变压器差动保护校验小结

摘要: 众所周知，变压器保护在电网安全运行中扮演着重要的角色，无论在国外还是在国内，变压器保护都受到极高的重视。不同的地区电网运行变电站结合自身的地域特点和气候环境，配备了不同的变压器保护。结合本人对其不同电压等级，型号的南瑞变压器保护装置调试的工作经验和部分的了解，介绍一下个人对南瑞系列变压器差动保护装置校验中的异同点分析理解。

关键词：零差保护、联结组别

Abstract: as we all know, transformer protection in the grid security plays an important role, whether in foreign countries or in China, by the transformer protection high attention. Different area of the operation of the electric substation in connection with its own characteristics and climate environment, and equipped with different transformer protection. Combined with oneself to the different voltage grade, type of transformer protection device south red the commissioning of the work experience and part of the understanding, to introduce individual of the south red series transformer differential protection device of the differences and similarities between calibration understanding and analyzing.

Keywords: zero differential protection, link categories

中图分类号：TM4文献标识码：A 文章编号：

纵差保护是变压器主保护，它是所有变压器保护装置中主要配置之一，下面就南瑞厂家型号为9671C变压器保护装置的纵差保护进行说明。

由于变比和联接组别的不同，变压器在运行时各侧电流的大小及相位也不同，需通过Y-或-Y变换及平衡系数调整时变压器各侧电流幅值和相位进行补偿。

先以Y形转换成形进行分析；

1）变压器联结组别为Y/d-11，高压侧电流如相量图（1-2）所示：

高压侧表达式(1-a)为： IA

ÍA=IA―IB ÍA

ÍB=IB―IC

ÍC=IC―IA

低压侧表达式(1-b)为：ICIB

Ía=Ia、Íb=Ib、Íc=Ic

当高压侧加A相电流时，B、C相为0，根据(1-a)公式得出结论如下，ÍA=IA、ÍC= ―IA。当差流为0时，相应低压侧Ia加入与高压侧IA相位相反为180°的电流。低压侧Ic应加入与高压侧IA相位相同为0°的电流，以补偿高压侧ÍC的电流。

2）变压器联结组别为Y/d-1，高压侧电流如相量图（1-3）所示：

高压侧表达式(2-a)为：IA

ÍA=IA―IC ÍA

ÍB=IB―IA

ÍC=IC―IB

低压侧表达式(2-b)为：ICIB

Ía=Ia、Íb=Ib、Íc=Ic

当高压侧加A相电流时，B、C相为0，根据(2-a)公式得出结论如下，ÍA=IA、ÍB= ―IA。当差流为0时，相应低压侧Ia加入与高压侧IA相位相反为180°的电流。低压侧Ib应加入与高压侧IA相位相同为0°的电流，以补偿高压侧ÍB的电流。

我们再以形转换成Y形进行分析；

1）变压器联结组别为Y/d-11，低压侧电流如相量图（1-4）所示：

低压侧表达式(3-a)为：IA

Ía=(Ia―Ic)/

Íb=(Ib―Ia)/ÍaÍb

Íc=(Ic―Ib)/

高压侧表达式(3-b)为：ICÍc IB

ÍA=IA―I0、ÍB=IB―I0、ÍC= IC―I0

当低压侧加a相电流时，b、c相为0，根据(3-a)公式得出结论如下，Ía=Ia/ 、Íb= ―Ia/ 。当差流为0时，相应高压侧ÍA 加入与低压侧Ia相位相反为180°的电流。高压侧ÍB应加入与低压侧Ia相位相同为0°的电流，以补偿低压侧Íb的电流。

