對變壓器差動保護(hù)淺析

郝可看 焦立峰

摘要：發(fā)變組系統(tǒng)的縱聯(lián)差動保護(hù)是發(fā)電機(jī)、主變壓器、高廠變等發(fā)變組電氣一次系統(tǒng)發(fā)生相間故障時瞬時切除故障保障系統(tǒng)及設(shè)備安全運行的主保護(hù)。變壓器差動保護(hù)是較復(fù)雜的一種保護(hù)，其電流二次回路接線的正確性及可靠性、差動保護(hù)不平衡電流的大小均影響到變壓器差動保護(hù)的正確工作。

關(guān)鍵詞：變壓器差動保護(hù)二次回路接線電流相位;平衡系數(shù);不平衡電流

發(fā)變組系統(tǒng)的縱聯(lián)差動保護(hù)是發(fā)電機(jī)、主變壓器、高廠變等發(fā)變組電氣一次系統(tǒng)發(fā)生相間故障時瞬時切除故障保障系統(tǒng)及設(shè)備安全運行的主保護(hù)。

縱聯(lián)差動保護(hù)所用電流二次回路接線的正確性及可靠性、縱聯(lián)差動保護(hù)不平衡電流的大小均影響到縱聯(lián)差動保護(hù)的正確工作。發(fā)變組系統(tǒng)縱聯(lián)差動保護(hù)中變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)（以下稱為變壓器差動保護(hù)）是較復(fù)雜的一種保護(hù)，所以本文從變壓器差動保護(hù)電流二次回路的接線、變壓器差動保護(hù)各側(cè)電流相位的調(diào)整、變壓器差動保護(hù)各側(cè)電流平衡系數(shù)計算方面加以探討。

一、變壓器差動保護(hù)電流二次回路接線對保護(hù)裝置的影響

（一）電流回路接線錯誤導(dǎo)致保護(hù)誤動作

2007年兄弟單位發(fā)生一起在機(jī)組并網(wǎng)后帶負(fù)荷過程中#1高廠變AB差動保護(hù)誤動作致使機(jī)組跳閘事件。事件過程是這樣的，由于某種原因?qū)е?1高廠變AB低壓側(cè)6kVIA段工作電源進(jìn)線開關(guān)內(nèi)所有二次接線絕緣燒損，工作人員在更換了開關(guān)柜內(nèi)所有二次接線后，如圖（一）所示把6kVIA段工作電源進(jìn)線開關(guān)電流回路接入了#1高廠變AB差動保護(hù)裝置，導(dǎo)致在負(fù)荷電流達(dá)到一定值時差動保護(hù)誤動作。

從上面的例子可以看出變壓器差動保護(hù)裝置電流回路的正確接線是保障其正常工作條件之一。在微機(jī)差動保護(hù)裝置未使用之前，變壓器差動保護(hù)各側(cè)電流回路接線的正確性是保障差動保護(hù)正確工作條件之一，隨著微機(jī)差動保護(hù)裝置的成熟使用，現(xiàn)場差動保護(hù)裝置電流回路接線可以根據(jù)實際情況來確定，只要在微機(jī)差動保護(hù)裝置里對相應(yīng)的電流相位進(jìn)行設(shè)置就能保障差動保護(hù)裝置的電流回路極性的正確性，所以隨著科技的發(fā)展，微機(jī)差動保護(hù)裝置能適應(yīng)電流互感器二次側(cè)不同的接線情況，但前提是必須保證接入差動保護(hù)裝置的電流回路二次接線極性的正確性。

如圖（一）所示，上述#1高廠變AB差動保護(hù)裝置之所以會誤動就是因為6kV IA段工作電源進(jìn)線開關(guān)電流互感器二次接線錯誤，把#l高廠變AB低壓側(cè)6kVIA段工作電源進(jìn)線開關(guān)電流互感器二次側(cè)SI和S2上的接線互換，則裝置不會誤動作。以上是通過改變電流互感器二次側(cè)接線來糾正接線錯誤。

（二）電流回路開路導(dǎo)致保護(hù)誤動作

在繼電保護(hù)設(shè)備運行中一定要保證電流回路的完好性，否則再好的設(shè)備、設(shè)備調(diào)試得再仔細(xì)全面，同樣會造成保護(hù)裝置的拒動和誤動。

對于電流回路不是插拔式接通的變壓器差動保護(hù)裝置來說其電流回路相對比較容易維護(hù)，只要在檢修過程中檢查電流回路完好，投上電流連片后不再在電流回路上做任何工作，這樣就可以保證在機(jī)組投入運行后其電流回路接線的完好性。對于電流回路是插拔式接通的變壓器差動保護(hù)裝置，由于其保護(hù)裝置電流回路是插拔式接線，如果插座不是太緊固，即便在檢修結(jié)束前檢查電流回路完好，也會由于種種原因發(fā)生電流回路開路造成運行中差動保護(hù)不正確動作情況。

1995年兄弟電廠發(fā)生一起在機(jī)組運行中變壓器差動保護(hù)裝置誤動作的停機(jī)事件，事故起因就是因為插拔式差動保護(hù)裝置電流回路插座松動，導(dǎo)致電流回路開路而造成的。

