變壓器差動保護二次電流調整問題研究

摘要：針對工程人員在主變差動保護調試或檢驗中普遍感到困難的二次電流相位及幅值調整問題進行了深入探討。詳細介紹了影響主變差動保護實現的因素，并進一步分析了幾種常見保護裝置的調整方法以及一些需要注意的問題。

關鍵詞：主變壓器；差動保護；二次電流；相位調整；幅值調整；保護裝置

作者簡介：李加偉（1980-），男，安徽淮北人，廣東電網公司中山供電局人力資源部副主任，助理工程師。（廣東 中山 528400）

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0252-02

變壓器常見的保護為主變差動保護，因為它不僅基本原理比較簡單，而且選擇性比較好，靈敏度較高，所以常常為變壓器的主保護。其中，為了使得變壓器在正常情況和區外故障時所測的變壓器高低壓電流值在幅值上是大小相等的，在相位上是相同或相反的，從而保證理論電流差值為零，這是主變差動保護需要考慮的一個基本原則。但是，由于各變壓器的連接組別不同，各側的電壓等級也不一樣，CT變比往往也不相等，所以主變各側的電流二次值往往是不滿足上述條件的。因此，要對主變各側二次電流的幅值和相位進行一定程度上的調整，采取一定方法之后再進行主變差動保護的電流計算。關于采取的方法，不同的廠家在不同型號的保護裝置上是不同的，這就成為了工程人員在進行保護的調試和檢驗中遇到的難題。

一、影響主變差動保護實現的因素

1.變壓器的變比

變壓器各側的一次電流是與變壓器變比相關的，變壓器變比不同，一次電流也就不同。以變比為110KV/10KV的變壓器為例，在不考慮變壓器本身的勵磁損耗的情況下，流進高壓側的電流為1A，則流出低壓側的電流為11A。這是因為不考慮變壓器的勵磁損耗時，流入高壓側的功率和流出低壓側的功率相同，高低壓側的變比不同，所以一次電流也會不同，這是很好理解的。

2.變壓器高低壓側CT的變比

仍然以上面變壓器的為例，如果變壓器低壓側CT的變比是高壓側CT變比的11倍，此時變壓器變比對主變差動電流的影響就恰好可以被抵消，從而保證流入變壓器保護裝置的高低壓側二次電流的幅值是相同的。但在實際情況下，CT變比是由變壓器的容量來決定并選擇的，而且在一般情況下CT變比和變壓器變比都是已經經過標準化的，所以上述假設的情況在實際中是很難實現的。以容量為40MVA變壓器為例，若高壓側CT變比為400/5，則要求低壓側CT變比為4400/5，這樣才能使得二次電流的大小一致。但實際上，根據標準化要求所知，低壓側CT變比只有2000/5或2500/5兩種選擇，這樣導致了主變高低壓側CT二次電流是不可能相同的。

3.變壓器的接線組別

除了變壓器高低壓側的連接組別相同以外，即高低壓側同為Y/Y或△/△接線的以外，其他接線組別的變壓器都會改變變壓器高低壓側的電流相位。以較為常見的Y/△-11而言，低壓側電流會超前高壓側電流30度。另外，當高壓側發生線路單相接地故障時，如果Y側為中性點接地運行方式，在主變Y側繞組中將會流過零序故障電流。該電流將通過主變高壓側CT，并傳變到CT二次側，但是在主變的△側繞組中，由Y側感應出的零序電流只能在△側繞組的內部流通，無法流出△側繞組，因此也無法流經低壓側開關CT。

二、各種類型保護裝置的處理方法

1.南瑞繼保LFP900系列微機差動保護

微機保護的原理與傳統基本一致，只是提高了差動保護中計算的精度，而且實現的方法也進行了較大改進。

這里需要指出的是：南瑞繼保系列的主變差動保護不是采用電流的有名值進行差流計算的，而且采用主變各側的Ie標幺值（即各側采集到的電流值除以該側的二次額定電流），相應的定值及報告都是顯示的是多少倍的Ie。

LFP900系列主變差動保護的相位調整思路是：即采用矢量相減的方法把二次電流從Y側向△側進行歸算，從而達到調整相位的目的。例如，當主變差動保護為分相差動，對于Y/△-11接線方式，CT采取Y/Y接線，這里用計算得出的線電流Iah*與低壓側IAl相比較進行運算，而不是高壓側Iah，是因為線電流Iah*角度左移了30度，恰好與低壓側Ial相位相同。所以對于Y/△-11接線，參與差流計算的Y側3相電流量分別是：

為了調整二次電流大小，由于LFP900系列差動保護計算能力的問題，它采用硬件來實現的，即需要現場計算并通過VFC板跳線來設置各側平衡系數。各側平衡系數等于CT二次額定值5A/1A同各側二次額定電流Ie的比值（即將各側的額定二次電流折算為以5A/1A為基準的標么值）。應該注意的是，在Y側向△側歸算過程中，相位歸算所造成的幅值增大倍也要由硬件VFC完成，所以對Y側的Ie電流值必須要乘以，實際上就是把平衡系數分母增大倍，平衡系數縮小倍。

2.南瑞繼保RCS9600系列主變差動保護的處理方法

關于相位影響的處理：假設在系統參數設置菜單中把接線組別設置為Y/△-11，此時差動保護首先將Y側電流向△側調整，調整Y側電流的相角采樣數據，這同LFP900系列的方法是一樣的。不同的是，對于幅值因此增大了的倍，它采用的方法是用程序實現的，即程序對矢量相減得到的值固定除以，這樣就保證了只調整相位，不改變大小。

