深圳市康必達控制技術有限公司 李孝波

完整的變壓器差動保護調(diào)試和驗證方法

深圳市康必達控制技術有限公司 李孝波

現(xiàn)在很多保護調(diào)試人員調(diào)試變壓器差動保護裝置都是采用簡單調(diào)試方法，基本上都是采用單相電流做差動保護試驗，有些人還采用在兩側加電流來做拐點值和制動系數(shù)，做得較完整一點的就再做一個諧波制動試驗。但是這種試驗方法很不完整，完整的方法需要模擬各種區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，區(qū)內(nèi)不同性質(zhì)的故障的各種典型動作值，區(qū)外不同性質(zhì)的故障均能可靠閉鎖，其中包括諧波閉鎖功能。本文闡述了變壓器各種區(qū)內(nèi)區(qū)外差動的試驗方法，并介紹了一種輔助計算的軟件，以幫助調(diào)試人員如何施加電流量和做出正確判斷。

差動保護 區(qū)內(nèi)故障 區(qū)外故障 諧波閉鎖

引言

差動保護作為電氣元件的主保護，其作用非常大，一旦失效，將對電力系統(tǒng)的安全運行帶來嚴重隱患；或者拒動，造成停電范圍擴大；或者誤動，直接引起一次系統(tǒng)大面積停電。因此，差動保護的試驗一定要完整和詳細，目前主要問題是很多保護調(diào)試人員不知道完整的差動保護試驗方法以及驗證方法。

一、變壓器差動保護原理及動作特性分析

變壓器差動保護是通過采集變壓器高低壓側電流，在考慮到變壓器兩側電流大小和相位的情況下，通過比較兩側電流大小來動作的保護設備。因此在實現(xiàn)變壓器差動保護時應該要考慮對兩側的相位進行補償，同時對電流的數(shù)值進行補償，保證才能夠正確反映變壓器內(nèi)部故障，正常運行情況下和外部短路的情況下變壓器的差動電流應該為零。

三相雙繞組變壓器內(nèi)部結構圖如下示意：

圖1 雙繞組變壓器結構圖

一次為星型接線，二次可選擇各種接線方式，構成不同的接線組別，一般對于壓降變壓器二次為三角型接線，其接線組別為Y/△11型接線，二次首端與末端首尾相連，即a-y,b-z,c-x相連（圖一中二次側接線所示），然后從首端引出，其適量關系圖如下：

圖2 Y/△11雙繞組變壓器矢量圖

由于低壓冊滯后高壓側30°(即超前330°),所以定義其接線組別為Y/△11型接線。

目前絕大多數(shù)差動保護裝置差動電流是取變壓器兩側電流的矢量和，制動電流取變壓器兩側電流的最大值，這樣能夠有效防止變壓器誤動作，提高穩(wěn)定性。其具體公式如下：

Icd：變壓器差動電流

Ith：變壓器制動電流或稱穿越電流

ìAJ：經(jīng)過保護校準補償后的高壓側電流矢量值

ìaj：經(jīng)過保護校準補償后的低壓側電流矢量值

目前大多數(shù)差動保護主要由具有諧波制動（二次諧波制動和五次諧波制動）的多斜率比率差動和高閥值的差動速斷構成，保護具有CT斷線閉鎖功能，其保護裝置的動作特性曲線如圖3。

圖3 比率制動差動保護動作特征曲線

Id為差動電流，Ib為變壓器額定電流，It為外部變壓器穿越電流(正常時為負荷電流，外部故障時變壓器流過的短流電流)，Id/It為制動系數(shù),折線上部位動作區(qū)，Id/It增大，曲線斜率增大,差動動作值增大。

二、完整的差動保護試驗方法

以典型的Y/△11接線方式為例，其他的接線方式可參考。

1. 模擬區(qū)內(nèi)故障。分別模擬高、低壓側三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路故障。

高壓側短路故障相對簡單，這里不做詳細說明，本文僅介紹低壓側的各種短路故障模擬試驗。

（1）低壓側區(qū)內(nèi)三相短路故障。包含兩種情況：一是低壓側無源，二是低壓側有源，對應實驗方法如下。

1）低壓側無源：當發(fā)生區(qū)內(nèi)三相短路故障時，只有高壓側CT流過三相短路電流，低壓側CT無電流流過。差動電流Icd為短路電流，制動電流Ith也等于短路電流，根據(jù)動作特征曲線，差動電流只要大于其啟動值必動作。

