发电厂变压器差动保护校验方法探讨及分析

神华国能天津大港发电厂 郭环宇

1 问题的提出

发电厂中主变、厂高变、启备变及容量超过10MVA或速断保护灵敏度不足的厂用低压变压器需装设差动保护。其保护原理大多为比率差动保护和差动速断构成。校验时因变压器高低压侧存在由于变压器组别接线存在的角度转换及变比折算，容易造成继电保护人员思维的混乱，影响工作效率和进度。本文从实际工作出发，以使用最常见的微机折线式比率制动原理的南京南瑞继保RCS9622CN变压器综合保护装置为例，探讨和分析变压器差动保护校验方法，并提供了现场工作中的一些技巧及注意事项。

2 RCS9622CN变压器综合保护差动保护原理

2.1 RCS9622CN变压器差动保护原理（见图1）

图1 RCS9622CN变压器差动保护原理图

其中：Id为差动电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流启动值，Kbl为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。

由图1可知，RCS9622CN装置的变压器差动保护为三段折线式，第一段为直线起动段，第二段为斜率为Kbl（可整定）的斜线段，第三段为斜率为1的斜线段。其动作方程为：

其中：I1为高压侧二次电流；I2为低压侧二次电流。

2.2 RCS9622CN变压器差动保护电流极性

由图2及制动电流及差动电流公式可知，当变压器正常运行时，RCS9622CN变压器差动保护高、低压侧二次电流极性均指向被保护的变压器。在本装置内，变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正。变压器各侧的电流互感器均采用星形接线。各侧电流的平衡系数调整通过软件完成，不需外接中间电流互感器。

图2 RCS9622CN变压器差动保护电流极性图

3 校验前的电流折算

以Δ/Y-11接线，容量为2MVA，额定电压为6/0.4kV变压器为例。高压侧电流变比为300/1A，低压侧电流变比为3000/5A。差动启动电流定值Icdqd为0.6Ie，差动速断定值为5Ie，比率差动制动系数Kb1为0.5，二次谐波制动系数为0.15。则有：

高压侧二次额定电流：

低压侧二次额定电流：

4 六路电流校验差动保护

当有可输出6路电流的继电保护校验仪时，变压器差动保护校验比较简便，应优先采用。

4.1 电流采样及接线验证

在保护校验仪中输出6路电流分别加入变压器高低压侧CT二次回路的A、B、C相。调节保护校验仪在高压侧分别加入三相0.5A、1A 、1.5A，低压侧分别加入三相2A、2.5A 、3A，记录装置显示值，观察电流相序是否与所加一致从而判断试验接线是否正确。

接线正确后，调节保护校验仪输出6路电流同时加入1A、3A、5A，记录装置显示值，计算误差是否合格。

4.2 差动启动值

在高压侧三相正序通入一略小于定值0.6Ie=0.6×0.64=0.38A的电流，或在低压侧三相正序通入一略小于定值0.6Ie=0.6×4.81=2.89A的电流，三相逐渐增加至保护动作，记录动作值与定值比较是否合格。

4.3 两侧平衡

该项试验是模拟正常运行时的工况，验证装置电流极性是否为指向变压器及变压器组别接线装置整定是否正确。

因变压器为Δ/Y-11接线，则低压侧电流会超前高压侧同相电流30°，因装置电流极性均为指向变压器，则低压侧电流与高压侧同名相电流相差180°，将两者作用叠加，则低压侧电流会超前同相电流30°+180°=210°（或滞后150°）。两侧电流均通入Ie，则有：

电流相别电流值／A角度高压侧A相0.64 0°高压侧B相0.64-120°高压侧C相0.64 120°低压侧A相4.81-150°低压侧B相4.81 90°低压侧C相4.81-30°

通入后，两侧电流平衡，查看差流基本为0。

4.4 比率差动制动系数

该试验为验证比率差动制动系数整定值，因该系数为该段斜线的斜率，则只需在该斜线上找到两个点，则可计算斜率。

因制动电流为两侧电流合成，较难固定，而从图1可见，该段斜线的两拐点的横坐标为0.5Ie和3Ie，所以取点时应取一个点横坐标确保大于0.5Ie，另一个点横坐标确保小于3Ie，从而使两点均落在斜线上。则有：

