對變壓器差動保護淺析

郝可看 焦立峰

摘要：發變組系統的縱聯差動保護是發電機、主變壓器、高廠變等發變組電氣一次系統發生相間故障時瞬時切除故障保障系統及設備安全運行的主保護。變壓器差動保護是較復雜的一種保護，其電流二次回路接線的正確性及可靠性、差動保護不平衡電流的大小均影響到變壓器差動保護的正確工作。

關鍵詞：變壓器差動保護二次回路接線電流相位;平衡系數;不平衡電流

發變組系統的縱聯差動保護是發電機、主變壓器、高廠變等發變組電氣一次系統發生相間故障時瞬時切除故障保障系統及設備安全運行的主保護。

縱聯差動保護所用電流二次回路接線的正確性及可靠性、縱聯差動保護不平衡電流的大小均影響到縱聯差動保護的正確工作。發變組系統縱聯差動保護中變壓器縱聯差動保護（以下稱為變壓器差動保護）是較復雜的一種保護，所以本文從變壓器差動保護電流二次回路的接線、變壓器差動保護各側電流相位的調整、變壓器差動保護各側電流平衡系數計算方面加以探討。

一、變壓器差動保護電流二次回路接線對保護裝置的影響

（一）電流回路接線錯誤導致保護誤動作

2007年兄弟單位發生一起在機組并網后帶負荷過程中#1高廠變AB差動保護誤動作致使機組跳閘事件。事件過程是這樣的，由于某種原因導致#1高廠變AB低壓側6kVIA段工作電源進線開關內所有二次接線絕緣燒損，工作人員在更換了開關柜內所有二次接線后，如圖（一）所示把6kVIA段工作電源進線開關電流回路接入了#1高廠變AB差動保護裝置，導致在負荷電流達到一定值時差動保護誤動作。

從上面的例子可以看出變壓器差動保護裝置電流回路的正確接線是保障其正常工作條件之一。在微機差動保護裝置未使用之前，變壓器差動保護各側電流回路接線的正確性是保障差動保護正確工作條件之一，隨著微機差動保護裝置的成熟使用，現場差動保護裝置電流回路接線可以根據實際情況來確定，只要在微機差動保護裝置里對相應的電流相位進行設置就能保障差動保護裝置的電流回路極性的正確性，所以隨著科技的發展，微機差動保護裝置能適應電流互感器二次側不同的接線情況，但前提是必須保證接入差動保護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差動保護裝置之所以會誤動就是因為6kV IA段工作電源進線開關電流互感器二次接線錯誤，把#l高廠變AB低壓側6kVIA段工作電源進線開關電流互感器二次側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接線來糾正接線錯誤。

（二）電流回路開路導致保護誤動作

在繼電保護設備運行中一定要保證電流回路的完好性，否則再好的設備、設備調試得再仔細全面，同樣會造成保護裝置的拒動和誤動。

對于電流回路不是插拔式接通的變壓器差動保護裝置來說其電流回路相對比較容易維護，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裝置，由于其保護裝置電流回路是插拔式接線，如果插座不是太緊固，即便在檢修結束前檢查電流回路完好，也會由于種種原因發生電流回路開路造成運行中差動保護不正確動作情況。

1995年兄弟電廠發生一起在機組運行中變壓器差動保護裝置誤動作的停機事件，事故起因就是因為插拔式差動保護裝置電流回路插座松動，導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，變壓器差動保護裝置正常運行就可得到保障。

二、因變壓器接線組別而導致變壓器高低壓側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，采取相應的相位補償，經過相位補償后接入主變差動保護裝置的各側電流相位相同。以下iCDA、iCDB、iCD.C為#1主變差動保護裝置的A、B、C三相差流。IYA、iYB、jyC為#1主變高壓側三相電流。IFA、iF.B、iF.C為#l發電機三相電流。iABA、iABB、iAB.C為#1高廠變AB高壓側三相電流。iCA、iCB、ic.c為#1高廠變C高壓側三相電流。KPH.Y、KPH.F、KPH AB、KPH.C為#1主變高壓側、#1發電機側、#l高廠變AB側、#1高廠變C側的電流平衡系數。

