如何校验主变比率差动保护的动作特性

贾义

【摘    要】变压器的比率差动保护是变压器的主保护。它可以防御变压器绕组的相间短路、匝间短路、引出线的相间短路等，因此继电保护工正确校验变压器的比率差动保护是非常必要的。但在现场对主变差动保护的校验调试中，因对微机保护装置的补偿原理存在偏差，而造成比率曲线成为校验调试的难点[1]。针对此问题，本文从差动保护的原理和微机保护装置通行的的两种差动电流补偿方法入手，以Y0/Y0/Δ-11变压器南瑞继保RCS-978型装置为例，详细介绍了校验步骤，提出了一套验证比率差动曲线及拐点的验证方法。

【关键词】校验  变压器  比率差动  微机保护

对Y0/Y0/Δ-11型三绕组变压器（简称主变）分相差动微机保护装置，出于对主变接线组别、各侧电压等级、电流互感器（TA）变比及励磁涌流等种种因素的考虑，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现场实验人员的难题之一[1]。本文从保护原理上以Y0/Y0/Δ-11型三绕组变压器及国电南自PST-1200、南瑞继保RCS-978型装置为例，分析了各厂家主变差动保护的校验方法。

一、主变纵联差动保护的接线及原理

对Y0/Y0/Δ-11型三绕组变压器实现纵差保护是按各侧电流大小和相位而构成的一种保护[2]。虽然变压器各侧电流大小不等，但微机保护对变压器各侧电流采样后，通过软件算法进行补偿，使得当变压器正常和外部故障时，流入差动继电器的电流为变压器各侧电流之差，其值接近为零，继电器不动作。当变压器内部故障时，流入继电器继电器的电流为变压器各侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。

1. 不平衡电流产生的原因

变压器的运行情况可分为稳态情况和暂态情况。稳态运行就是变压器带正常负荷运行，此时，由于变压器各侧电流互感器型号不同、实际的电流互感器变比和计算变比不同、带负荷调整变压器的分接头等在差动回路中不可避免存在不平衡电流。暂态情况就是变压器空载投入或外部故障切除后恢复供电等，此时，励磁涌流仅在变压器一侧存在以及短路电流的非周期分量使电流互感器铁芯饱和、误差增大从而引起不平衡电流。由于不平衡电流流经差动回路，会造成继电器误动作。

2.防止不平衡电流产生的对策

为防止变压器各侧电流互感器型号不同产生不平衡电流而引起差动保护误动作，可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;

为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，主变差动保护可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[3];

为防止因变压器接线组别、电流互感器变比不同引起的不平衡电流，可采用软件进行相位补偿及电流数值补偿使其趋于平衡。

二、变压器各侧电流相位/幅值平衡的调整

由于Y0/Y0/Δ-11型三绕组变压器高低压侧一次绕组接线方式的不同，造成此两侧同相电流相差30°，在主变差动回路中产生较大的不平衡电流，传统电磁型差动保护通过改变差动用CT二次接线方式补偿接线组别产生的相位误差。而微机差动保护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CT均以Y型法接入主变差动回路。同时，微机保护根据主变变比及CT变比计算主变各侧CT二次电流平衡系数并将各侧CT二次电流归算到同侧进行补偿，简化了差动二次回路接线。保护装置制造厂家采用以变压器Y侧向Δ侧归算或Δ侧向Y侧归算两种补偿方法。

三、南瑞RCS978主变差动保护补偿原理及其校验方法

1. RCS978电流相位补偿方式

南瑞RCS978主变差动保护电流相位以Δ侧向Y侧补偿为准，其低压侧（Δ侧）二次电流相位校准的算法如下：

Y侧：IAH=Iah-Io    Δ侧：IAL=（Ial-Icl）/

IBH=Ibh-Io            IBL=（Ibl-Ial）/

ICH=Ich-Io            ICL=（Icl-Ibl）/

其中 （Iah+Ibh+Ich）表示Y侧去掉零序电流，目地在于去除主变区外接地故障时流入Y侧的零序电流;因为Δ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。

2.RCS978比率制动特性曲线及其动作方程

南瑞RCS978比率制动特性曲线由三折线构成，如图1所示：

图1 RCS978比率制动曲线

Fig.1 RCS978 ratio braking curve

其中，Id为差动电流即动作电流，IZ为制动电流，Isd为差动速断电流定值，Icd为差动保护电流定值及门槛值，K1，K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.2，K2=0.75，Kbl为比率制动系数（0.2≤Kbl≤0.75），Ie为变压器各侧额定电流。

3.RCS978比率制动特性曲线的验证

（1）差流平衡的实验

选择高压侧（I侧）和低压侧（III侧）两侧进行单相、三相（实验设备只提供3路电流时，用单相，实验设备可提供6路电流时，可用三相）差流平衡实验，根据Δ侧相位补偿原理：在进行单相实验时，高压侧IΦ由极性端通入大小为Ieh的电流（Φ为A、B、C，Ieh为高压侧额定电流），同时高压侧IΦ由极性端通入大小为Ieh的反相电流（Φ为B、C、A），使高压侧的零序电流为零，低压侧对应相IΦ由极性端通入大小为 Iel的电流（Φ为A、B、C，Iel为低压侧额定电流），装置无差流（實验中以A相为例）;在进行三相实验时，高压侧A、B、C三相由极性端通入大小为Ieh的正序电流，低压侧由极性端通入大小为Iel的电流，且对应相滞后高压侧150°角，装置无差流（若取高中两侧，均为Y型接法，则不必进行相位补偿）。

（2）RCS978比率制动特性曲线门槛值、拐点及比率制动系数的验证实验

选择高压侧（I侧）和低压侧（III侧）两侧进行实验，设差动电流启动定值Icd=0.2（标幺值），Kbl=0.5，加入高压侧的电流为I1，加入低压侧的电流为I3，高、低压侧额定电流为Ieh、Iel（有名值），代入方程组（1）求得A、B、C、E、F三点对应电流值。从而获得动作与制动的临界点，保护可能动作也可能不动作;（点A为门槛值）可以通过在A、B、C、E、F各点微调低压侧电流I3的值，使其保护动作，记录下A、B、C、E、F点附近动作时的差电流I'dA、I'dB、I'dC、I'dE、I'dF与制动电流I'ZA、I'ZB、I'ZC、I'ZE、I'ZF，然后与理论计算的差电流和制动电流进行比较，即可验证拐点，比率制动系数Kbl的验证：Kbl= 。

【参考文献】

[1]徐峥璞，赵颖博，刘良涛.浅析变压器比率差动保护的校验方法[J].技术与市场，2010，17（8）：5-7.

[2]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.

[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，1997.