淺談變壓器差動保護

喬麗毛

摘要：電力變壓器作為聯系不同電壓等級網絡的設備，是電力系統中非常重要的元件。差動保護作為其主保護由于較高的靈敏性和良好的選擇性而被廣泛的應用。本文簡要闡述了變壓器比率制動差動保護的動作原理并結合本廠微機差動保護裝置淺談接線組別和變比的歸算問題以及與其相配合的其它保護，最后簡要的介紹了微機型差動保護繼保定值校驗方法。

關鍵詞：變壓器、差動保護

一、變壓器的故障和保護配置概述

變壓器的故障可分為油箱內部故障和油箱外部故障。內部故障指的是箱殼內部發生的故障，有繞組的相間短路故障、繞組的閘間短路故障、繞組的鐵芯間的短路故障、變壓器繞組引線與外殼發生的單相接地短路，此外還有繞組的斷線故障。外部故障指的是箱殼外部引出線間的各種相間短路故障和引出線因絕緣套關閃絡或破壞通過箱殼發生的單相接地短路。

變壓器的保護分電量保護和非電量保護兩種。電量保護有：差動保護、差速斷保護、二次諧波制動保護、TA斷線閉鎖保護、PT斷線保護、過負荷、負序電壓啟動的過流高低后備保護等。非電量保護有：輕重瓦斯保護、速動油壓、壓力釋放、油溫高、冷卻故障等。其中重瓦斯、差動保護、差速斷保護共同構成了變壓器的主保護。

二、變壓器比率制動差動保護及繼電保護定值校驗

油箱內部故障立即會造成嚴重的損壞，變壓器差動保護用來反映變壓器繞組的相間短路故障、繞組的匝間短路故障、中性點接地側繞組的接地故障以及引出線的接地故障。

1、變壓器差動保護動作原理

差動保護如圖一所示由變壓器兩側的TA和差動元件按環流法接線，保護范圍為構成差動保護的TA所包含的范圍。

差動保護是根據被保護區域內的電流變化差額而動作的。在正常情況下或保護范圍外發生故障時，兩側電流互感器二次側電流大小相等，相位相同，流入差動繼電器中的電流等于流出電流，因此流經繼電器的差電流為零保護不動作，但如果在保護區內發生短路故障，則只有流進繼電器的電流沒有流出電流，總電流為變壓器兩側電流向量和不再為零，當達到啟動值時繼電器動作使其跳閘切除故障從而起到保護作用。

2、相位校正和幅值校正

2.1相位校正

電力系統中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此變壓器兩側電流的相位差30°，若兩側的TA采用相同的接線方式，則兩側對應的二次電流也相差30°左右，從而產生很大的不平衡電流因此必須先進行相位補償。

傳統相位補償方法是將變壓器星形側的TA二次側接成三角形，將變壓器的三角形側的TA二次側接成星形。隨著微機自動化裝置的出現變壓器現廣泛采用微機保護裝置，以我廠為例變壓器差動保護裝置裝置有GE T35、力導DMP322、西門子7UT613、南京泰能NAS 925。在微機型變壓器保護中，相位的校正在軟件中實現，兩側的差動TA都是Y接線。

2.2幅值校正

由于變壓器的變比、各側實際使用的TA變比之間不能完全滿足一定的關系，在正常運行和外部故障時變壓器兩側差動TA的二次電流幅值不完全相同，即使經過相位校正，從兩側流入各相差動元件的電流幅值也不同在正常運行或外部故障時無法滿足∑I=0的關系。

在微機型變壓器保護裝置中，采用在軟件上進行幅值校正。引入了一個將兩個大小不等的電流折算成作用完全相同的電流的折算系數，該系數稱作不平衡系數。將一側的電流作為基準，將另一側電流乘以該側的平衡系數使正常運行或外部故障時經過相位校正和幅值校正以后兩側的電流幅值相等。

根據變壓器的容量、接線組別、各側電壓及各側差動TA的變比，可以計算出差動兩側之間的平衡系數，下面以我廠所用差動保護裝置為例簡要介紹各裝置不平衡系數的計算原則。

2.2.1 T35數字式變壓器差動保護

例：保護定值及變壓器相關參數

高壓側CT變比：300/1? ? 低壓側CT變比：300/1

變壓器容量：16000KVA? ?變壓比：35/6.3KV? ?接線組別：YD/11

<1>基準側

T35自動對CT的不匹配進行補償，在計算差流和制動電流之前，所有電流都以變壓器一側繞組的CT為基準折算成標幺值并且都折算到參考繞組一側。參考繞組由保護裝置選擇，繞組額定電流與CT一次電流最接近的繞組被選為參考側，由參考側CT決定差動元件動作特性的設置。

