電流法判別變壓器差動保護接線的正確性

李益民

摘要：電力變壓器是電力系統中的重要電氣設備，其發生故障給供電可靠性和系統的正常運行帶來了嚴重后果，因此必須根據變壓器容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護。文章介紹了BCH-2E差動保護裝置接線及其電流矢量圖，及如何用電流法判別差動保護接線的正確性。

關鍵詞：變壓器；差動保護接線；電流法；矢量圖；電力系統；電氣設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM403 文章編號：1009-2374（2017）02-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.060

1 概述

電力變壓器是電力系統中大量使用的重要電氣設備，它的故障給供電可靠性和系統的正常運行帶來了嚴重后果，因此必須根據變壓器容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護。縱差保護作為變壓器的主保護，主要保護變壓器繞組和引出線的相間短路以及中性點直接接地電網側繞組和引出線的接地短路和匝間短路，它具有速動性。電流速斷保護雖然也有上述功能，但由于它是從故障元件的一側反應故障參數，靈敏度往往滿足不了要求（對于2MVA及以上變壓器），故一般應裝縱差動保護。

2 BCH-2E差動保護裝置接線

變壓器采用繼電器差動保護裝置是基于比較被保護變壓器兩側的電流大小和相位原理構成的，為此在變壓器兩端應裝設型號、性能相同的電流互感器，且在接線時應注意電流互感器的極性聯接，一般采用環流法接線。考慮到變壓器高、低壓側（或多側）電流大小和相位一般均不同，所以首先對兩側（或多側）電流進行相位補償，再進行數值補償。現結合本司35kV變電所1#主變進行分析：該主變型號：SF9-10000 35/10.5kV YN/d11，投運于1995年，其主接線圖和差動保護接線示意圖如圖1，差動保護裝置采用BCH-2E繼電器。相位補償方法：變壓器Y側的電流互感器按?接法連接，?側的電流互感器按Y接法連接，將兩側電流互感器靠近被保護變壓器的兩端接入差動保護裝置，Y接法的電流互感器中性線分別接入3相差動保護裝置。這樣保護裝置流入的電流iU441、iV441、iW441分別與流出的電流iU411、iV411、iW411同相；數值補償方法：電流互感器1TA、4TA按標準變比選取后，變壓器正常運行時，iU441與iU411幅值大小一般不等（分析A相，其余兩相類同），在BCH-2E繼電器的兩側或電流較小一側差動線圈回路中接入平衡線圈，保證保護裝置兩側的動作安匝數相等[動作安匝數=（差動線圈匝數+平衡線圈匝數）*電流整定值]，避免不平衡電流（iU441-iU411）對保護裝置的影響而誤動作。在保護范圍內發生故障時，流入保護裝置的電流為故障電流，裝置可靠動作。正確計算整定動作值，在變壓器正常運行和保護范圍外故障時（穿越性短路），流過保護裝置的電流只有不平衡電流，保護裝置完全能躲過不平衡電流的影響。因此在變壓器運行時直接測量流入、流出差動保護裝置回路的電流數值大小，并與不平衡電流做比較，即可判別保護裝置接線的正確性。

3 電流法判別差動保護接線的正確性

筆者在變壓器試驗后投運時，用數字鉗形電流表測量BCH-2E保護裝置各電流回路電流，數據如下：

根據測量數據|iU|=|iV|=0.8A，|iW|=1.6A，初步判斷這三個不平衡電流數值有問題，正常時應該很小。查閱該變壓器以及繼電保護設計資料如下：1TA變比400/5，4TA變比800/5，1TA二次額定電流（iU411、iV411、iW411）為3.61A，4TA二次額定電流（iU441、iV441、iW441）為3.575A；BCH-2E差動保護繼電器動作電流為60/（6+1）=8.57A，其中動作安匝數60，差動線圈匝數6，平衡線圈匝數1，短路線圈抽頭C2-C1，校驗靈敏系數為2.69。設計和選型均沒問題。

仔細分析以上數據，|iU|=|iU411-iU441|，|iV|=|iV411-iV441|，|iW|=|iW411-iW441|，在變壓器額定運行下，不平衡電流|iU|=|iV|=|iW|=3.61-3.575=0.035A（三相負荷基本平衡，不考慮變壓器分接開關引起的誤差）。對比以上所測數據，相差甚大，判斷線路接線有錯誤。現分析如下：