2）低壓側有源：無論低壓側電源造成的短路電流多大，總是使差動電流增加，差動保護只要大于動作值，此時的制動電流對動作值影響相對較小，差動保護保證可靠動作，所以這種情況只需做一個啟動值即可，即在低壓冊三相同時加三相對稱交流量大于啟動值，保護可靠動作。

（2）低壓側區(qū)內(nèi)兩相短路故障。低壓側有源同三相短路一樣，將使差動電流更大，因此下面僅考慮低壓側無源情況。

假如低壓側AB兩相短路，根據(jù)電磁場原理由圖1可知，高壓側CT只有B相流過短路電流，根據(jù)前述得出：差動電流Icd為高壓側B相短路電流IB，制動電流Ith也等于IB。同樣根據(jù)動作特征曲線，差動電流只要大于其啟動值必動作。

低壓側AC兩相短路或BC兩相短路與AB相短路一樣，高壓側只有A相或C相有短路電流。而對于Y/△11接線的變壓器，低壓側兩相接地短路與兩相短路一樣。

（3）低壓側單相接地故障。由于低壓側為不接地系統(tǒng)，單相接地故障不會產(chǎn)生故障電流，只是接地相電壓降低，其他兩相電壓升高，但線電壓是對稱的，只要負載平衡，三相電流是相同的。此時，差動電流基本為0，制動電流為正常負荷電流。差動電流不會動作。

但如果是高壓側區(qū)內(nèi)單相接地故障，將有故障電流流經(jīng)接地相高壓側CT，低壓側對應的相電流基本為0（低壓側有源和無源系統(tǒng)一樣），所以接地相差動電流很大，差動保護可靠動作。

2. 模擬區(qū)外故障。高壓側區(qū)外故障和低壓側區(qū)外故障原理一樣，這里以典型的降壓變壓器來模擬低壓側區(qū)外故障。

（1）低壓側區(qū)外三相短路故障。低壓側區(qū)外三相短路故障時，高低壓側CT流經(jīng)的短路電流方向一致。但高低壓側CT的極性反接使流入CT二次側（即流入保護裝置）的方向相反，所以此時差動電流為0，制動電流為短路電流，差動保護可靠不動作。

（2）低壓側區(qū)外兩相短路故障。假如低壓側AB相短路，根據(jù)圖1由電磁場原理得知只有高壓側B相流過短路電流，與低壓側B相一致。但高低壓側CT的極性反接使流入CT二次側（即流入保護裝置）的方向相反，所以此時差動電流為0，制動電流為短路電流，差動保護可靠不動作。

（3）低壓側區(qū)外單相短路故障。由于電壓側為不接地系統(tǒng)，區(qū)外單相接地與區(qū)內(nèi)一樣，電流并沒有變化，變化的只是相電壓。差動電流基本為0，差動保護不會動作。

三、差動保護試驗實例

下面以一個具體的實例說明：一臺變壓器容量為75MVA的變壓器，接線方式為Y/△11，高壓側額定電壓110kV，CT額定一次電流為600A，低壓側額定電壓為10kV，CT額定一次電流為

圖4 差動試驗驗證界面

可以以此為基礎，詳細做差動保護的各種動作值，包括啟動值、拐點、比例系數(shù)、差動速斷、諧波制動。具體方法可以固定高壓側電流不變，不斷改變低壓側電流，則其差動電流和制動電流隨之改變，就可以做很多個動作值，可以繪制相應的比例差動動作曲線，并計算動作誤差。諧波制動需要根據(jù)設置是在單相加入諧波還是三相同時加入諧波，試驗其閉鎖值并計算其誤差。

四、結語

本文介紹一個比較完整的校驗差動保護的試驗方法，并利用Excel的宏功能設計一個界面來驗證其結果，使保護人員心中有數(shù)，保證差動保護正確無誤。

[1] 國家電力調(diào)度通訊中心.《電力系統(tǒng)繼電保護規(guī)定匯編》，1997.

[2] 施耐德.《sepam T87保護裝置說明書》，2008.

[3] SEL.《SEL-587保護裝置說明書》，2005.