第一个点，高压侧三相与低压侧三相均通入0.5Ie（高压侧0.5×0.64=0.32A，低压侧0.5×4.81=2.41A），固定一侧电流，增大另一侧电流，此时保证制动电流大于0.5Ie，直至保护动作，记录此时差动电流Id1和制动电流Ir1。

第二个点，高压侧三相与低压侧三相均通入3Ie（高压侧3×0.64=1.92A，低压侧3×4.81=14.43A），固定一侧电流，减小另一侧电流，此时保证制动电流小于3Ie，直至保护动作，记录此时差动电流Id2和制动电流Ir2。

计算斜率，用差动电流Id2与Id1之差除以制动电流Ir2与Ir1的差即可求出该斜率，与比率差动制动系数Kb1=0.5进行比较是否基本一致。

需指出的是，若装置无法直接读取制动电流，应记录保护动作时增加或减小侧的电流值，依据定义计算出制动电流。

另技巧一则，在通入3Ie时可能电流数值较大，甚至超出装置允许值，此时可将另一侧电流值固定，将本侧电流初始值降低至一装置允许数值且保护不会直接动作，再慢慢减小至保护动作。

4.5 固定比率差动制动系数

该试验为验证装置固定比率差动制动系数为1，因该段斜线的起始点即第二个拐点的横纵坐标已知且可计算得出，所以只需找到一个点即可计算。

同上一小节的方法，取一点横坐标确保大于3Ie即可。则有：

高压侧三相与低压侧三相均通入3Ie（高压侧3×0.64=1.92A，低压侧3×4.81=14.43A），固定一侧电流，增加另一侧电流，此时保证制动电流小于3Ie，直至保护动作，记录此时差动电流Id1和制动电流Ir1。显然固定低压侧，增加高压侧是较为合适的。

计算第二拐点坐标，依图1其横坐标直读为Ir2=3Ie，纵坐标Id2=Icdqd+ Kb1×（3Ie-0.5Ie）=0.6Ie+0.5×2.5Ie=1.85 Ie。

计算装置固定比率差动制动系数，方法同上一小节，计算结果与数值1进行比较是否基本一致。

4.6 差动速断

做此项试验时可退出比率差动控制字或将保护跳闸返回装置的接点断开。

在高压侧三相正序通入一略小于定值5Ie=5×0.64=3.2A的电流，或在低压侧通入三相正序通入一略小于定值5Ie=5×4.81=24.05A的电流，三相逐渐增加至保护动作，记录动作值与定值比较是否合格。显然用低压侧试验电流过大，不宜选择。

若此项定值整定过高可在试验时将其改小，试验后改回。

4.7 二次谐波制动系数

选取一侧三相通入正序工频电流，该电流值应可靠大于差动启动电流值，如高压侧通入1A>0.6Ie=0.38A；装置另三路电流输出正序100Hz电流也并加于同相工频电流上，该电流值应可靠大于二次谐波制动系数整定值与刚才高压侧通入的工频电流数值之积，如通入0.2A>0.15×1A=0.15A。

六路电流均加入后，保护应可靠不动作，逐渐减小三相100Hz电流，直至保护动作，记录此时三相100Hz电流动作值，除以高压侧通入的1A，求得的数值与二次谐波制动系数整定值0.15比较应基本一致。

4.8 其他

有的装置还有CT断线闭锁等功能，或为变斜率或工频变化量差动等，本文不做介绍。

5 三相电流校验差动保护

有的部门因保护校验仪功能限制只有三相电流输出，其原理较为复杂，最容易发生思维混乱。本节只对与6路电流校验变化较大的“两侧平衡”进行分析，比率差动试验项目应在此基础上做相应变化。