（一）Y/A-11接線組別變壓器

一次系統接線如圖（二）。對于這種接線組別的變壓器，三角形接線的#1發電機側、#1高廠變AB側、#1高廠變C側電流相位相同，且均超前于同相星形接線的#l主變高壓側電流30度。以#1發電機電流為基準，則需把#l主變高壓側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

一次系統接線如圖（二），假如#l主變為Y/△.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發電機側、#l高廠變AB側、#l高廠變C側電流相位相同，且均滯后于同相星形接線的#l主變高壓側電流30度。以#1發電機電流為基準，則需把#l主變高壓側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高壓側電流超前于同相星形接線的變壓器低壓側電流30。。以#1高廠變C低壓側電流為基準，則需把#1高廠變C高壓側三相電流相位補償至和低壓側三相電流相位相同。

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

三、變壓器各側因電壓等級和電流互感器變比不同產生的變壓器縱聯差動保護不平衡電流的解決方法

變壓器各側因電壓等級和電流互感器變比不同而產生的變壓器差動保護不平衡電流，可以通過以下方法來平衡。變壓器差動保護各側電流的平衡，就是把經過相位補償后同相位的各側電流根據變壓器各側的實際參數折算到基準側，然后再進行差動電流計算。一般情況下以變壓器低壓側為基準來計算其它側平衡系數，本文中以#1發電機側為基準進行#l主變差動電流平衡計算，即把其它三側電流折算至發電機側。

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KPH，那么電流平衡系數是怎么計算的呢？圖（三）是某廠#l發變組電氣一次系統接線圖及部分參數。

（一）#1主變差動保護未經過電流平衡調整的各相不平衡電流

圖（三）中，#1主變差動保護高壓側電流經過相位調整后雖然相位與其它三側相同，但如果#l主變各側電流不進行電流平衡調整，以某廠2019.6.15#1發變組實際運行參數計算，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發變組實際運行參數：

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

（二）#1主變差動保護各側電流經過電流平衡調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平衡系數的計算。見圖（三），#l高廠變C高低壓側額定電流如表（二）。

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

KPH△-0.65/0.76-0.85，因為以低壓側為基準所以低壓側平衡系數為1。根據上圖（三）中所示參數，則#1主變各側額定電流如表（三）：

根據差動保護各側電流平衡系數等于基準側額定電流除以各側額定電流的值，#1主變各側的電流平衡系數如表（四）：

根據表（一）某廠2019.6.15#1發變組實際運行參數，計算出#l主變差動保護各側實際電流折算至發電機側的各側電流值如表（五）：

#1主變差動保護各側電流進行相位調整和電流平衡后，計算出正常運行時#1主變差動保護各相不平衡電流值如下（即#l主變差動保護各側電流折算至發電機側，然后再進行差流計算）：

|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主變差動保護各側電流經過相位調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（南瑞RCS-985TM）差流實際計算是這樣的：先計算各側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差動保護各相差流。校正電流=實際運行電流/本側的額定電流。以下是根據某廠2019.6.15#1發變組實際運行參數計算出的#l主變差動保護各相差流。

#1主變差動保護各側各相校正電流如表（六）：

則#l主變差動保護各相差流值如下

|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發電機側，則數值如下：

|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、#1高廠變AB高壓側或#1高廠變C高壓側的各相對應差流，只是需要乘以對應側的額定電流即可。在實際運行中變壓器的差流是歸算至變壓器低壓側的差流。

這種算法的結果和采用平衡系數算法的結果一致。上述算法和先算出各側折算至發電機側的對應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調試更簡單，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值，要想知道其實際差流，還得進行差流計算。

參考文獻：

[1]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[D].天津大學

[2]南京南瑞繼保電氣有限公司《RCS-985發電機變壓器成套保護裝置技術和使用說明書》ZL-YJBH2001.1305.