前面已經提到在采用標么值進行差動計算后，已經消除了主變變比和CT變比對二次電流幅值的影響。

需要注意的是：現場調試或檢驗時，在Y側加同樣大小的單相電流和三相電流得到的結果不同。這是因為不管輸入的是單相電流還是三相電流，差動保護的處理流程都是一樣的，即程序對矢量相減得到的值固定除以，相位的歸算也是按正常情況下（三相對稱電流）來考慮的，即都是將Y側電流向△側調整。

3.國電南自WBZ-500H系列微機變壓器保護的處理方法

國電南自WBZ-500H系列微機變壓器保護調整相角的方法與LFP900和RCS9600系列是一樣的，也是將Y側電流向△側調整，從而調整Y側電流的采樣數據。以接線組別為Y/Y/△-11的變壓器為例，得到的差流計算公式為：

Ida=[（I1a-I1b）+（I2a-I2b）]/1.732×KH+（I3a-I3b）/

1.732×KM+I4a×KL

同樣，對于幅值因此增大了的倍，由程序對矢量相減得到的值固定除以。并且與南瑞繼保采用各側的Ie標幺值進行計算不同，而是以高側為基準引入平衡系數KH、KM、KL，即為：

KH=Ie2H/Ie2H

KM=Ie2H/Ie2M

KL=Ie2H/Ie2L

4.南瑞繼保RCS978系列主變差動保護的處理方法

關于RCS978主變保護，它在500/220KV高壓系統中是很常見的。與RCS9600系列差動保護相比，它主要調整了對變壓器接線組別和變比的歸算方法，而且在平衡系數基準量的選擇和相位的調整方面都改為了由△側向Y側調整。

對于相位：最主要的不同在于把二次電流由△側向Y側進行歸算（仍然采用Y/Y接線的外部CT），這也是RCS978保護與傳統方式在相位的歸算調整方法上最主要的區別。由于Y側繞組可能流過的零序電流，所以當RCS978保護將△側向Y側進行歸算后，在差流計算中零序電流產生的影響還是必須要考慮的。對此，RCS978采取了Y側各相電流都減去零序電流的方法（該零序電流自產）。△側的相位調整采取的是矢量相減的方法（與LFP900、RCS9600系列一樣），并同時除以，矢量相減而產生幅值增大的影響得以消除。即：

Y側：

△側：

對于電流：雖然RCS978也是采用平衡系數的方式來轉換為標幺值，但是平衡系數的分子（用來計算平衡系數的基準值）并不是通常固定的5A或1A，而是根據變壓器各側額定二次電流Ie的比率大小進行不同的選擇。與LFP900一樣，RCS978保護平衡系數的計算也是根據變壓器最大容量、各側運行電壓、CT變比求出各側Ie。平衡系數公式為：

Kph=（I2n-min/I2n）×Kb

其中，Kb=min（I2n-max/I2n-min，4），I2n-max是最大的Ie，I2n-min是最小的Ie

其中，Ie的最大值（I2n-max）是否大于Ie的最小值（I2n-min）的4倍是保護程序決定平衡系數兩種不同計算公式的主要依據：

若（I2n-max/ I2n-min）<4時：Kph=I2n-max/I2n

若（I2n-max/ I2n-min）>4時：Kph=4I2n-min/I2n

若I2n-max/ I2n-min恰好等于4，以上兩公式所得出的結果一致。

當Ie最小值小于Ie的最大值的1/4時，即選擇4倍的Ie最小值（4I2n-min）為變壓器各側平衡系數的基值（分子）。對于Ie最小的那側，其平衡系數為4；如果Ie最小值大于Ie最大值的1/4時，各側平衡系數的基值（分子）為Ie的最大值，Ie最大的那側的平衡系數為1。其實，從物理意義上來看，無論是用5A還是根據Ie的數值大小倍數來選擇平衡系數的基值是一樣的，即確定一個轉換標幺值的基準。

在現場調試或檢驗中：在 220kV側（Y側）輸入A相1Ie時，保護裝置顯示A相差流值2/3的Ie，同時B相和C相的差流值均顯示為1/3的Ie 。當三相對稱電流1Ie從該側輸入時，ABC三相在保護裝置都顯示出有差流存在，差流值分別為1Ie。如果1Ie從10KV側（△側）A相輸入時，A相和B相在保護裝置中均顯示有差流，其大小分別為0.577Ie。當三相對稱的電流1Ie從該側輸入時，保護裝置顯示ABC三相都有差流，差流值分別等于1Ie。

三、結語

本文所討論的主變差動保護二次電流相位及幅值調整問題在主變差動保護的研究中屬于比較基本的問題，也是工程人員在調試和檢驗主變差動保護中必須清楚明白的問題。本文僅以幾種常用保護裝置進行探討，希望能夠對大家有所幫助。

參考文獻：

[1] RSCS9000分散式保護測控裝置技術說明書版本4.0[S].南京南瑞繼保電氣有限公司[Z].

[2] LFP900系列變壓器成套保護裝置調試大綱、使用說明書版本：V1.1[S].國家電力公司電力自動化研究院繼電保護研究所、南京南瑞繼電保護有限公司，1998.

（責任編輯：王祝萍）