保护主要原理 - APCI控机的变压器保护装置

　　a.相量差流速断保护动作判据

用相量构成差动保护的差动量和制动量，在消除非周期分量和谐波的影响后，相量的幅值或有效值基本是恒定的，一个周期内的每一点，其制动特性都相同，而采样值随时间周期性变化，对每一个采样值而言，其制动关系都不同，因此为保证动作判据的正确性，采用重复多次的判别方法，即连续R次采样中有S次以上符合动作判据，则输出动作信号。在本保护中，每周期采样20点，只取为16，S取为13。

　　励磁涌流波形在一个甩期内由于间断角的存在，会有几点不满足采样值动作条件，此时如取一合适的数据窗只进行判断，涌流波形不会出口，而内部故障时仅在过零点附近使采样值差动条件不满足，故能够出口。因此，采样值差动不需加2次谐波闭锁励磁涌流。采样值差动保护由于其所用数据窗比全周期相量差动短，又具有自动识别励磁涌流的能力，因此保护出口速度快。

　　d.2次谐波闭锁

　　计算差流中的2次谐波与谐波幅值比K21=I2/I1 是否大于整定值，若大于或等于整定值，则制动差动。K21一般不大于20%，通常取15%。

　　e.虚拟3次谐波闭锁

　　由于变压器的磁饱和特性，励磁涌流波形在前半周期内呈现尖顶波的特性，依据这一特征，以此半周期采样数据为基础将波形平移半周期后翻转，则波形为奇对称波形，波形中3次谐波含量较大，而变压器发生内部故障时，基本为正弦波，无论以半周期还是全周期数据窗进行分析，3次谐波含量均较小，由此可区分出变压器内部故障和励磁涌流。

　　3次谐波制动数据窗短于2次谐波制动，因此其速动性强于2次谐波，但虚拟3次谐波只能利用涌流的前半周期信息，超过这个数据窗后，虚拟出来的波形中3次谐波含量迅速减少，为防止系统谐波的影响造成保护拒动，需要有另一原理的保护作为补充。在本装置中，虚拟3次谐波可以与采样值差动保护或与相量差动+2次谐波配合一起使用。

　　f.5次谐波闭锁

　　大型变压器工作磁密接近饱和，在电压升高或频率降低时会出现过激磁，可能引起差动保护的误出口。计算差流中5次谐波与基波的幅值之比K51=I5/I1 是否大于整定值，若是，则闭锁差动保护。

　　2.4 保护主要算法

　　根据数据窗的情况，采用半周期或全周期傅氏算法。用虚拟3次谐波制动时，其数据窗为半个周期，因此需采用半周期傅氏算法。采样值差动保护，不需要计算相量，只计算满足条件的点数即可，故其计算量最小。

　　3 装置的其他功能

　　3.1 频率跟踪

　　本装置的采样频率为1 kHz，但当系统频率发生变化时，如仍用固定的采样频率进行采样将产生采样误差，降低保护的灵敏度，因此本装置跟踪比较稳定的电压量Uab，利用其前后2个周期过零时值的变化，来对频率进行补偿，从而保证一个周期内采样规定的点数。

　3.2 启动报告、(故障)保护动作报告记录

　　保护动作时记录2份报告：启动报告和(故障)保护动作报告。启动报告记录保护启动时刻前3个周期和后5个周期的采样数据，与保护是否跳闸无关，(故障)保护动作报告记录保护发跳闸令前3个周期和后5个周期的采样数据。现场经验表明，曾出现过扰动初期(保护已启动)保护未误动，但延迟一定时间后误跳闸的情况，如仅记录保护启动前后8个周期的数据，保护发跳闸令前后的数据记录不下来，因此本装置记录2份报告。

　　3.3 故障流程再现

　　基于DSP丰富的硬件资源和强大的数据处理能力，保护启动后装置在程序经过的流程一定位置处打上时标，这些时标作为故障报告的一部分上传到上层管理机，在上层机可形成一份故障时程序流程图，以利于对保护动作行为进行分析。

　　3.4 故障数据回放

　　在调试状态下，上层机将故障时记录下来的故障数据下传给DSP，让DSP重新运行，从而再现故障时保护动作过程。

　　4 结语

　　该装置以APCI5000工控机和TMS320C32-40作为硬件平台，软、硬件资源丰富，保护功能强大，传统原理保护和新原理保护可以组合，整套装置结构紧凑，可靠性高，适合于500kV的变压器保护。