变压器比率差动保护原理及校验方法分析

【摘  要】随着高压输电线路在我国的进一步发展与完善，各种变压器越来越多，为了减少变压器发生故障次数，有效保证电网可靠性，加强对变压器的研究具有十分重要的意义。论文从变压器比率差动保护原理及校验方法等方面进行分析，希望可以起到一定借鉴意义。

【Abstract】With the further development and improvement of high voltage transmission lines in China， more and more transformers are available. In order to reduce the number of transformer failures， effectively ensure the reliability of power grid， it is very important to strengthen the research of transformers. In this paper， the principle of transformer ratio differential protection and check method are analyzed， hoping to provide some reference.

【关键词】变压器;差动;保护;校验

【Keywords】transformer; differential; protection; check

【中图分类号】TM774                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）08-0168-02

1 引言

随着生产生活进一步发展，社会各界对电能需求量进一步增加，电力企业为满足当前用电需求，不断优化电网，各种各样高压输电线路、变压设备等逐渐投入到电网建设之中。变压器属于电网重要仪器之一，保证变压器质量可以有效提升电网整体可靠性。而研究变压器比率差动保护原理及校验，对于提升变压器自身可靠性有很大意义。

2 变压器比率差动保护原理

差动保护属于变压器保护形式的一种，是指比较变压器不同侧相位与电流不同，进而构成一种保护。尽管变压器各侧电路互不相通，电流不等，但可以根据变压器短路（外部）时流出与流入变压器的功率与正常情况下变压器工作时流出与流入变压器的功率进行比对，利用各侧电流安匝之和近似为零等，进而建立相应的差动保护平衡方程[1]。一旦变压器内部发生故障后，可以通过建立相应差动保护平衡方程对相应差动电流流过的差动回路进行控制，促使差动继电器发挥作用，进而对变压器进行保护。

2.1 不平衡电流产生的原因

一旦變压器外部电路出现短路等故障后，差流回路（差动保护）会产生较大非平衡电流。一般导致不平衡电流出现的原因包括以下几个：各侧电流（变压器）的互感器变比和型号不一致;高低压侧（变压器）绕组接线的形式不相同;暂态非平衡电流产生原因与变压故障、空载电流有很大关系，变压器外部故障消除后，或者有空载电流进入电源后，电压恢复励磁涌流导致暂态非平衡电流出现;变压器带负荷调分接头引起变比变化。

2.2 不平衡电流处理措施

常规变压器非平衡电流处理方式包括如下几种：确保各侧电流互感器必须一致。相关技术人员选择相同电流互感器，安装在变压器各侧要尽可能选择变比、型号相同的仪器，确保各侧对变压器影响相同，避免非平衡电流产生。技术人员也可以适当增加保护动作电流，以有效避免外部短路造成非平衡电流产生，动作电流具体数额要在对差动保护的整定计算中，进一步考虑[2];相关技术人员可以利用相位补偿法有效解决因高低压侧绕组方式不同导致的非平衡电路;相关技术人员可以采用波形对称原理、二次谐波制动原理、励磁涌流波形和内部短路电流差别等方式来躲避励磁涌流，避免非平衡电流产生;可以利用对变压器差动保护的整定计算的进一步优化，消除由于带负荷调分接头导致的非平衡电流问题。

2.3 相位补偿方法——变压器各侧电流

一般各侧互感器（变压器）接线方式以星形为主，母线为各侧线路另一侧的极性端。相关技术人员可以利用软件对各侧二次电流（变压器）相位进行调整，为了可以更为形象化地对相位补偿进行分析，笔者以500kV的RCS978保护为例，进一步区分故障和涌流的特征，提高变压器各侧保护质量。对500kV的RCS978保护中Y0/△—11的接线上，校正的方式主要如下：

式中IA、IB、IC为Y0侧二次电流，I′A、I′B、I′C为经过校正之后Y0侧各相位电流;Ia、Ib、Ic为△侧二次电流，I′a、I′b、I′c为经过校正之后△侧各相位电流。

