使用方法，我们在软件设计时对试验方法进行说明，点击左上角的试验方法说明即可看到该软件的使用方法。

3.2.3参数设置以及结算结果

在选择试验类型后进入相应的计算模块，如图4所示，该模块包含四个参数和一个计算结果。通过改图可以看出，本软件不需要提供大量的计算数据，只需要填写各侧在外部电流值为1A情况下的采样值以及保护动作时不通电流的变化量即可，确定这四个数字以后便可以快速的计算出差动保护的值。

4结论

本论文首先从变压器比率制动系数的原理出发，分别讲述了几种不同的计算方法并详细说明几种方法的优劣，最后详细阐述变化量法的推导过程以及使用方法，并根据该算法研制出一款通用的差动计算软件。通过实际应用发现，变化量法求平衡系数软件完全满足比率制动系数校验的需求，同时简化了校验过程。具体特点总结为以下几点：zu

（1）减少调试时间，提高工作效率。电流变化量求平衡系数计算软件试验方法简单，结果准确，误差范围在0.01以内。因此，该软件大大的节约差动保护调试时间，同时提高了工作效率。

（2）该软件计算平衡系数时不需要考虑电压等级、电流变比、额定容量、装置参数等一系列试验参数，所以试验步骤相当简单，操作过程灵活性强。

（3）为了提高工作效率，我们在软件设计中增加了一些辅助功能，这些功能的使用，使得继电保护工作更加简单，效率更加高效。

参考文献

［1］张保会.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2009.

［2］国家电网公司.继电保护培训教材下[M].北京：中国电力出版社，2009.

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