变压器比率差动保护的校验方法(图文)

论文导读：为了防止因变压器接线组别、TA变比不同引起的不平衡电流。比率差动保护动作特性曲线的校验接线和试验结果实际调试中由于保护装置电流A、B、C三相没有提供独立的非极性端。
关键词：变压器，比率差动保护，校验方法
 

对Y0/Y0/△-11型三绕组变压器分相差动微机保护装置，不同的厂家采取了不同的补偿方式和比率制动方法，如何正确地校验差动保护成为困扰着现场调试人员的难题之一。本文以Y0/Y0/△-11 型三绕组变压器及南瑞 DSA332X 型保护装置为例，分析了主变差动保护的校验方法。

1.主变纵联差动保护的原理差动保护是按比较主变各侧电流大小和相位而构成的一种保护[1]。虽然主变各侧电流不等，且各侧之间在电路上互不相通，但可以根据主变正常工作及发生主变外部短路时流入和流出变压器的功率相等或者各侧电流产生的安匝之和近似为零的条件建立差动保护平衡方程。在变压器发生内部故障时，应有差动电流流过差动回路，差动继电器动作。

1.1 不平衡电流产生的原因当变压器外部发生短路时，在差动保护的差流回路中会产生很大的不平衡电流[2]。产生不平衡电流的原因是：两侧TA的二次阻抗不完全匹配、实际选择TA时标准变比无法满足、变压器各侧分接头变动而引起的不平衡电流等。一旦不平衡电流超过整定定值时，会导致差动保护误动作。

1.2 防止不平衡电流产生的措施（1）为了防止变压器励磁涌流所产生的不平衡电流引起差动保护误动作[3]，主变差动保护采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲过变压器励磁涌流的影响；

（2）为防止两侧TA 型号不同所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，则采用增大启动电流值以躲开主变保护范围外部短路时的最大不平衡电流 ；

（3）为了防止因变压器接线组别、TA 变比不同引起的不平衡电流，则采用软件进行相位补偿及电流数值补偿使其趋于平衡。

1.3 变压器各侧电流平衡的调整以南瑞DSA332X系列微机差动保护装置为例，保护装置则在软件内部以电流矢量差来消除相位角误差，主变差动用TA均以 Y 型法接入主变差动回路，简化了差动二次回路接线。保护装置制造厂家采取以变压器 Y 侧向△侧归算或△侧向 Y 型侧归算两种补偿方式。微机保护对于变压器各侧电流幅值的调整则根据主变变比及TA 变比计算主变各侧TA 二次电流平衡系数并将各侧TA 二次电流归算到同侧进行补偿。

1.3.1 Y→△补偿方式该主变差动保护装置对主变高压侧（Y 型侧）二次电流相位校准，算法如下：

Y 型侧：；；

△型侧：；；

图1 Y型侧相位补偿相量图

1.3.2 △→Y 补偿方式该主变差动保护实际对主变低压侧（△型侧）二次电流相位校准，算法如下：Y型侧；;;其中表示Y型侧去掉零序电流，以消除主变区外接地故障时流入 Y 型侧的零序电流；△型侧不能提供零序电流通路，当发生接地故障时，零序电流在差流回路会产生不平衡电流而引起差动保护误动作；△型侧；；

图2 △型侧相位补偿相量图

2. 比率制动特性曲线除去以上引起不平衡电流的因素之外，主变区外故障时短路电流的增大可能导致TA磁饱和的情况，此时 TA 已不能正确反映故障侧电流，差流已无法正确平衡，极有可能造成差动保护误动作。论文检测。故而微机保护往往采用比率制动式差动继电器，其动作特性为：动作电流随着不平衡电流的增大而按比率增大，并且增长速率快于不平衡电流的增长速率。采用二次谐波制动原理构成变压器的差动保护，利用励磁涌流中含有明显的二次谐波分量而短路电流中不含油二次谐波分量的特征，应用二次谐波制动原理，使出现励磁涌流时制动保护，出现短路电流时开放保护。采用二次谐波制动优点在于当变压器正常空投时能可靠闭锁比率差动，空投于故障时比率差动能快速可靠动作。如图3所示，基本思路为引入区外短路电流作为制动电流，以差动电流为动作电流；当区外故障电流增大时制动电流也随之增大，从而有效遏制主变区外故障时差动保护误动作的情况发生。

