针对变压器差动保护原理计算的讨论研究

宋亮 冯凌

摘要：一般来说，差动保护的基本原理是基尔霍夫电流定律，即把被保护区域看成一个节点，利用输入电流和输出电流向量和的模值与整定值的关系来判断区内或区外故障。但是对于变压器而言，由于各侧电压不等，且接线方式种9类较多，所以在正常运行或区外故障时，输入电流与输出电流向量之和并不等于零，因此变压器差动保护并不是简单的取两侧电流的向量和，两侧电流存在相位和幅值的折算问题。

关键词：变压器；差动保护；计算方法

1 YNd11接线变压器差动计算

在电力系统中，因为考虑到二次谐波的影响，大型变压器基本绕组的绕制方法采用YNd11接线变压器，这样可以显著提高变压器运行效率，同时有效的改善了用户端二次电压的波形，本文先以电力系统中常用的YNd11接线变压器为例来分析，为使主变差动保护能正确动作，需要从以下三方面进行调整。

1）相位调整：YNd11接线主变两侧电流之间存在相位差（如图2），产生差流，为保证主变差动不误动，需进行相位调整。

2）幅值调整：由于主变变比和各侧CT变比不等，导致各侧二次额定电流不等，为保证主变差动不误动，需进行幅值调整。

3）零序补偿：由于高压侧采用YN接线，当发生区外不对称接地短路时，零序电流仅在高压侧流通，差动电流即为高压侧CT二次零序电流，为保证主变差动不误动，需在YN侧进行零序电流补偿。

在微机型主变保护中，考虑到保护软件计算的灵活性，各侧CT均采用Y形接线，利用软件进行相位幅值调整和零序补偿。

2 主变差动保护相位幅值调整和零序补偿

2.1 相位调整

对于YNd11接线的变压器，其高压侧（Y侧）三相电流分别用表示，低压侧（d侧）三相电流分别用表示，CT极性以母线侧为正，则低压侧电流超前高压侧30度，其两侧电流向量如下图所示。可采用Y侧向d侧转换或d侧向Y侧转换两种方式进行相位调整。

YNd11接线变压器电流相位图

1）Y侧向d侧转角：结合图1可以确定Y侧转角公式，如式（1），为了保证转角之后Y侧电流大小不受影响，需要再除以。d侧电流不变。

2）d侧向Y侧转角：结合图1可以确定d侧转角公式，如式（2），为了保证转角之后d侧电流大小不受影响，需要再除以。Y侧电流不变。

假设两侧电流幅值相等，经过相位调整之后，在正常运行或区外短路时，差流为零，保护不会误动。

2.2 幅值调整

由于主变各侧一次电流不等，且实际选用变比不能完全满足二次电流相等的要求，因此即使相位得到调整，也无法满足正常或区外故障时差流等于零的要求，所以需要进行幅值的调整，即引入平衡系数K，以一侧电流为基准，另一侧电流乘以该侧的平衡系数，以满足正常或区外故障时差流为零。

设主变容量为，各侧一次额定电压分别为，各侧差动CT变比分别为，则各侧的CT二次额定电流为

若以高压侧（Y侧）电流为基准，低压侧（d侧）进行幅值折算，要满足折算后差流为零，则折算后低压侧二次电流为。可求得低压侧的平衡系数为

同理，若以低压侧为基准，高压侧的平衡系数为

不同厂家的保护装置平衡系数的计算方法有所差异，但基本原理相同，都是选定一个电流基准值，然后各侧向该基准值折算。

2.3 零序补偿

为了避免在YN侧区外发生不对称接地故障时，差动保护误动，需要对YN侧电流进行零序补偿。补偿时采用自产零序电流，即。补偿方式为YN侧各相均减去。

对于在YN侧转角的相位补偿方式，由于转角之后，从YN侧通入的电流已是两相电流之差，故已将零序電流滤去，所以可不采取其他措施。

而对于在d侧转角的相位补偿方式，YN侧需要按照式（1），每相都减去。即

2.4 差流计算

以上分析主要针对的是Yd11接线的两绕组变压器，而对于Yy接线变压器的分析不涉及转角，只有幅值调整，相对简单，所以不再阐述。下面将以PST1200系列装置和RCS978系列装置为例，对Yyd121211接线的三绕组变压器的差流计算方法进行总结。其中角标H、M、L分别表示高压侧、中压侧和低压侧。

1）PST1200系列装置采用Y侧向d侧转角，所用电流均为有名值。以A相为例，对外部电流进行处理时，先在Y侧进行相位调整，然后以高压侧为基准进行幅值调整，最后得到A相差流为

（4）

式（6）中各电流均为有名值，B、C相差流的处理方法类似。

2）RCS978系列装置采用d侧向Y侧转角，Y侧进行零序补偿的方式，所用电流均为标幺值。以A相为例，对外部电流进行处理时，先将各侧电流的采样值除以该侧的额定电流转换成标幺值，然后在Y侧进行零序补偿，在d进行相位转换。由于在计算中采用的是标幺值，因此无需再进行幅值调整。最后得到A相差流为

（5）

式（7）中各电流均为标幺值，B、C相差流的处理方法类似。

3 差动保护的励磁涌流影响

所谓励磁涌流即：当变压器空载投入或者外部故障突然切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压，由于变压器的饱和，会产生很大的暂态励磁电流，这个电流称为励磁涌流。从变压器的等值电路来看，励磁涌流如同在变压器内部发生短路，形成差电流，如果不采取措施，会使保护误动。

利用励磁涌流含有大量二次谐波、波形不对称和波形存在间断，可以构成闭锁来防止差动保护误动。

参考文献：

[1]王林，周利军，李先浪，等.应用极化/去极化电流方法分析油纸绝缘微水扩散暂态过程[J].高电压技术，2013，39（2）：354358.

[2]杨雁，杨丽君，徐积金，等.用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量[J].高电压技术，2013，39（2）：336341.