通過上面的例子可以看出電流回路的可靠性、完好性對變壓器差動保護(hù)裝置正常工作的重要性，所以要在檢修時做好電流回路接線緊固、回路絕緣正常、保護(hù)裝置采樣正常、電流回路電阻正常、運行中巡檢電流顯示正常等工作，變壓器差動保護(hù)裝置正常運行就可得到保障。

二、因變壓器接線組別而導(dǎo)致變壓器高低壓側(cè)三相電流相位不同引起的不平衡電流

針對不同的變壓器接線組別，采取相應(yīng)的相位補償，經(jīng)過相位補償后接入主變差動保護(hù)裝置的各側(cè)電流相位相同。以下iCDA、iCDB、iCD.C為#1主變差動保護(hù)裝置的A、B、C三相差流。IYA、iYB、jyC為#1主變高壓側(cè)三相電流。IFA、iF.B、iF.C為#l發(fā)電機(jī)三相電流。iABA、iABB、iAB.C為#1高廠變AB高壓側(cè)三相電流。iCA、iCB、ic.c為#1高廠變C高壓側(cè)三相電流。KPH.Y、KPH.F、KPH AB、KPH.C為#1主變高壓側(cè)、#1發(fā)電機(jī)側(cè)、#l高廠變AB側(cè)、#1高廠變C側(cè)的電流平衡系數(shù)。

（一）Y/A-11接線組別變壓器

一次系統(tǒng)接線如圖（二）。對于這種接線組別的變壓器，三角形接線的#1發(fā)電機(jī)側(cè)、#1高廠變AB側(cè)、#1高廠變C側(cè)電流相位相同，且均超前于同相星形接線的#l主變高壓側(cè)電流30度。以#1發(fā)電機(jī)電流為基準(zhǔn)，則需把#l主變高壓側(cè)三相電流相位補償至和其他三組電流相位相同。

（二）Y/A-1接線組別變壓器

一次系統(tǒng)接線如圖（二），假如#l主變?yōu)閅/△.1接線組別變壓器。對于這種接線組別的變壓器，三角形接線的#l發(fā)電機(jī)側(cè)、#l高廠變AB側(cè)、#l高廠變C側(cè)電流相位相同，且均滯后于同相星形接線的#l主變高壓側(cè)電流30度。以#1發(fā)電機(jī)電流為基準(zhǔn)，則需把#l主變高壓側(cè)三相電流相位補償至和其他三組電流相位相同。

對于電力系統(tǒng)中其它常見的接線組別變壓器，比如△/Y-1接線組別變壓器，以圖（二）中#1高廠變C來加以說明，對于這種接線組別的變壓器，三角形接線的#1高廠變C高壓側(cè)電流超前于同相星形接線的變壓器低壓側(cè)電流30。。以#1高廠變C低壓側(cè)電流為基準(zhǔn)，則需把#1高廠變C高壓側(cè)三相電流相位補償至和低壓側(cè)三相電流相位相同。

以上是在變壓器差動保護(hù)中，針對電力系統(tǒng)常用的幾種變壓器的接線方式而進(jìn)行的三相電流相位調(diào)整，可以減小由此而產(chǎn)生的變壓器差動保護(hù)的不平衡電流。實際運行中可以根據(jù)不同變壓器的接線情況進(jìn)行不同的相位調(diào)整來滿足保護(hù)裝置的要求。

三、變壓器各側(cè)因電壓等級和電流互感器變比不同產(chǎn)生的變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)不平衡電流的解決方法

變壓器各側(cè)因電壓等級和電流互感器變比不同而產(chǎn)生的變壓器差動保護(hù)不平衡電流，可以通過以下方法來平衡。變壓器差動保護(hù)各側(cè)電流的平衡，就是把經(jīng)過相位補償后同相位的各側(cè)電流根據(jù)變壓器各側(cè)的實際參數(shù)折算到基準(zhǔn)側(cè)，然后再進(jìn)行差動電流計算。一般情況下以變壓器低壓側(cè)為基準(zhǔn)來計算其它側(cè)平衡系數(shù)，本文中以#1發(fā)電機(jī)側(cè)為基準(zhǔn)進(jìn)行#l主變差動電流平衡計算，即把其它三側(cè)電流折算至發(fā)電機(jī)側(cè)。

在計算變壓器各相差動電流的公式中有一個電流平衡系數(shù)KPH，那么電流平衡系數(shù)是怎么計算的呢？圖（三）是某廠#l發(fā)變組電氣一次系統(tǒng)接線圖及部分參數(shù)。

