基于电流变化量的比率制动系数计算软件的开发

杨龙

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

引言

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Microsoft Visual Studio 2010^【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 比率制动系数的常规求解方法

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。

2 基于电流变化量的比率制动系数计算方法

已知第二段折线上的两点( , )、( , ),则根据直线斜率的求解公式^【5】可以得出每一段斜线的斜率K为:

公式( 4 )

从式（6）中可以看出，分子分母都是同一个变量，它们的差值即是它们之间的变化量，所以我们就可以将公式（6）简化得到相应的电流变化量公式为：

公式( 5 )

式中： —制动电流的突变量；

—差动电流的突变量。

在式（6）令 ， 后可得出：

化简后：

公式（ 6 ）

取 ,代入（8）式得：

公式（ 7 ）

式中： —为高压侧电流的变化量；

—为低压侧电流的变化量。

3 变化量法求比率制动系数软件的开发

3.1 变化量法求比率制动系数软件的特点

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 变化量法求比率制动系数软件的开发

本软件基于Microsoft Visual Studio 2010可视化开发平台，编辑语言采用C#，数据库采用Microsoft SQL Server。Visual Studio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。从图1中可以看出，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。

图2：变化量法求平衡系数软件主界面

3.2.2 变化量法求比率制动系数模块

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。具体内容参考图3：

图3：变化量法求平衡系数软件子界面

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。

图4：参数设置以及结果显示模块

4变化量法求平衡系数软件的使用步骤

在使用时首先运行程序，程序运行后进入软件主界面，在主界面上选择需要进行的实验项目，再根据实验项目需要的设置不同的参数，相关参数设置完成后进入实验，实验步骤按以下步骤执行：

（1）通过试验采样的方法来得到平衡系数的试验值。

给高压侧的A相通入1A的电流，此时的采样值就是高压侧平衡系数的实验值，中、低压侧的值也可以通过同样的方法得到。

（2）给装置高压侧A相加电流 ，中（低）压侧A相加电流 。

（对 值的要求：

K=0时 R₁> >0

K=0.5时 R₂> > R₁

K=0.7时 > R₂

R₁、R₂拐点电流的横坐标

对 I_b值的要求：

或者 ）

（3）慢慢降低中（低）压侧电流 ，设置变化量 ，直到保护动作，记录此时的实际动作点为（ ， ）。

（4）将高压侧A相电流值改为 ， ，然后接着继续降低中（低）压侧的电流，直到第二次保护动作，记录此时的动作点（ ， ）。

（5）求得中（低）压侧电流变化量 ，代入（9）式求得相应的比率制动系数。

5 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

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。

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。

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］方刚，郭锐.微机变压器差动保护制动特性校验[J].电力自动化产品信息，2005（6）：25-28.