2）变压器联结组别为Y/d-1，低压侧电流如相量图（1-5）所示：

低压侧表达式(4-a)为：IA

Ía=(Ia―Ic)/

Íb=(Ib―Ia)/ Íc Ía

Íc=(Ic―Ib)/

高压侧表达式(4-b)为：IC ÍbIB

ÍA=IA―I0、ÍB=IB―I0、ÍC= IC―I0

当低压侧加a相电流时，b、c相为0，根据(4-a)公式得出结论如下，Ía=Ia/ 、Íc= ―Ia/ 。当差流为0时，相应高压侧ÍA 加入与低压侧Ia相位相反为180°的电流。高压侧ÍC应加入与低压侧Ia相位相同为0°的电流，以补偿低压侧Íc的电流。

对于YN,d接线而言，高压侧Y侧中性点接地的变压器，当高压侧线路上发生接地故障时，高压侧Y型有零序电流流过，而由于变压器低压侧绕组为d联结，在变压器的低压侧d接线外无零序电流输出，两侧零序电流不能平衡。Y侧进行转换的变压器纵差保护，通入各相差动元件的电流已是相应两相电流之差了，故已将零序电流滤去；d侧进行转换的变压器纵差保护，应对Y侧的零序电流进行补偿，其公式如下：

ÍA=ÍA―（ÍA+ÍB+ÍC）/3

ÍB=ÍB―（ÍA+ÍB+ÍC）/3

ÍC=ÍC―（ÍA+ÍB+ÍC）/3

南瑞变压器纵差保护装置中有一“消除零序”控制字，是为消除零序电流进入差动元件设定的。当控制字投入对纵差保护效验时，如加入IA相电流，ÍA =2IA/3，要达到启动差值需加入1.5倍IA电流值，其它两相同理。

变压器的纵差保护并不是万能的，它也有自己的保护死区。如变压器Y侧或侧绕组发生开焊断线故障，纵差保护均不会动作而主要依靠瓦斯保护或压力保护。特别是对于YN,d接线的变压器，无论是普通变压器还是自耦变压器，其YN侧进行转换的变压器纵差保护已将零序短路电流滤去，导致纵差保护对内部单相短路的灵敏度降低甚至据动，根本不反应零序电流。

主要原因是YN侧绕组发生单相短路时，在纵差保护中差动电流相位一致只是大小不相等，可看作是“穿越性”电流，所以有必要增设新的差动保护。此种差动保护称之为零序差动保护，它只含有电路连接的变压器部分绕组，不包含无电路连接的由铁芯磁路耦合的其它绕组，励磁涌流对零序差动保护来说纯属穿越性电流，从而彻底排除励磁涌流的干扰。

目前国内变电站的零序差动保护主要是用于自耦变压器。差动保护电流是由自耦变压器高压侧、中压侧及公共绕组的自产零序电流构成，而后备零序保护有专用电流互感器，后备零序保护与零序差动保护无关，所以零序差动保护电流极性端考虑较简单，其高压侧和中压侧电流互感器极性端是以朝母线侧为准，公共绕组侧电流互感器极性端是以朝中性点为准。

如图（1-1）

平衡系数的计算公式如下：

KLPh= KTA/ KTA.max×KLb ,KLb= KTA.max/ KTA.min

KTA为需要计算平衡系数侧的TA变比，KTA.max为变压器零差用TA变比的最大值，KTA.min为变压器零差用TA变比的最小值。计算方法以各侧中TA变比为最小的一侧为基准，平衡系数为1，其它侧放大；最大的平衡系数为4，补偿时分别将各侧零序电流与其对应的平衡系数相乘。

差动电流和制动电流计算公式如下：

I0d=KLPh1* I01+ KLPh2* I02+ KLPhcw* I0cw

I0r= max(KLPh1* I01、KLPh2* I02、KLPhcw* I0cw)

