微机变压器保护试验中的几个问题

【摘要】本文简要介绍了变压器保护躲励磁涌流的几种基本原理、对其试验方法进行了分析、提出了试验方法及其他试验问题。

【关键词】微机变压器保护励磁涌流 试验方法 注意的问题

中图分类号：TM4文献标识码： A 文章编号：

前言：

随着微机变压器保护技术的不断发展，微机芯片的运算速度、缓存容量的提高各种新的保护原理技术得以很好的实现。一些旧的试验手段方法已不能满足新保护试验要求，而新的试验方法就随着新原理的出现应运而生。数字变压器保护的两个主要的问题就是躲励磁涌流问题和比例制动问题。

励磁涌流问题的分析：

1 、励滋涌流

对变压器进行空载合闸时，变压器可能产生很大的冲击电流，其数值可达额定电流的6～8倍，这个冲击电流与合闸时的初相角、铁芯剩磁、饱和磁密、系统阻抗有关。将这个电流称之为励磁涌流。

2 、励磁涌流的特点

励磁涌流数值很大且衰减。励磁涌流中含有大量的直流分量及高次谐波分量，其波形偏向时间轴一侧。励磁涌流具有衰减特性，开始部分衰减得很快，一般经过0.5～1s后，其值通常不超过0.25～0.5倍的额定电流，对于大容量变压器，其衰减时间可达1min。经大量的理论分析和实践证明，励磁涌流中含有大量的二次谐波和偶次谐波。二次谐波的含量在一般情况下不低于基波分量的15%，而短路故障时的电流中几乎不含有2次谐波分量

变压器保护中鉴别励磁涌流的方法：

为了防止变压器差动保护误动作，必须对变压器励磁涌流与内部短路电流进行鉴别。在常规变压器保护中躲励磁涌流的办法是采用带速饱和变流器的差动继电器。这种继电器缺点较多，随着微机保护的推广应用该类型继电器已被淘汰。现在的微机变压器保护现在主要采用以下几种识别励磁涌流的方法。

二次谐波制动：

该方法是测量差动保护中电流的2次谐波含量作为制动量来区别励磁涌流与故障电流。二次谐波制动法的判别式为当出现励磁涌流时，有Id2>kId1。式中Id2和Id1分别为差动电流中的二次谐波电流和基波电流的方均根值；k为二次谐波制动比，一般在实际应用中K取15%。二次谐波制动比有二种计算方法：

a)谐波比最大相制动

max(Ida2/Ida1，Idb2/Idb1，Idc2/Idc1)  k

b)分相制动

min(Ida2/Ida1，Idb2/Idb1，Idc2/Idc1)  k

以上式中，Ida2，Idb2，Idc2分别为三相差流二次谐波，Ida1，Idb1，Idc1分别为三相差流基波。谐波比最大相制动可以保证励磁涌流时保护不误动，但容易使保护延时。按故障相制动可较大改善最大相制动方式动作延时长的不足，其缺点是由于只以一相的谐波比制动，可能导致误动。

偶次谐波制动

偶次谐波电流制动与2次谐波制动的工作原理是相似的，但偶次谐波制动对励磁涌流的识别有较高的灵敏度。

波形对称识别励磁涌流

波形对称识别励磁涌流原理实际上也是偶次谐波制动。该原理分析在相关的书中有详细的分析，在这里不再叙述。

综上所述识别励磁涌流的原理有很多种，但是在实际应用中大部分原理都是基于偶次谐波制动。因此，我们就可以利用这个共性的特点在变压器保护装置试验中检验保护躲励磁涌流的特性。

变压器保护装置躲励磁涌流特性试验：

利用微机试保护验仪检验：

在试验时设置微机试验仪加入故障电流与二次谐波电流，调整二次谐波电流在定值点时，保护装置在加入大于动作电流时可靠不动作。当调整二次谐波电流小于定值点时，保护装置在加入大于动作电流时应可靠动作。

常规试验接线方法;

在试验时设置故障电流与二次谐波电流之比。当调整二次谐波电流在定值点，基波电流大于动作电流时，接点K1~K4同时闭合时保护装置可靠不动作。当调整二次谐波电流小于定值点，基波电流大于动作电流时，接点K1~K4同时闭合保护装置可靠动作。

四、变压器差动保护比率制动分析：

变压器最普遍的保护就是差动保护。它利用变压器各侧引入保护装置的电流产生合流值的大小，来判断变压器是否产生故障。

Y/型变压器高低压侧的一次接线是不同的，所以两侧电流就存在了相位差。传统差动保护解决这个问题是将星侧CT二次接线接成角型，使两侧电流相位一致。这样使得设计和施工人员一定要注意变压器星侧CT的位置和接线方法。而对于微机型差动保护无论变压器各侧绕组接线如何都可以将其CT二次接线接成Y形，直接获取各侧各相电流值，然后通过精密的数学分析和处理来消除相位差。

