对主变差动主保护的讨论分析

摘 要：变电站运行人员对主变的主保护应该是非常熟悉的。可是对差动保护的原理和理论不清楚。有时对事故的分析造成被动局面，现将差动保护的细节问题进行讨论。

关键词：电力；差动保护；电压

中图分类号：F416.61 文献标识码：A

一、应用范围

微机实现的变压器差动保护，适用于 110KV 及以下电压等级

的双圈、三圈变压器，满足四侧差动的要求。

（一）差动保护主要技术指标

1、动作时间

差动速断动作时间< 25ms（1.5倍整定值）

比率差动动作时间 < 35ms（2.0倍整定值，无涌流制动情况下）

2、定值范围及误差

差流起动值范围： 0.3Ie～1.5Ie

差动速断定值范围：4Ie～14Ie

电流定值误差：< 5%或0.02Ie

比率差动制动系数：0.3～0.75

比率差动制动系数误差：< 5%

二次谐波制动系数：0.1～0.35

二次谐波制动系数误差：< 5%或0.01

3、差动保护的动作范围：主变的差动电流互感器以内的区间，动作后开放保护装置出口继电器正电源。装置保护 CPU 担负保护功能， 完成输入量的采样计算，动作逻辑判断直至跳闸。保护CPU还设有本身的起动元件，构成独立完整的保护功能。差动保护包括差动速断保护和比率差动保护差动速断保护不经任何条件闭锁，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸，典型出口动作时间小于35ms。 比率差动保护的动作特性采用三折线，能可靠躲过外部故障时的不平衡电流，同时提高了区外故障导致CT饱和时的制动能力。软件采用 Y/变换调整变压器各侧 CT 二次电流相位，通过平衡系数调整把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流(1A或5A)。

（二）差动保护

由于变比和联结组别的不同，变压器在运行时各侧电流的大小及相位也不相同。装置通过软件进行YΔ变换及平衡系数调整对变压器各侧电流的幅值和相位进行补偿，具体方法参见5.2(4)。以下差动保护的说明均以各侧电流已完成幅值和相位补偿为前提。 装置采用三折线比率差动原理，并设有低值比率差动保护、高值比率差动保护和差动速断保护。差动保护动作特性曲线如下图3.2-1所示。

图中差动保护动作区包括三个部分：低值比率差动保护动作区、高值比率差动保

护动作区和差动速断保护动作区，部分标注说明如下：

cdqd I 为差动电流起动值；

sdzd I 为差动速断定值；

K 为比率差动制动系数；

d I 为差动电流， r

I 为制动电流。差动电流和制动电流的计算公式为

为变压器各侧电流。

（三）比率差动保护

装置设有低值比率差动保护和高值比率差动保护。 低值比率差动保护用来区分差流是由内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起，其动作方程如下： 高值比率差动保护只经二次谐波闭锁，其比率制动特性可抗区外故障时CT暂态和稳态饱和，而在区内故障CT饱和时能可靠正确动作。高值比率差动动作方程如下：

（四）差动速断保护

为防止区内严重短路故障时因CT饱和而使比率差动保护延迟动作，装置设有差动速断保护，用于变压器内部严重故障时快速跳闸切除故障。差动速断保护不需要设置任何闭锁条件，当任一相差流大于差动速断定值时瞬时动作于出口继电器，跳开变压器各侧开关。

（五）二次谐波制动

比率差动保护利用三相差流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，采用综合相闭锁方式，其动作方程如下：

（六）CT 饱和判别

为防止区外故障时CT暂态和稳态饱和可能引起比率差动保护误动作，装置采用各相差流的综合谐波作为CT饱和的判据，

二、 保护定值

说明：

(一)在整定定值前必须先整定保护定值区号。

(二)保护定值中控制字标*表示该控制字有对应的软压板。软压板可以通过后台投退；

亦可在就地通过“软压板修改”菜单逐项投退。只有控制字、软压板状态（若未设

置则不判）、硬压板状态（若未设置则不判）均为‘1’时才投入相应保护元件，

否则退出该保护元件。

(三)装置通过变压器容量、变压器各侧额定电压和各侧 CT 变比及接线方式的整定，装

置自动进行各侧平衡系数的计算，通过软件进行 YΔ 变换及平衡系数调整。平衡

系数的内部算法如下（以Kmode=1为例）：

对于变压器Y接线侧（例如第一侧）

装置若报“平衡系数错”，这说明平衡系数太大，最好改变CT变比以满足要

求。这样更能保证差动保护的性能。对Y侧最大平衡系数应小于2.3，对侧最大平衡

系数应小于4。

(四)定值中的Ie为根据变压器最大额定容量归算到本侧CT二次的等值额定电流值，

即等值额定电流值考虑了接线系数，为YΔ变换后的额定电流值。计算公式为：

对应变压器的Y侧（例如第一侧）

对应变压器的Δ侧（例如第四侧）

装置通过软件进行YΔ变换及平衡系数调整对变压器各侧电流的幅值和相位进行

补偿。

（五）对于接线方式为Yd11的变压器（假定高、低压侧分别接入装置的第一侧和第四

侧），变换调整后的电流可表示为：

对于接线方式为Yd1的变压器（假定高、低压侧分别接入装置的第一侧和第四

侧），变换调整后的电流可表示为：

同理可推导出其它侧及其它接线方式下的电流变换调整公式。经过YΔ变换和

“标幺化”调整后，各侧电流大小均为本侧二次等值额定电流值的倍数，并为这些电

流倍数值虚拟了同一个量纲‘Ie’。由于 1

注意装置的差动电流起动值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实

际整定计算中差动起动电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有

名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。

(六)比率差动制动系数（斜率）的整定

差动保护的制动电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不

同，不平衡电流计算也有较大差别。下面给出普通两绕组变压器差动回路最大不平衡

一般比率差动制动系数的值在0.2～0.75之间。

三、差动速断校验

投入定值中“差动速断投入”控制字，对应的软压板投入，差动保护硬压板投入。在某侧（例如第一侧）通入单相（例如A相）大小为0.95*Ie*Isdzd(例如0.95*Ie1*Isdzd)的电流，差动速断应可靠不动作；在某侧（例如第一侧）通入单相（例如A相）大小为1.05*Ie*Isdzd (例如1.05*Ie1*Isdzd)的电流，差动速断应可靠动作。

比率差动校验 投入定值中“比率差动投入”控制字，对应的软压板投入，差动保护硬压板投入。

1、 差动速断校验

投入定值中“差动速断投入”控制字，对应的软压板投入，差动保护硬压板投入。

例如：Isdzd=6Ie。在第一侧通入A相大小为0.95*7.14*6=40.7A的电流，差动速

断应可靠不动作；在第一侧通入A相大小为1.05*7.14*6=45.0A的电流，差动速断应

可靠动作。

2、比率差动校验

投入定值中“比率差动投入”控制字，对应的软压板投入，差动保护硬压板投入。

例如：Icdqd=0.3Ie，kbl=0.5。差动起动定值校验： 在第一侧通入A相为0.95*7.14*0.3=2.04A的电流，比率差动应可靠不动作；在第一侧通入A相为1.05*7.14*0.3=2.25A的电流，比率差动应可靠动作。

参考文献：

南瑞继保有关资料，宜阳电业局运行规程