針對變壓器差動保護比率制動特性及影響分析

劉笑宇 高艷紅 李熠 劉薇薇

摘 要：目前在變壓器縱差保護裝置中，為了在保證選擇性的同時，最大限度的提高靈敏性，均采用具有比率制動特性的差動元件。下面以本單位廣泛應用的PST-1200系列裝置和RCS-978系列裝置差動元件為例進行分析，同時就變壓器差動保護受制影響的相關因素進行綜合討論。

關鍵詞：差動保護；影響；動作特性

中圖分類號：TM407 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0046-02

Abstract： At present， in the transformer longitudinal differential protection device in order to ensure the selectivity at the same time to maximize the sensitivity of the use of ratio braking characteristics of differential components. The PST-1200 series device and RCS-978 series device differential elements which are widely used in this unit are taken as examples to analyze， and the relevant factors affecting transformer differential protection are discussed comprehensively.

Keywords： differential protection； influence； operating characteristics

1 動作特性和動作方程

（1）PST-1200系列裝置比率制動特性曲線如圖1所示，圖中所用電流均為有名值，三折線上方視為動作區，下方視為制動區，圖中的曲線（虛線）為不平衡電流曲線。當計算得到的差電流Id和制動電流Ir所對應的工作點位于折線的上方，差動元件動作。其動作方程如式（1）所示。

圖1 PST-1200系列裝置比率制動特性曲線

（1）

式中：Kz1和Kz2分別為第二和第三段折線斜率，也叫比率制動系數；Id0為差動元件的起動電流，也叫最小動作電流或初始動作電流；Ir0和Ir1分別為拐點電流，從圖中可以看出第一段折線不帶斜率，即無制動作用，所以Ir0又叫最小制動電流；Id為差電流，計算公式如式（2）；Ir為制動電流，計算公式為

式中的 ′AH， ′AM， ′AL分別為經過相位幅值折算之后的高中低三側二次電流。

（2）RCS-978系列裝置的比率制動特性曲線與圖1有所差異，第一段折線是帶斜率的直線，可見只要有電流加入裝置，裝置的制動電流就不為零，故不存在最小制動電流一說，差電流計算公式如式（1），制動電流計算公式如式（3）。

（3）

2 差動保護的影響因素

2.1 勵磁涌流影響

所謂勵磁涌流即：當變壓器空載投入或者外部故障突然切除后電壓恢復時，變壓器電壓從零或很小的數值突然上升到運行電壓，由于變壓器的飽和，會產生很大的暫態勵磁電流，這個電流稱為勵磁涌流。利用勵磁涌流含有大量二次諧波、波形不對稱和波形存在間斷，可以構成閉鎖來防止差動保護誤動。

以RCS-978系列裝置二次諧波制動為例來說明其閉鎖原理。當某項差流大于差流定值，且諧波滿足要求時，即滿足式（4）時，認為差流是勵磁涌流引起的，閉鎖差動保護。

（4）

其中，Id？準，Id？準1，Id？準2分別為某項差電流、基波和二次諧波；k2為二次諧波含量制動系數，一般取0.1～0.2；Izd為差流定值。

2.2 CT斷線影響

目前，在微機保護裝置中，采用根據電流變化情況、變化趨勢以及電流值大小來判斷CT斷線。當滿足：（1）變壓器只有一側的電流發生變化；（2）變化趨勢是由大到小；

（3）電流值小于額定電流，則可判定為電流變化側的CT斷線。若各側電流均發生變化，變化趨勢由小到大，且大于額定電流，則認為發生故障。

2.3 CT飽和影響

CT飽和識別元件可利用二次電流中的二次和三次諧波含量與設定值的大小關系來判斷CT是否飽和。以RCS-978系列裝置為例，當運行中某相出現差流且與差流相關的各相電流滿足式（5），則認為該項差流是CT飽和引起