相关技术人员需要采取相应手段对变压器电流相位进行补偿，可以采用加装中间带平衡绕组或者技术人员选择中间变流器加装形式，以确保变压器电流相位补偿质量。之所以需要进行相位补偿是因为实际变压变比与CT称变比、主变铭牌标是存在一定误差的，通过相位补偿法可以尽量消除误差对变压产生的影响，确保变压器质量。技术人员采用相应手段进行补偿时要依据主变比同CT变比的情况，对二次电流平衡系数进行优化计算，并将二次电流（各侧）归算为同一侧之后再进行补偿。

3 变压器差动保护比率制动特征研究

除去上述所讲述互感器等对变压器各侧电流产生影响外，还需要考虑CT磁饱和受到外部故障或者主变区短路带来的影响，技术人员利用CT很难将真实电流变化情况反映出来，差流平衡很难达到，很有可能导致差动保护出现一些偏差，所以微机保护需要采用比率制动差动继电器[3]。比率制动差动主要特征为：动作电流会以一定比率随着不平衡电流的变大而逐渐增大，且增长速率要比非平衡电流增长速度快一些。以500kV的RCS978变压器保护为例，其差动稳态比率差动特征方程如下：

式中，额定电流（变压器）用Ie表示;变压器各侧电流用Ii表示，i=1，2...，m;制动电流用Ir表示;差动电流用Id表示;稳态比率差起动定值用Iedqd表示;比率制动系数整定值用Kbl表示，范围为0.20～0.75之间，一般实验中推荐整定值为Kbl=0.5。需要注意，上述方程是各侧（变压器）相位、幅值差异已经消除之后的动作特征方程。

4 比率制动特性曲线及验证

4.1 比率制动特性曲线

根据比率制动特性，绘制如下图1比率制动特性曲线。

稳态比率差动保护按相判别，满足变压器差动保护比率制动特征。上述公式（3-1）描述的为经过TA饱和判别比率差动保护过程，整个比率制动灵敏度在励磁涌流判别后得到了有效保证，另外由于TA饱和判据引入可以有效对变压器外部引起故障进行分析与判断，不会导致差动误动。式（3-2）、（3-3）比率差动保护机制只经过可选择TA断线判别励磁涌流判别即可出口。通过对比率制动特征的利用来有效抵抗暂态饱和与稳态饱和（变压器外部故障时），有效保障差动动作的精准性。

4.2 比率制动特性曲线验证

已知500kV的RCS978变压器参数高压侧Ⅰ侧一次额定电流为472A，二次额定电流为1.96A，各项平衡系数为4.00;中压侧Ⅱ侧一次额定电流为904A，二次额定电流为3.61A，各项平衡系数为2.177;低压侧Ⅲ侧一次额定电流为9897A，二次额定电流为16.5A，各项平衡系数为0.476。技术人员利用Ⅰ侧、Ⅱ侧（Y0侧）做检验，在任意一侧增加电流I=1，代入公式进行计算，实际应在Ⅰ侧加入1.96A，在Ⅱ侧加入3.61A，无差流。同样当在任意一侧加入I=0.5A电流时，Ⅰ侧加入0.98A，在Ⅱ侧加入1.805A，无差流。

5 结语

综上所述，变压器比率差动保护原理及校验方法比较多，在实际校验过程中难度也比较大，相关技术人员只要掌握相应手段，并将其合理应用，即可以有效校验主变差动保护。

【参考文献】

【1】陶建军，赵国君.RCS-985TS装置差动保护校验方法[J].梅山科技，2019（1）：51-54.

【2】翁汉琍，王胜，林湘宁.基于波形相似度的抗电流互感器饱和变压器相位差动保护[J].电力系统自动化，2019，43（04）：190-204.

【3】夏经德，袁玉宝，刘欢庆.一种采用纵向阻抗的變压器保护算法[J].电测与仪表，2019，56（09）：135-141.

【作者简介】侯明义（1984-），男，山东泰安人，工程师，从事继电保护自动化检测技术、自动控制技术研究。