變壓器比率差動保護原理及校驗方法分析

【摘? 要】隨著高壓輸電線路在我國的進一步發展與完善，各種變壓器越來越多，為了減少變壓器發生故障次數，有效保證電網可靠性，加強對變壓器的研究具有十分重要的意義。論文從變壓器比率差動保護原理及校驗方法等方面進行分析，希望可以起到一定借鑒意義。

【Abstract】With the further development and improvement of high voltage transmission lines in China， more and more transformers are available. In order to reduce the number of transformer failures， effectively ensure the reliability of power grid， it is very important to strengthen the research of transformers. In this paper， the principle of transformer ratio differential protection and check method are analyzed， hoping to provide some reference.

【關鍵詞】變壓器;差動;保護;校驗

【Keywords】transformer; differential; protection; check

【中圖分類號】TM774? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0168-02

1 引言

隨著生產生活進一步發展，社會各界對電能需求量進一步增加，電力企業為滿足當前用電需求，不斷優化電網，各種各樣高壓輸電線路、變壓設備等逐漸投入到電網建設之中。變壓器屬于電網重要儀器之一，保證變壓器質量可以有效提升電網整體可靠性。而研究變壓器比率差動保護原理及校驗，對于提升變壓器自身可靠性有很大意義。

2 變壓器比率差動保護原理

差動保護屬于變壓器保護形式的一種，是指比較變壓器不同側相位與電流不同，進而構成一種保護。盡管變壓器各側電路互不相通，電流不等，但可以根據變壓器短路（外部）時流出與流入變壓器的功率與正常情況下變壓器工作時流出與流入變壓器的功率進行比對，利用各側電流安匝之和近似為零等，進而建立相應的差動保護平衡方程[1]。一旦變壓器內部發生故障后，可以通過建立相應差動保護平衡方程對相應差動電流流過的差動回路進行控制，促使差動繼電器發揮作用，進而對變壓器進行保護。

2.1 不平衡電流產生的原因

一旦變壓器外部電路出現短路等故障后，差流回路（差動保護）會產生較大非平衡電流。一般導致不平衡電流出現的原因包括以下幾個：各側電流（變壓器）的互感器變比和型號不一致;高低壓側（變壓器）繞組接線的形式不相同;暫態非平衡電流產生原因與變壓故障、空載電流有很大關系，變壓器外部故障消除后，或者有空載電流進入電源后，電壓恢復勵磁涌流導致暫態非平衡電流出現;變壓器帶負荷調分接頭引起變比變化。

2.2 不平衡電流處理措施

常規變壓器非平衡電流處理方式包括如下幾種：確保各側電流互感器必須一致。相關技術人員選擇相同電流互感器，安裝在變壓器各側要盡可能選擇變比、型號相同的儀器，確保各側對變壓器影響相同，避免非平衡電流產生。技術人員也可以適當增加保護動作電流，以有效避免外部短路造成非平衡電流產生，動作電流具體數額要在對差動保護的整定計算中，進一步考慮[2];相關技術人員可以利用相位補償法有效解決因高低壓側繞組方式不同導致的非平衡電路;相關技術人員可以采用波形對稱原理、二次諧波制動原理、勵磁涌流波形和內部短路電流差別等方式來躲避勵磁涌流，避免非平衡電流產生;可以利用對變壓器差動保護的整定計算的進一步優化，消除由于帶負荷調分接頭導致的非平衡電流問題。

2.3 相位補償方法——變壓器各側電流

一般各側互感器（變壓器）接線方式以星形為主，母線為各側線路另一側的極性端。相關技術人員可以利用軟件對各側二次電流（變壓器）相位進行調整，為了可以更為形象化地對相位補償進行分析，筆者以500kV的RCS978保護為例，進一步區分故障和涌流的特征，提高變壓器各側保護質量。對500kV的RCS978保護中Y0/△—11的接線上，校正的方式主要如下：

式中IA、IB、IC為Y0側二次電流，I′A、I′B、I′C為經過校正之后Y0側各相位電流;Ia、Ib、Ic為△側二次電流，I′a、I′b、I′c為經過校正之后△側各相位電流。