图3 差动保护动作曲线

其中Iset2为比率差动门槛值；Iset3为差动速断定值；Izd1为（Iset2/k+1.5）A,其中k恒定为0.5；

Izd2恒定为15A；Id为差动电流；Imax为二次最大相电流；

3. 比率制动特性曲线的验证在理解原理的基础上，以南瑞 DSA332X型变压器差动保护装置为例详细说明 Y0/Y0/△-11型三绕组变压器比率制动特性曲线的校验方法和过程。

3.1比率差动保护动作特性曲线的验证方法变压器的型号为SFZ10-40000/110,其稳态比率差动特性曲线如图4所示。

图4DSA332X稳态比率差动保护动作特性

图4中；（可整定）；；其特性方程为:

其中：Ie为变压器额定电流；I1,2,…,m为变压器各侧电流；Icdqd为稳态差动比率启动定值；Id为差动电流即动作电流；Ir为制动电流；Kb1为比率制动系数整定值。

注：以上曲线及动作特性方程的前提为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。

选择高压侧（以下 I 侧）和低压侧（以下Ⅲ侧）进行比率差动试验，验证斜率为 K2的斜线。论文检测。根据图2△型侧相位补偿原理在高压侧进行相位补偿，DSA332X 技术说明书建议采用接线方式为：I 侧电流从 A 相极性端流入，流出后进入 B 相非极性端，由B 相极性端流入试验仪；Ⅲ侧电流由 A 相极性端流入 A 相非极性端流出（若取高中两侧，均为 Y 型接法，则不必进行相位补偿）。

I 侧：

Ⅲ侧: ；

；

如果 I、Ⅲ侧加入的电流反相，I 侧大小为 I*，Ⅲ 侧为I*，那么装置应无差流，保护不动作。其中 I*为标么值，IA′、IB′、IC′、Ia′、Ib′、Ic′为经保护装置自动补偿后的电流值， IA、IB、IC、Ia、Ib、Ic为加入保护装置的电流值。

假设差动电流起动定值为 Icdqd0.3（标么值），比率制动系数整定值 k2 取0.5，加入高压侧的电流为 I1, 加入低压侧的电流为 I3, 代入方程组，任取图四折线K2上C（3，yC）、D（1，Yd）、E(5,yE)上三点进行验证，将XC=Ir=3代入可得：

;

同理可求出D、E两点对应电流值如下：

表2 C、D、E三点对应电流

	C（3，1.65）	D（1，0.65）	E(5,2.75)
I1 (标么值)	3.825	1	6.375
I3 (标么值)	2.175	0.625	3.625
I1 (有名值)/A	6.694	1.75	11.156
I3 (有名值)/A	9.57	2.75	15.95
×I3 (有名值)/A	16.575	4.763	27.625

以上验证的曲线上的点实际为动作区和制动区边界线上的点，即制动与动作的临界点，这些点满足差流为 0，理论上差动保护不应该动作；可以对C（D、E）点通入的低压侧电流 I3进行微调，则可以在该点上方附近找到一个动作点 C′（D′、E′）进入动作区，当此三点附近的动作点确定以后即可验证折线 K2，同理可验证折线 K1，K3，而这三条折线彼此的交点即为拐点 A、B。

3.2 比率差动保护动作特性曲线的校验接线和试验结果实际调试中由于保护装置电流 A、B、C 三相没有提供独立的非极性端，所以可按图 5 所示将测试仪器（如许继IRT-3C）的 A、B 两相电流分别通入保护装置差动回路高压侧 A、B 两相极性端，幅值相等取表 2 中有名值，方向反相；C 相电流通入保护装置差动回路低压侧 A 相极性端；并将高低压侧 N 端子并联接回仪器电流 N 端；具体数值如表3。论文检测。

图5 试验接线示意图

表3 试验结果数据表

做为变电站主变压器最重要的保护，差动保护有着不可替代的作用。微机保护厂家繁多，只要正确理解差动保护的原理，结合差动保护装置自身的特性，按照本文所示的校验方法，就能正确校验变压器的比率差动保护。

参考文献：
[1] 王维俭.电力主设备继电保护原理及应用[M]. 北京：中国电力出版社, 1996.
[2] 沙振舜.电气实用技术手册[K].南京:江苏科学出版社,2002.
[3] DS332X 型变压器成套保护装置技术和使用说明书[Z].南京：南瑞继保公司，2006.