基于CSC-326G系列裝置的變壓器保護原理研究

秦 彬，劉 錦

(國網北京市電力公司檢修分公司，北京 100068)

1 CSC-326G 系列保護裝置概述

北京電網某110 kV 變電站的變壓器電量保護由CSC-326GD 變壓器差動保護裝置、CSC-326GH 變壓器高壓側后備保護及測控裝置、CSC-326GL 變壓器中、低壓側的后備保護及測控裝置三部分組成，三者功能各有側重。

(1) CSC-326GD 變壓器差動保護裝置。作為變壓器繞組故障時變壓器的主保護，保護范圍為構成差動保護的各側CT 之間的區域，包括變壓器本身、電流互感器以及變壓器之間的引出線。

(2) CSC-326GH 變壓器高壓側后備保護及測控裝置。保護功能涉及三段式復合電壓閉鎖方向保護、零序過流保護、間隙零序保護等。

(3) CSC-326GL 變壓器中、低壓側的后備保護及測控裝置。保護功能涉及兩段式復合電壓閉鎖方向保護、限時速斷保護、充電保護、過負荷保護等。

2 CSC-326GD 保護裝置原理探究

2.1 差動保護原理

變壓器縱差保護涉及變壓器的各側電流，如果變壓器的變比和變壓器星-角接線帶來的相位異常都能被正確補償，則變壓器在正常運行或發生外部故障時，流過變壓器各側電流的相量和為零。即：

在正常情況或者外部短路情況下，流入差動繼電器中的電流為，只要合理的選擇CT 的變比和接線方式，就可以使流入差動繼電器的電流為零，此時差動繼電器不動作(如圖1所示)。

圖1 正常情況或外部短路原理

如果發生內部短路，由于兩側電源向故障點提供短路電流，此時流入差動繼電器中的電流為，且幅值較大，差動繼電器動作，切除故障(如圖2所示)。

圖2 內部短路原理

2.2 相位校正與幅值校正

由于變壓器的接線方式不同以及各側CT 變比不同，流入差動繼電器的電流可能存在相位差和幅值差。為了防止正常運行或發生外部故障時差動保護誤動，應對兩側電流進行相位校正和幅值校正，同時還應消除進入差動回路的零序電流分量。

2.2.1 相位校正

圖3為Yd11 接線的變壓器星型側和角型側的電流向量圖，兩側的CT 接線均為星形接線。正常運行中，Y，d 兩側電流存在相位差，角差為30°，如果直接通過計算差流會存在不平衡電流。微機保護采取的方式是軟件校正，校正方法有兩種，即對d 側電流或Y 側電流進行移相。

圖3 Yd11 正常情況下的Y，d 側電流向量分布

CSC-326GD 裝置采用Y 側移相方式進行校正，相關公式如下：

移相后的相位分布如圖4所示。

圖4 Y 側移相前后的相位對比

2.2.2 幅值校正

因為變壓器各側CT 變比不同，且通過移相后其幅值發生 倍變化，因此不能直接用于相減，需要通過變比轉換以及補償轉換才能進入差流繼電器。對于變比轉換，裝置存在CT 變比設定；對于補償轉換，裝置內部會進行自動補償。現場運行中設置好CT 變比以及對應的控制字，即可實現幅值校正。

2.3 比率制動的差動保護

比率制動特性差動保護簡單說就是使差動電流定值隨制動電流的增大而成某一比率的提高。這種保護在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用，而在內部故障時制動作用最小。采用比率制動的差動保護可以提高保護內部故障時的靈敏度。

CSC-326GD 裝置采用的是三段式折線比率制動，如圖5所示。Id為差動電流，Ir為制動電流，Ie為變壓器額定電流，ICD為穩態比率差動起動定值，ISD為差動速斷保護起動定值。

圖5 CSC-326GD 裝置三段式比率制動特性曲線

2.4 差動速斷保護

差動速斷保護的原理是任一相差動電流大于整定值時，差動速斷保護瞬時動作，跳各側變壓器。

差動速斷保護的設置基于兩個原因，即：涌流閉鎖元件判斷涌流需要一定時間，意味著變壓器內部嚴重故障時差動保護無法快速切除故障；變壓器內部嚴重故障導致TA 飽和時，會產生大量諧波，從而使涌流判別元件誤判為勵磁涌流而閉鎖差動保護，導致不能快速切除變壓器。

差動速斷保護整定值很大，比勵磁涌流值要大，可躲過勵磁涌流，差動速斷保護功能的實現需要同時投入差動保護硬壓板和差動速斷軟壓板。

差動保護動作總出口跳閘，聯掉接地變開關，閉鎖110 kV 母聯自投。

3 CSC-326GH/L 保護裝置原理探究

3.1 現場CSC-326GH/L 保護現狀

3.1.1 現場軟壓板整定值

(1) CSC-326GH 裝置投入。Ⅲ段復合電壓閉鎖的過流保護(Ⅱ時限)、TV 斷線檢測以及過負荷告警。

(2) CSC-326GL 裝置投入。Ⅱ段復合電壓閉鎖的過流保護(Ⅱ，Ⅲ時限)、TV 斷線檢測以及過負荷告警。

3.1.2 現場保護跳閘情況

(1) CSC-326GH 裝置復壓閉鎖過流保護Ⅲ段Ⅱ時限動作總出口跳閘，聯掉對應接地變開關，閉鎖110 kV 母聯自投。

(2) CSC-326GL 裝置復壓閉鎖過流Ⅱ段Ⅱ時限動作跳母聯開關，Ⅲ時限動作跳對應低壓側主開關，閉鎖母聯自投。

(3) CSC-326GH 裝置復合電壓閉鎖過流保護功能分三段，Ⅰ，Ⅱ段可帶方向，Ⅲ段不帶方向。據現場投入的Ⅲ段情況判斷其保護功能不帶方向。

(4) CSC-326GL 裝置復合電壓閉鎖過流保護功能分兩段，均可帶方向，但根據現場整定控制字，Ⅱ段復壓閉鎖過流保護方向是退出的，因而在此主要研究不帶方向的復合電壓閉鎖過流保護原理。

3.2 復合電壓閉鎖的過電流保護原理

根據對稱分量法進行的短路故障分析可知，發生不對稱短路故障時，會產生負序電壓和零序電壓(僅當接地短路時會有零序電壓)，此時負序電壓升高，正序電壓降低。通過這一特性可以設計出復合電壓閉鎖元件，判斷在負序電壓過高或者正序電壓過低時才開放過電流保護裝置，從而提高保護的選擇性。

復合電壓閉鎖元件由相間低電壓元件和負序電壓元件通過“或”邏輯構成，動作判據如為：Min(Uab，Ubc，Uca)＜Uxjzd或U2＞Ufxzd。Uab，Ubc，Uca為三個相間電壓；Uxjzd為相間低電壓定值，現場整定為70 V/線；U2為負序電壓；Ufxzd為負序電壓定值，現場整定為5.2 V/相。

復合電壓閉鎖元件與過電流元件通過“與”邏輯連接，即只有滿足復合電壓閉鎖元件動作的條件才有可能過電流動作。

根據現場CSC-326GH 定值分析，其TV 斷線后保護僅保留過流功能，即TV 斷線時復壓閉鎖及方向元件自動滿足，保護變為純過流保護，但此時不會輸出本側復壓滿足的觸點，也就不會影響其他側后備保護元件的動作。

通過CSC-326G 系列保護裝置工作原理分析可知，不同現場保護的實際功能投入不同，應根據實際保護軟壓板整定情況開展保護功能分析。