相關技術人員需要采取相應手段對變壓器電流相位進行補償，可以采用加裝中間帶平衡繞組或者技術人員選擇中間變流器加裝形式，以確保變壓器電流相位補償質量。之所以需要進行相位補償是因為實際變壓變比與CT稱變比、主變銘牌標是存在一定誤差的，通過相位補償法可以盡量消除誤差對變壓產生的影響，確保變壓器質量。技術人員采用相應手段進行補償時要依據主變比同CT變比的情況，對二次電流平衡系數進行優化計算，并將二次電流（各側）歸算為同一側之后再進行補償。

3 變壓器差動保護比率制動特征研究

除去上述所講述互感器等對變壓器各側電流產生影響外，還需要考慮CT磁飽和受到外部故障或者主變區短路帶來的影響，技術人員利用CT很難將真實電流變化情況反映出來，差流平衡很難達到，很有可能導致差動保護出現一些偏差，所以微機保護需要采用比率制動差動繼電器[3]。比率制動差動主要特征為：動作電流會以一定比率隨著不平衡電流的變大而逐漸增大，且增長速率要比非平衡電流增長速度快一些。以500kV的RCS978變壓器保護為例，其差動穩態比率差動特征方程如下：

式中，額定電流（變壓器）用Ie表示;變壓器各側電流用Ii表示，i=1，2...，m;制動電流用Ir表示;差動電流用Id表示;穩態比率差起動定值用Iedqd表示;比率制動系數整定值用Kbl表示，范圍為0.20～0.75之間，一般實驗中推薦整定值為Kbl=0.5。需要注意，上述方程是各側（變壓器）相位、幅值差異已經消除之后的動作特征方程。

4 比率制動特性曲線及驗證

4.1 比率制動特性曲線

根據比率制動特性，繪制如下圖1比率制動特性曲線。

穩態比率差動保護按相判別，滿足變壓器差動保護比率制動特征。上述公式（3-1）描述的為經過TA飽和判別比率差動保護過程，整個比率制動靈敏度在勵磁涌流判別后得到了有效保證，另外由于TA飽和判據引入可以有效對變壓器外部引起故障進行分析與判斷，不會導致差動誤動。式（3-2）、（3-3）比率差動保護機制只經過可選擇TA斷線判別勵磁涌流判別即可出口。通過對比率制動特征的利用來有效抵抗暫態飽和與穩態飽和（變壓器外部故障時），有效保障差動動作的精準性。

4.2 比率制動特性曲線驗證

已知500kV的RCS978變壓器參數高壓側Ⅰ側一次額定電流為472A，二次額定電流為1.96A，各項平衡系數為4.00;中壓側Ⅱ側一次額定電流為904A，二次額定電流為3.61A，各項平衡系數為2.177;低壓側Ⅲ側一次額定電流為9897A，二次額定電流為16.5A，各項平衡系數為0.476。技術人員利用Ⅰ側、Ⅱ側（Y0側）做檢驗，在任意一側增加電流I=1，代入公式進行計算，實際應在Ⅰ側加入1.96A，在Ⅱ側加入3.61A，無差流。同樣當在任意一側加入I=0.5A電流時，Ⅰ側加入0.98A，在Ⅱ側加入1.805A，無差流。

5 結語

綜上所述，變壓器比率差動保護原理及校驗方法比較多，在實際校驗過程中難度也比較大，相關技術人員只要掌握相應手段，并將其合理應用，即可以有效校驗主變差動保護。

【參考文獻】

【1】陶建軍，趙國君.RCS-985TS裝置差動保護校驗方法[J].梅山科技，2019（1）：51-54.

【2】翁漢琍，王勝，林湘寧.基于波形相似度的抗電流互感器飽和變壓器相位差動保護[J].電力系統自動化，2019，43（04）：190-204.

【3】夏經德，袁玉寶，劉歡慶.一種采用縱向阻抗的變壓器保護算法[J].電測與儀表，2019，56（09）：135-141.

【作者簡介】侯明義（1984-），男，山東泰安人，工程師，從事繼電保護自動化檢測技術、自動控制技術研究。