当零序比率差动起动定值I0cdpd

I0d>I0cdpd I0r≤0.5In

I0d> K0bL[I0r-0.5In]+I0cdpd

当零序比率差动起动定值I0cdpd>0.5In时，拐点电流自动设定为In，其动作方程为：

I0d>I0cdpd I0r≤In

I0d> K0bL[I0r-In]+I0cdpd

自耦变压器零序差动动作图形如下：

I0d为差动电流，I0r为制动电流，K0bL为比率制动系数，In为电流互感器二次额定电流

国外对于变电站内变压器高压侧为Y型接线的单相短路比较重视，都会采用此种保护，主要应用于中性点直接接地或低阻抗接地的变压器绕组，提供灵敏度较高的区内接地故障保护。差动保护电流是由变压器Y侧开关相关绕组的自产零序电流之和和该侧中性点外接零序电流构成，而后备零序保护是与零序差动保护中中性点共一组电流互感器，造成保护电流极性端的矛盾。南瑞厂家是将相电流互感器的极性端朝母线侧，中性点电流互感器极性端朝变压器侧，是为了满足后备零序保护电流的极性，而当此电流做零序差动量时，在程序中将其置反，从而解决中性点电流互感器极性问题。

如图（2-2）

平衡系数的计算公式如下：

KPh01n= CTRn/ CTRNn

CTRn为各侧的电流互感器变比，CTRNn为各侧中性点零序电流互感器变比。

当进行一侧零序差动保护平衡系数计算时，需将其它侧进行换算，如本侧的平衡系数计算为KPh011= CTR1/ CTRN1另一侧的平衡系数计算为KPh012= CTR2/ CTRN1；当零序差动保护中不包括某侧一组相电流互感器，则该组相电流互感器对于其他侧的平衡系数为0。为了保证精度和零序差动保护性能，各平衡系数之间不应相差8倍以上，否则装置发出“平衡系数出错”报警信号，同时装置闭锁。

差动电流和制动电流计算公式如下：

I0d1=(KPho11* 3I01+ KPho12* 3I02)- IN1

I0r1= max(KPho11* 3I01、KPho12* 3I02、IN1)

零序差动保护包括零序低值比率差动保护和零序高值比率差动保护

当零序低值比率差动起动定值I0cdpd

I0d>I0cdpd I0r≤0.5In

I0d> K0bL[I0r-0.5In]+I0cdpd I0r>0.5In

当零序低值比率差动起动定值I0cdpd>0.5In时，拐点电流自动设定为In，其动作方程为：

I0d>I0cdpd I0r≤In

I0d> K0bL[I0r-In]+I0cdpd I0r>In

当零序高值比率差动起动定值I0cdpd>1.2In时，比率差动起动值取I0cdpd，可抗区外故障时电流互感器暂态和稳态饱和，而在区内接地故障且电流互感器饱和时能可靠正确快速动作，其动作方程如下：

I0d>1.2In

I0d>I0r

三相变压器零序差动动作图形如下：

I0d为差动电流，I0r为制动电流，K0bL为比率制动系数，In为本侧外接零序电流互感器的二次额定电流

为了避免由于电流互感器暂态特性差异和电流互感器饱和造成区外三相短路故障时“错误的差动回路零序电流”对零序差动保护的影响，两种变压器均采用了正序电流制动的闭锁判据。自耦变压器差动保护装置的原理是当零序各侧的零序电流大于其正序电流的B0倍时，认为零序电流由故障造成。其表达式为：I0>B0*I1；三相变压器保护装置的原理是当某侧零序差动保护相关的自产零序电流小于其正序电流的B0倍时，认为零序电流因电流互感器暂态特性差异或饱和引起，闭锁保护，其表达式为：I0

自耦变压器差动保护装置对于TA断线闭锁是靠整定控制字选择来决定的，而三相变压器保护装置则是靠中性点外接零序电流无流闭锁判据来判断的，其表达式为：I0WJ

这样通过比较，我们可以较清楚看到零差保护，在三相变压器保护与自耦变压器保护中运用的异同点，以及纵差保护在不同型号联结组别的变压器及保护中存在的差别，为我们今后的工作提供方便。

自此，上述中不足之处还希望大家谅解，同时希望广大同行和专家学者能给予批评指正，谢谢!

参考书籍：南瑞变压器保护系列技术说明书

继电保护丛书

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。