5.1 装置原理分析

常用的Δ/Y-11 接线的变压器，由于三角形侧的线电压与星形侧相应相的线电压在相位上相差30°，故其相应相的电流相位关系也相差30°，即三角形侧的电流比星形侧的同一相电流，在相位上滞后30°，因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流。

使用RCS-9622CN变压器差动保护装置时，变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，各侧电流互感器的正极性均在母线侧，潮流方向均指向变压器。变压器各侧电流存在的相位差，在RCS-96022CN变压器差动保护装置内由软件计算给予校正。计算方法与外接相位转换方法相同，即星形侧AB 相电流差参加A 相差动继电器工作；BC 相电流差参加B 相差动继电器工作；CA 相电流差参加C 相差动继电器工作。三角形侧按相对应参加各相差动继电器工作。对于Δ/Y-11 变压器组别补偿的内部软件变换，当电流为三相对称电流时，不仅使变压器星侧的二次电流，在软件变换后，向后相移了30°，而且使幅值也放大了√3 倍，软件将自动使幅值再缩小√3 倍。

5.2 通入保护装置中电流的相位分析

因此可知当Δ侧只通入IA一相电流时，Y侧绕组中感应出Ia’，而Ib’= Ic’=0，则在Y侧三相校正电流有：

可知 A和C相均有电流，因此保护校验时Y侧应通入A、C两相电流与之平衡抵消。

当Δ侧只通入IA一相电流时，Y侧绕组中感应出Ia’，两者相位相同。为与之抵消则推导出Y侧通入A相电流与IA相位相反，Y侧通入C相电流与IA相位相反。

5.3 通入保护装置中电流的幅值分析

当正常运行时Y侧A相电流与B相电流大小相等，相位相差120°，则校正电流Ia的幅值增大为单相电流的√3 倍，因此为使差流平衡，软件将自动使幅值再缩小√3 倍。

综上，Δ侧A相应通入√3 Ie，Y侧A、C相应通入Ie，则有：

电流相别电流值／A角度高压侧A相1.11 0°低压侧A相4.81 180°低压侧C相4.81 0°

通入后，两侧电流平衡，查看差流基本为0。

5.4 现场校验技巧

现场校验时有可能原理一时分析不清，不同的变压器接线组别校验方法也不同，记忆也较为困难，因此有一简便的方法，可先在变压器星侧通入A相电流，观察装置哪两相产生差流，再根据结果通入相关相电流进行校验。

若本例，“两侧平衡”后，增加高压侧电流至动作可校验A、C相差动，增加低压侧A（C）相电流至动作可校验A（C）相差动。

5.5 注意事项

1）定值整定必须保证正确。校验后必须核对定值。

2）校验前应记录变压器组别及装置对CT极性的设计。

3）变压器差动保护所用电流互感器不为星形接线的，即Y—Δ转换在装置外完成的，可在变压器高低压对应相进行通流试验，两者相位取决于CT极性，校验较为简便，试验通入的电流数值一般也不需乘以√3 倍。

4） 需注意的是不同厂家装置制动电流的计算方式不同，常用的还有取两侧二次电流最大值，校验方法较制动电流为两侧数量和的一半原理的装置更简单，本文不再赘述。

5）三绕组变压器及分裂变等差动电流不是通过两侧电流计算的变压器进行差动保护校验时应先选取两侧电流进行校验，其中应包含电源侧和负荷侧。

6 结束语

校验变压器比率差动保护使用可以输出六路电流的继电保护仪较为方便，应优先使用。

当使用三相电流校验差动保护时，可先在变压器星侧通入A相电流，观察装置哪两相产生差流，再根据结果通入相关相电流进行校验，保证了校验工作的顺利进行。由于更换装置试验接线少，避免了由于变压器星角转换带来复杂计算，降低工作人员思考及计算强度，可有效降低变压器差动保护设备检修时间。

[1]南瑞继保电气有限公司.RCS-9600CN系列厂用电保护测控装置技术和使用说明书[Z].

[2]中华人民共和国国家标准化委员会.GB/T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程[S].