的，閉鎖差動保護。

（5）

其中，I？準1，I？準2，I？準3分別為電流的基波、二次諧波和三次諧波含量；k？準2，k？準3分別為某比例常數。

2.4 差動速斷保護

當變壓器內部發生嚴重短路時，由于短路電流很大，會使CT出現嚴重飽和，同時CT二次電流波形產生畸變，含有大量的高次諧波，這時有可能會被勵磁涌流判別元件誤認為是勵磁涌流，使差動保護閉鎖，造成變壓器嚴重損壞。為克服這一缺陷，差動保護都配置了差動速斷元件，該元件無制動量，無論差流諧波分量大小，只要差流的有效值超過整定值，將迅速動作跳開變壓器各側開關。差動速斷動作方程為：Id>Isd（6）其中，Isd差動速斷電流整定值，按照躲過勵磁涌流來整定。

3 主變差動保護校驗

3.1 實驗前準備

（1）封三側電流回路，斷開相應的端子排連片，作好記錄。（2）接線：可采用“A進N出”和“A進B出”兩種方式，本文在實驗中高壓側采用“A進B出”接線方式，低壓側采用“A進N出”接線方式。（3）實驗目的：1）各側差動電流起動值校驗；2）比率制動特性校驗；3）比率制動特性曲線斜率校驗；4）二次諧波制動校驗；5）差動速斷校驗。（4）參數和定值情況如表1所示。

表1 主變各側參數以及定值情況

3.2 主變差動保護校驗

3.2.1 比率制動特性校驗

由于RCS-978裝置的第一段折線是帶斜率的直線，只要有電流加入裝置，裝置的制動電流就不為零，所以無法直接對起動電流進行校驗，但可以在完成第一段比率制動系數檢驗后通過理論計算反向驗證。所以實驗目的中的1）、2）、3）可以一起進行。

首先假設起動電流為0.8（標幺值），各段的比率制動系數分別為0.2，0.5，0.75，實驗選變壓器的高低兩側進行，電流分別為I1和I2，不妨滿足I1>I2，則在此假設下的動作方程為

（7）

由于I1>I2，得Id=| 1+ 2|=I1-I2，Ir= （| 1|+| 2|）= （I1+I2）。

加模擬量時，在高壓側采用“A進B出”接線，高壓側A相通電流值為5.868？鄢0.284=1.667∠0°。在低壓側采用“A進N出”接線，A相通入 ？鄢3？鄢0.5368=2.789∠180°，但所加模擬量應稍微增加一點，保證差動保護不動。然后以較小的步長慢慢降低低壓側電流值，直至保護動作，記下此時實際所加的高低壓側電流值，然后再折算回標幺值，并計算出所對應的Id1和Ir1。重新選一組I1和I2，重復上述實驗，得到第二組Id2和Ir2，由此可得到第二段折線的比率制動系數為

3.2.2 差動速斷保護校驗

要求：1.05倍可靠動作，0.95倍可靠不動作。

以高壓側為例，當電流值大于等于1.05*8Ie時，起動差動速斷和比率差動兩個保護，所以差動速斷存在以下三種動作情況。

（1）電流值大于等于1.05*8Ie，且二次諧波含量大于

17%，比率差動保護被制動，只有差動速斷可靠動作。（2）電流值大于等于1.05*8Ie，且二次諧波含量小于17%，差動速斷和比率差動都可靠動作。（3）電流值小于等于0.95*8Ie，無論二次諧波含量多少，差動速斷均可靠不動。

4 結束語

變壓器作為電力系統的核心設備，一但出現變壓器損壞則會造成不可挽回的損失，只有保證變壓器穩定運行才會保證電力系統的穩定性，同時需要與變壓器配置更多的保護，如非電量保護、差動保護，零序過流，復合啟動過電壓等等。本文即對其差動保護作相關分析討論，對實踐有一定的參考性。

參考文獻：

[1]李瑞生，李燕斌，周逢權.智能變電站功能架構及設計原則[Z].2010.

[2]楊齊遜.微型機繼電保護基礎[M].北京：水電出版社，1988.

[3]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術（第二版）[M].北京：中國電力出版社，1995.

[4]國家電網.Q＼GDW383-2009智能變電站技術導則[S].