基于CSC-326G系列装置的变压器保护原理研究

秦 彬，刘 锦

(国网北京市电力公司检修分公司，北京 100068)

1 CSC-326G 系列保护装置概述

北京电网某110 kV 变电站的变压器电量保护由CSC-326GD 变压器差动保护装置、CSC-326GH 变压器高压侧后备保护及测控装置、CSC-326GL 变压器中、低压侧的后备保护及测控装置三部分组成，三者功能各有侧重。

(1) CSC-326GD 变压器差动保护装置。作为变压器绕组故障时变压器的主保护，保护范围为构成差动保护的各侧CT 之间的区域，包括变压器本身、电流互感器以及变压器之间的引出线。

(2) CSC-326GH 变压器高压侧后备保护及测控装置。保护功能涉及三段式复合电压闭锁方向保护、零序过流保护、间隙零序保护等。

(3) CSC-326GL 变压器中、低压侧的后备保护及测控装置。保护功能涉及两段式复合电压闭锁方向保护、限时速断保护、充电保护、过负荷保护等。

2 CSC-326GD 保护装置原理探究

2.1 差动保护原理

变压器纵差保护涉及变压器的各侧电流，如果变压器的变比和变压器星-角接线带来的相位异常都能被正确补偿，则变压器在正常运行或发生外部故障时，流过变压器各侧电流的相量和为零。即：

在正常情况或者外部短路情况下，流入差动继电器中的电流为，只要合理的选择CT 的变比和接线方式，就可以使流入差动继电器的电流为零，此时差动继电器不动作(如图1所示)。

图1 正常情况或外部短路原理

如果发生内部短路，由于两侧电源向故障点提供短路电流，此时流入差动继电器中的电流为，且幅值较大，差动继电器动作，切除故障(如图2所示)。

图2 内部短路原理

2.2 相位校正与幅值校正

由于变压器的接线方式不同以及各侧CT 变比不同，流入差动继电器的电流可能存在相位差和幅值差。为了防止正常运行或发生外部故障时差动保护误动，应对两侧电流进行相位校正和幅值校正，同时还应消除进入差动回路的零序电流分量。

2.2.1 相位校正

图3为Yd11 接线的变压器星型侧和角型侧的电流向量图，两侧的CT 接线均为星形接线。正常运行中，Y，d 两侧电流存在相位差，角差为30°，如果直接通过计算差流会存在不平衡电流。微机保护采取的方式是软件校正，校正方法有两种，即对d 侧电流或Y 侧电流进行移相。

图3 Yd11 正常情况下的Y，d 侧电流向量分布

CSC-326GD 装置采用Y 侧移相方式进行校正，相关公式如下：

移相后的相位分布如图4所示。

图4 Y 侧移相前后的相位对比

2.2.2 幅值校正

因为变压器各侧CT 变比不同，且通过移相后其幅值发生 倍变化，因此不能直接用于相减，需要通过变比转换以及补偿转换才能进入差流继电器。对于变比转换，装置存在CT 变比设定；对于补偿转换，装置内部会进行自动补偿。现场运行中设置好CT 变比以及对应的控制字，即可实现幅值校正。

2.3 比率制动的差动保护

比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。这种保护在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用，而在内部故障时制动作用最小。采用比率制动的差动保护可以提高保护内部故障时的灵敏度。

CSC-326GD 装置采用的是三段式折线比率制动，如图5所示。Id为差动电流，Ir为制动电流，Ie为变压器额定电流，ICD为稳态比率差动起动定值，ISD为差动速断保护起动定值。

图5 CSC-326GD 装置三段式比率制动特性曲线

2.4 差动速断保护

差动速断保护的原理是任一相差动电流大于整定值时，差动速断保护瞬时动作，跳各侧变压器。

差动速断保护的设置基于两个原因，即：涌流闭锁元件判断涌流需要一定时间，意味着变压器内部严重故障时差动保护无法快速切除故障；变压器内部严重故障导致TA 饱和时，会产生大量谐波，从而使涌流判别元件误判为励磁涌流而闭锁差动保护，导致不能快速切除变压器。

差动速断保护整定值很大，比励磁涌流值要大，可躲过励磁涌流，差动速断保护功能的实现需要同时投入差动保护硬压板和差动速断软压板。

差动保护动作总出口跳闸，联掉接地变开关，闭锁110 kV 母联自投。

3 CSC-326GH/L 保护装置原理探究

3.1 现场CSC-326GH/L 保护现状

3.1.1 现场软压板整定值

(1) CSC-326GH 装置投入。Ⅲ段复合电压闭锁的过流保护(Ⅱ时限)、TV 断线检测以及过负荷告警。

(2) CSC-326GL 装置投入。Ⅱ段复合电压闭锁的过流保护(Ⅱ，Ⅲ时限)、TV 断线检测以及过负荷告警。

3.1.2 现场保护跳闸情况

(1) CSC-326GH 装置复压闭锁过流保护Ⅲ段Ⅱ时限动作总出口跳闸，联掉对应接地变开关，闭锁110 kV 母联自投。

(2) CSC-326GL 装置复压闭锁过流Ⅱ段Ⅱ时限动作跳母联开关，Ⅲ时限动作跳对应低压侧主开关，闭锁母联自投。

(3) CSC-326GH 装置复合电压闭锁过流保护功能分三段，Ⅰ，Ⅱ段可带方向，Ⅲ段不带方向。据现场投入的Ⅲ段情况判断其保护功能不带方向。

(4) CSC-326GL 装置复合电压闭锁过流保护功能分两段，均可带方向，但根据现场整定控制字，Ⅱ段复压闭锁过流保护方向是退出的，因而在此主要研究不带方向的复合电压闭锁过流保护原理。

3.2 复合电压闭锁的过电流保护原理

根据对称分量法进行的短路故障分析可知，发生不对称短路故障时，会产生负序电压和零序电压(仅当接地短路时会有零序电压)，此时负序电压升高，正序电压降低。通过这一特性可以设计出复合电压闭锁元件，判断在负序电压过高或者正序电压过低时才开放过电流保护装置，从而提高保护的选择性。

复合电压闭锁元件由相间低电压元件和负序电压元件通过“或”逻辑构成，动作判据如为：Min(Uab，Ubc，Uca)＜Uxjzd或U2＞Ufxzd。Uab，Ubc，Uca为三个相间电压；Uxjzd为相间低电压定值，现场整定为70 V/线；U2为负序电压；Ufxzd为负序电压定值，现场整定为5.2 V/相。

复合电压闭锁元件与过电流元件通过“与”逻辑连接，即只有满足复合电压闭锁元件动作的条件才有可能过电流动作。

根据现场CSC-326GH 定值分析，其TV 断线后保护仅保留过流功能，即TV 断线时复压闭锁及方向元件自动满足，保护变为纯过流保护，但此时不会输出本侧复压满足的触点，也就不会影响其他侧后备保护元件的动作。

通过CSC-326G 系列保护装置工作原理分析可知，不同现场保护的实际功能投入不同，应根据实际保护软压板整定情况开展保护功能分析。