从故障分量探讨新型变压器的自适应比率差动保护

李洋

摘 要：在变压器差动保护中，故障分量差动保护因灵敏性较高而在实际运行中应用广泛。但是该保护安全性不好，主要是动作特性曲线的有关参数在故障分量差动保护中被固定。文章主要对一种自适应比率差动保护的新判据进行探讨。这种判据依据系统具体的运行状态对动作特性各参数进行调节。与传统故障分量差动保护相比，其在在区分区外、区内故障方面安全度和灵敏度更高。

关键词：变压器差动保护；故障分量；自适应；安全性；灵敏度

长期以来，与线路保护相比，变压器差动保护的准确动作率较低。在变压器差动保护原理和算法中，如何正确区分区外、区内故障是一大难题。带折线的比率差动保护是目前应用最多的差动保护，相关研究显示，与普通比率差动保护相比，故障分量差动保护选择性更好、灵敏度更高。对区外故障保护而言，其要求差动保护具有高安全性。文章首先对比了普通比率差动保护与故障分量差动保护两种差动保护，发现在灵敏度方面，故障分量差动保护要高于普通比率差动保护，然后简单探讨了自适应比率差动保护。

1 故障分量差动保护和普通比率差动保护

变压器采用分相差动，比率差动保护计算依照电流的基波有效值进行。为了方便计算，选择双绕组变压器作为参考。

在（2）、（3）式中，故障分量差动保护的差动电流为：？驻？砖d，制动电流为：？驻？砖r。？驻i1=i1-i1L；？驻i2=i2-i2L，正常负荷分量：L。取故障发生时1个周期前或2个周期前的计算值进行计算。

由此可知，在动作量上，故障分量差动保护与普通比率差动保护一致，制动量是两者之间存在的主要差异。当区内出现轻微故障，会有|？驻？砖r|<|i1L|，此时故障分量差动保护的制动量与普通比率差动保护相比较小，因此故障分量差动保护的灵敏度较高。当区外出现严重故障时，|？驻？砖r|>|2i1L|，制动量主要由？驻？砖r决定，此时在制动量方面，故障分量差动保护与普通比率差动保护之间差别不大，不会误动。至于区外轻微故障，由于普通比率差动保护的制动量大于故障分量差动保护的制动量，这对于制动是十分不利的，但是如果提高故障分量差动保护比率制动系数K，则可以有效弥补故障分量差动在这方面的缺陷。

2 新型自适应比率差动保护

由于故障分量差动保护在发生区内轻微故障时的灵敏度也较高，在提高斜率K值后，在区外故障制动能力方面，故障分量差动保护的制动能力也可以得到保证。但是，在这种情况下，动作范围会相应减少，如果区内出现严重故障，则|？驻？砖r|>|2i1L|，？砖r≈？驻？砖r，因此，在差动电流与制动电流方面，故障分量差动保护与普通比率差动保护差别接近。但是由于动作范围减少会降低故障分量差动保护的灵敏度，可能诱发区内非轻微故障拒动。因此，就常规比率差动保护而言，区外故障的安全性与区内故障的灵敏度不可能同时做到。

差动保护的动作特性曲线如图1所示，由图1可知，Idset，Irset，K是决定差动保护动作特性曲线的3个参数。

设定图1中的曲线1为常规比率差动保护动作特性曲线。可以采取增大制动轴拐点电流，减小差动电流门槛值，减小比率制动系数以提高区内故障灵敏度。由图1可知，与曲线1相比，曲线2的动作区明显增大，对区内故障的灵敏度也明显提高。反之，可以采取减小制动轴拐点电流，增大差动电流门槛值，增大比率制动系数以提高区外故障制动能力。由图1可知，与曲线1相比，曲线3的制动区显著增大，区外故障的安全性也显著提高。

由于同时提高差动保护对区外故障的安全性与区内故障的灵敏度是研究新算法的目的，因此，当区内故障出现时，希望曲线2的动作特性会出现在差动保护中。当出现区内故障时，又希望曲线3的特性出现在差动保护中。因此，调正保护动作特性曲线的3各参数必须依据故障发生时刻和之后一段时间的电气量进行。自适应比率差动保护需同时改变以上3个参数。

当发生区内故障时，差动电流会显著增大。因此，各参数可以依照Irm，采用下列计算式获得。

差动电流门槛值与差动电流值之间的反比线性变化为图2中的斜线段。当区内故障发生时，对区内故障灵敏度高，必须确保差动电流门槛值低，差动电流值大。当区外故障发生时，对区外故障安全性高，必须确保差动电流门槛值高，差动电流值小。Idset，max与Idset，min分别是差动电流门槛值的上限与下限确定了Idset，max和Idset，min值的选取范围。应当注意的是，如果Idset，max和Idset，min取值不当，可能会引发保护拒动或者误动，Idset，max和Idset，min应设置在提议的范围内。

制动轴拐点电流采用下列分段取值法：

4 結束语

自适应比率差动保是根据差动电流大小对比率制动特性进行调整的新方法，与传统故障分量差动保护相比，其灵敏度与安全性均较好，但是其实际应用效果还需在实际应用中进一步评测。

参考文献

[1]谭乾，张文魁，苗世洪，等.基于故障分量的新型变压器自适应比率差动保护[J].电力系统自动化，2011，17：86-91+115.

[2]余加霞，张恒泰，葛耀中，等.自适应变压器电流差动保护判据研究[J].电力系统保护与控制，2010，18：115-119.