I高=16000/3 35=264A? ? ?I低=16000/3 6.3=1466.3A

Imargin=300/264=1.14? ? ? Imargin=2000/1466.3=1.36

上式得基準側為高壓側

<2>各側補償系數的計算

M [1]=（300A35KV）/（300A35KV）=1

M [2]=（2000A6.3KV）/（300A35KV）=1.2

2.2.2力導DMP322變壓器微機差動保護效驗

<1>基準側：不平衡系數以高壓側為基準

<2>各側補償系數的計算

高壓側不平衡系數固化為“1”，

低壓側不平衡系數=6.3*2000*3 /（35*300*1）=2.08

2.2.3 西門子7UT612數字式變壓器微機差動保護效驗

<1>基準側：以額定電壓和CT一次額定電流作為基準。

<2>各側補償系數的計算

兩側的補償系數均以電流互感器二次額定值為基準

由變壓器相關參數得：高側Ie=0.88A? 低側Ie=0.733A

KP1=1/0.88=1.136? ? ? ? ?KP2=1/0.733=1.364

2.2.4南自泰能NAS-925變壓器微機差動保護

<1>基準側：

差動繼電器內部基準電流取電流互感器的二次額定值（5A）。

<2>各側補償系數的計算

兩側的補償系數均以電流互感器二次額定值為基準

由變壓器相關參數得：高側Ie=3.3A? 低側Ie=3.67A

KP1=5/3.3=1.515? ? ? ? ?KP2=5/3.67=1.36

3、差動元件比率制動特性

當計算得到的差電流和制動電流所對應的工作點位于該折線上方，差動元件動作。

一段折線式比率制動特性由于在制動電流較小時其動作區小，在匝間短路的情況下靈敏度很差，所以在變壓器差動保護中目前采用較多的是二段折線式比率制動特性。該特性曲線由三個參數決定：即啟動電流、拐點電流及比率制動系數。由于差動元件的動作靈敏度及躲區外故障的能力與其動作特性有關，因此也與這三個參數有關。

4、其它保護的配置

4.1 差速斷

當變壓器內部出現嚴重故障時，由于故障電流很大，將有可能導致CT飽和，致使差動元件拒動造成變壓器嚴重損壞，因此器加入差動速斷保護。

4.2 TA斷線閉鎖與解除

為確保差動保護動作的靈敏性比率制動特性的差動元件啟動電流很小，這樣當差動元件某側TA二次的一相或者兩相斷線時差動保護可能誤動，因此在微機型變壓器保護中設置有TA斷線閉鎖元件，一旦出現差動TA二次回路斷線，立即發出信號并根據需要將差動保護閉鎖。

變壓器的容量越大TA變比就越大，眾所周知TA二次回路不能開路，當TA二次發生開路由于其開路電壓很大為防止人身傷害及損壞設備TA斷線閉鎖元件不應去閉鎖差動保護讓差動動作快速切除變壓器。

4.3二次諧波制動

在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復供電等情況下變壓器勵磁電流的數值可達變壓器額定電流的6-8倍由于其幅值很大不采取措施將造成差動保護誤動。研究表明勵磁涌流中含有明顯的高次諧波其中以2次諧波為主。二次諧波制動原理就是利用躲過差動元件差電流中的二次諧波量作為制動量，區分出差流時內部故障的短路電流還是勵磁涌流從而實現勵磁涌流閉鎖的。

為確保動作的選擇性，在變壓器上還應配置有復壓閉鎖的方向過流保護作為變壓器和相鄰元件相間短路故障的后備保護，還有過負荷、變壓器本身的速斷、過流保護等。

5、變壓器差動保護的校驗方法

本次試驗選用儀器為昂立660，被試驗裝置以GE T35為例進行說明。

首先將測試儀兩組電流與T35兩組差動TA分別分相相連接，測試儀節點與T35差動跳閘出口相連接。

在“保護定值”里把“差動保護”控制字置為“1”或“投入”，其他控制字均置為“0”或“退出”。對于有差動保護硬壓板的保護裝置，還應把“差動保護”硬壓板投入。

雙擊選擇動試驗”菜單，選擇擴展差動（三相差動試驗，六路電流）在保護定義中根據實際選擇變壓器保護，根據實際設置變壓器接線組別，根據微機保護裝置選擇保護基準側，根據說明書選擇動作/制動方程公式，并根據前面介紹計算出相應的補償系數并輸入其內。根據已知定值輸入制動電流測試點區間值，動作門檻值，速斷整定值，參數設置完畢后按測試儀面板Start快捷鍵開始試驗。

試驗過程中，根據設置的動作方程和制動方程，結合當前制動電流Ir和正在搜索的動作電流Id大小，測試儀將自動計算出兩側電流，有Iabc，Ixyz輸出，同時接收保護的動作信號，按照兩分法在比率制動特性曲線兩側進行掃描，逐漸逼近確定出動作邊界，并自動計算出比率制動系數。等所有測試點均測試完畢，程序自動結束試驗。試驗結束后根據比率差動特性曲線以及數據報告確定定值校驗是否正確，裝置是否正確可靠動作。

三、結束語

電力能源已成為我們生活中不可或缺的一部分，如果電力輸送出現問題，不僅給我們的生活工作帶來嚴重的困擾還會造成巨大經濟損失。而變壓器差動保護能夠為配電線路的正常運行提供可靠的保障，分析和掌握變壓器差動保護原理能夠在極大程度上避免線路故障問題。

參考文獻

[1]王啟文、董娟.簡述微機變壓器差動保護原理與調試方法<J>.現代機械裝備，2013（6）：113-114

[2]郭全麗.徐建.徐明泰.微機比例制動式變壓器及調試<J>.山西電力.2013（6）：46-47

[3] 王麗坤.變壓器差動保護分析與研究[J]. 數字技術與應用，2010（11）：135.