（一）#1主變差動保護(hù)未經(jīng)過電流平衡調(diào)整的各相不平衡電流

圖（三）中，#1主變差動保護(hù)高壓側(cè)電流經(jīng)過相位調(diào)整后雖然相位與其它三側(cè)相同，但如果#l主變各側(cè)電流不進(jìn)行電流平衡調(diào)整，以某廠2019.6.15#1發(fā)變組實際運行參數(shù)計算，見表（一），則正常運行中各相不平衡電流值為：

|ICD.A|=|0.60-0.57-0.08-0.02|=0.07A

|ICD.B|=|0.61-0.57-0.08-0.02|-0.06A

|ICD.C|=|0.6 1-0.5 8-0.08-0.02|=0.07A

表（一）是某廠2019.6.15#1發(fā)變組實際運行參數(shù)：

通過以上計算，正常運行情況下#1主變差動保護(hù)A、B、C三相不平衡電流值偏大，接近于O.IA。

（二）#1主變差動保護(hù)各側(cè)電流經(jīng)過電流平衡調(diào)整后的各相不平衡電流

以下以#l高廠變C為例來說明變壓器差動保護(hù)平衡系數(shù)的計算。見圖（三），#l高廠變C高低壓側(cè)額定電流如表（二）。

假設(shè)#1高廠變C工作在額定狀態(tài)下，則正常運行時為使差動保護(hù)不動作，則有|iCDA|=0.76*（0.65/0. 76）-0.65|-OA（把#l高廠變C高壓側(cè)電流折算到低壓側(cè)計算的差流），則式中的0.65/0.76就是為了平衡高低壓側(cè)的電流而設(shè)的#1高廠變C高壓側(cè)電流平衡系數(shù)，即#1高廠變C高壓側(cè)電流平衡系數(shù)等于低壓側(cè)額定電流（基準(zhǔn)側(cè)額定電流1除以高壓側(cè)額定電流的值，則有

KPH△-0.65/0.76-0.85，因為以低壓側(cè)為基準(zhǔn)所以低壓側(cè)平衡系數(shù)為1。根據(jù)上圖（三）中所示參數(shù)，則#1主變各側(cè)額定電流如表（三）：

根據(jù)差動保護(hù)各側(cè)電流平衡系數(shù)等于基準(zhǔn)側(cè)額定電流除以各側(cè)額定電流的值，#1主變各側(cè)的電流平衡系數(shù)如表（四）：

根據(jù)表（一）某廠2019.6.15#1發(fā)變組實際運行參數(shù)，計算出#l主變差動保護(hù)各側(cè)實際電流折算至發(fā)電機(jī)側(cè)的各側(cè)電流值如表（五）：

#1主變差動保護(hù)各側(cè)電流進(jìn)行相位調(diào)整和電流平衡后，計算出正常運行時#1主變差動保護(hù)各相不平衡電流值如下（即#l主變差動保護(hù)各側(cè)電流折算至發(fā)電機(jī)側(cè)，然后再進(jìn)行差流計算）：

|CD.A|=|0.60-0.59-0.02-0.01 |=0.02A

|CD.B|=|0.6|-0.59-0.02-O.01|=O.O1A

|CD.C|=|0.61-0.60-0.02-0.01|=0.02A

由此可見#1主變差動保護(hù)各側(cè)電流經(jīng)過相位調(diào)整和電流平衡后計算出的差流趨向于OA，只有很小的不平衡電流。某廠#1主變差動保護(hù)（南瑞RCS-985TM）差流實際計算是這樣的：先計算各側(cè)實際運行電流的校正電流，然后通過校正電流計算變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)各相差流。校正電流=實際運行電流/本側(cè)的額定電流。以下是根據(jù)某廠2019.6.15#1發(fā)變組實際運行參數(shù)計算出的#l主變差動保護(hù)各相差流。

#1主變差動保護(hù)各側(cè)各相校正電流如表（六）：

則#l主變差動保護(hù)各相差流值如下

|CD.A|=（|0.674-0.663-0.026-0.006|）le=0.02I。

|ICD.B|=（|0.685-0.663-0.026-0.006|）le=0.01I。

|CD.C|=（|0.685-0.674-0.026-0.006|）le=0.02 Ie

如果把上述差流折算至#1發(fā)電機(jī)側(cè)，則數(shù)值如下：

|CD.A|=0.02 Ie-0.02*0.89=0.02A

|ICD.B|=O.OI Ie=0.01*0.89=O.OIA

|ICD.C|=0.02 Ie=0.02*0.89-0.02A

也可以計算出折算至#l主變高壓側(cè)、#1高廠變AB高壓側(cè)或#1高廠變C高壓側(cè)的各相對應(yīng)差流，只是需要乘以對應(yīng)側(cè)的額定電流即可。在實際運行中變壓器的差流是歸算至變壓器低壓側(cè)的差流。

這種算法的結(jié)果和采用平衡系數(shù)算法的結(jié)果一致。上述算法和先算出各側(cè)折算至發(fā)電機(jī)側(cè)的對應(yīng)電流再計算各相差流，原理是一樣的，只是后一種計算方法使保護(hù)調(diào)試更簡單，但是在平時巡檢過程中我們看到的不是一個直觀的差流值，而是一個基于額定電流的倍數(shù)值，要想知道其實際差流，還得進(jìn)行差流計算。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[D].天津大學(xué)

[2]南京南瑞繼保電氣有限公司《RCS-985發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說明書》ZL-YJBH2001.1305.