在正確的接線情況下，參見圖2中正確電流矢量圖：iU411和iU441相位相同，數值大小基本相等，|iU|=|iU411-iU441|=0，其余兩相也如此。現以3DK為例分析：正確的情況下，|iW|=|iW411-iW441|=|0.8-0.8|=0，而實測值|iW|=1.6A，即|iW|=|iW411-iW441|=|0.8-（-0.8）|=1.6A或|iW|=|iW411-iW441|=|-0.8-0.8|=1.6A，可判斷1TA或4TA的C相二次側極性接反；再分析1DK：|iU411|=0.8A，|iU441|=0.8A，正確的情況下，|iU|=|iU411-iU441|=|0.8-0.8|=0，實測值|iU|=0.8A，即iU、iU411、iU441三者電流數值大小相等。從空間矢量圖分析，iU、iU411、iU441三者空間矢量組成等邊三角形。|iU|=|iU411-iU441|=|0.8∠0°-0.8∠60°|=|0.8∠-60°|=0.8A或|iU|=|iU411-iU441|=|0.8∠0°-0.8∠-60°|=|0.8∠60°|=0.8A，即iU411、iU441相角差60°。同理2DK中iV、iV411、iV441也如此。

在假設1TA二次側接線正確情況下，先畫出iU411、iV411、iW411矢量（正序），如圖2中正確電流矢量。由3DK分析結論可知iW441與iW411相位差180°，畫出iW441矢量；再由1DK分析結論可知iU441相位超前或滯后iU411 60°，由于iW441矢量位置已定（也即iW441相位滯后iU41160°），iU441矢量位置也可確定，即iU441相位是超前iU41160°。同理，可確定iV441相位滯后iV41160°。畫出如圖2中錯誤電流矢量圖，可看出iU441、iV441、iW441三者相位分別與iU411、iV411、iW411不同相，六者電流矢量相位在空間分別差60°，可判斷iU441、iV441、iW441三者極性接反；4TA二次側電流矢量相序為iU441、iW441、iV441（正常為iU441、iV441、iW441，即正序），可見iV441、iW441二者相序有對調。

由上分析可判斷4TA二次側三相接線極性接反，且A相和B相的線路有對調（當然判1TA也行，但不影響分析）。

隨后用相位儀測量差動繼電器電流回路與10KV PT電壓小母線Uab之間的相位角，數據如下：

畫出電壓、電流矢量圖，如圖3中錯誤電壓電流矢量圖，結論和用上述電流法分析一致。停電檢查1TA和4TA接線，發現4TA極性接反且iU441和iV441線路有對調。調整線路后用相位儀再次測量，數據如表2，其矢量圖如圖3中正確電壓電流矢量圖。

同時再次用電流法測量保護裝置各電流回路電流，|iU411|=|iU441|=2.0A，iU=0A，其余兩相數值也如此。

變壓器正常運行中，上述錯誤接線導致差動繼電器差動線圈中流過負荷電流。差動繼電器動作電流整定按躲過外部短路時的最大不平衡電流整定（由于勵磁涌流和電流互感器二次回路斷線電流相對較小），故在變壓器空載投運和負荷較小時，差動繼電器并不動作。在變壓器過負荷時（互感器二次電流達8.57/2=4.285A，過負荷系數1.24）或差動保護范圍外10kV側短路，流過差動繼電器差動線圈中的電流，其中兩相為過負荷電流或短路電流，最大一相是2倍過負荷電流或短路電流，差動保護將可能誤動。

4 結語

傳統的繼電器差動保護裝置接線較多，電力變壓器的聯結組別大都是Y/?，電流互感器二次側要進行?/Y變換，同時還必須注意兩側（或多側）互感器極性端的接法，在施工中容易出錯。因此在變壓器投運前和做預防性試驗時，不僅要校驗差動保護裝置的動作值，還應檢查其二次接線的正確性。本文提出的用電流法判別變壓器采用繼電器差動保護裝置接線的正確性不失為一種簡單而有效的方法，同時對變壓器微機差動保護裝置也具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1] 王廣延，呂繼紹.電力系統繼電保護原理與運行分析[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2] 任元會，卞凱生.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

（責任編輯：秦遜玉）