变压器是通过电磁感应原理将电能在电压不同的两侧或三侧进行传递的，所以各侧的电能是基本一致，但电压电流各不相同。差动保护只是将电流量采入所以必然会产生不平衡电流。传统差动保护需要提前计算好变压器各侧额定电流值，选择合适变比的CT来减少这种不平衡电流。但因为CT生产工艺的局限，不可能将不平衡电流减少的很小。微机保护可以将变压器各种参数记录下来并计算出变压器各侧电流的一、二次额定电流值，并根据公式计算来进行补偿，从而使得这种不平衡电流变得很小。

减少相差和比差，明确动作区域是我们对各个微机保护厂家产品进行现场调试和检验的最基本内容。天津市电网一般采用的变压器保护为南瑞RCS-978系列、南自PST-1200系列、北京四方CSC-326系列。

在此主要就南瑞RCS-978稳态比率制动的补偿和动作区调试检验方法进行说明：

南瑞RCS-978系列

首先要在定值菜单里正确输入系统参数：变压器容量、各侧电压值、各侧CT变比、变压器接线方式。保护装置根据这些参数计算出变压器各侧二次额定电流值：变压器最大额定容量/(计算侧额定电压*计算侧TA变比)保护的定值是以二次额定电流为基准的标幺值，所以一定要计算出各侧二次额定值作为输入故障电流值的参考标准。

保护先对输入的电流值进行补偿，补偿后的数值再进行比率制动公式计算

保护对相位差采用的是Y变化调整差流平衡，即Y侧二次电流值经过采样，先计算出零序值，然后由每相输入电流值减去零序值得到该侧该项补偿后的差动值。对于侧：

（A相输入电流值-C相输入电流值）/=A相补偿后值

（B相输入电流值-A相输入电流值）/=B相补偿后值

（C相输入电流值-B相输入电流值）/=C相补偿后值

相位补偿图

比率制动算法介绍：

由于采用分相差动，所以只以单相为例。比率制动原理是由动作值和动作值之间关系构成动作区和不动作区。动作值为各侧电流标幺值矢量和；制动值为各侧电流标幺值数量和的一半。为了使保护随着故障的不同能更灵敏更快速的动作，原理中动作值就不是随着制动值的增加恒定的增大，而是分为三个阶段即四个斜率：0.2、0.5（可选择，推荐0.5）、0.7以及高短路水平采取的速度保护。

RCS978保护特性图

五、变压器差动保护比率制动测试方法简介：

1、 差速断电流测试方法

由于差速断不受二次制动，为了区分是比率制动保护动作还是速断保护动作，试验时可在模拟故障电流中加入二次谐波电流。实验时在任一侧任一项加入电流，缓慢增大电流值直到保护动作，此时查看动作报文值和模拟故障输入值，将模拟故障输入值采用前面所述补偿公式计算并除以本侧二次额定电流值，得到的结果与报文比较来判断保护动作正确性。

2、 折线斜率K的测试方法

以双绕组变压器为例测量斜率K,在变压器两侧同名相加故障电流。因为制动值和动作值都跟两侧电流量有关，所以要计算出斜率K，就必须固定某个量，这时可按照以下步骤试验：

在高压侧线圈和低压侧线圈同时加反方向电流(所加电流值根据制动电流公式应使制动值小于0.5Ie)。固定高压侧电流，缓慢降低低压侧电流，直至保护出口动作，记下此时的高压侧电流I1、低压侧电流I2，由公式Id= I1一I2，Iz=（I1+I2）／2可计算得I临界动作时的动作电流Id、制动电流Iz。

重复(1)、(2)步骤，再测几个I临界动作电流和制动电流Id2、Iz2、Id3、Iz3⋯⋯，根据公式K= 动作电流差/制动电流差，可计算得斜率K。为消除各种误差，可多算几个点，求其平均值。其他侧斜率依照上边的步骤即可求得，只要注意制动电流和动作电流取值范围：K=0.5时Iz ∈（0.5Ie，6Ie） Id∈（Icdqd+0.1Ie，Icdqd+2.85Ie）；K=0.7时Iz ＞6Ie Id ＞Icdqd+2.85Ie

或者可以根据公式计算出几个待检测量，将这些检测量输入进装置，看动作报文是否与计算值一致来判断装置动作准确性。如变压器容量80MVA,高压侧35kV、CT变比1600：1,低压侧10kV、CT变比2000：1，启动值：0.3Ie。试验取点：高压侧0.487A, 低压侧0.485A，试验结果：高压侧0.487A, 低压侧0.490A。说明保护装置是很精确的。

六、结束语

通过上面的分析我们知道变压器保护试验的重点，介绍的试验方法解决了目前变压器保护试验中的问题。今后随着微机型变压器保护不断采用新的原理，还会带来新的试验问题。当我们遇到新问题时要用理论去分析它，使我们真正能把理论与实际有机的结合起来，这样我们解决起问题来就能做到有的放矢。

参考资料;

《变压器及中低压网络数字式保护》------许正亚 编著

作者简介：

韩乃强，男，1981年毕业于北京电力学校继电保护及自动化专业，天津送变电工程公司调试分公司技术副经理，工程师，至今从事变电站继电保护调试工作和试验管理工作。

王宇翔，男，2005年毕业于西安电子科技大学，天津送变电工程公司调试分公司工作，担任保护班班长，从事变电站继电保护调试工作和试验管理工作。