浅谈微机变压器差动保护的现场应用

摘要：本文针对微机保护中的差动保护，对电流回路CT一、二次侧极性问题、比例差动特性调试方法、带负荷检验内容以及涉及到的相关问题进行了总结说明。

关键词：变压器差动保护CT极性调试方法带负荷检验

中图分类号：TM4文献标识码： A

1 引言

差动保护作为变压器内部及引出线上短路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障,另外，尚能躲过变压器空充电及外部故障切除后的励磁涌流。相对于传统的电磁型保护而言，新型微机变压器差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，并且通过平衡系数就可以使得以前不平衡电流的问题变得迎刃而解，具有传统保护无法比拟的优点。现对微机变压器差动保护现场应用中的主要问题做一总结说明。

2 微机变压器差动保护CT极性

微机变压器差动保护在保护投运前要严格检查输入保护装置的电流互感器接线的极性，确保变压器差动保护的正确工作。但是工程实践中，由于各种各样的原因，现场接错变压器某侧电流互感器三相接线，导致极性错误的情况却时有发生，最终造成变压器差动保护不应有的误动。那么，关于微机差动保护各侧CT一次和二次极性究竟有何要求、现场应用中会有几种组合方式呢？

2.1 原则要求

参与差动保护的各侧CT一次侧极性同方向，二次侧同极性输出。一次侧极性同方向是指：参与差动保护的各侧CT一次侧极性端要么都指向被保护元件，要么都背离被保护元件；二次侧同极性输出是指：在满足一次侧极性要求的前提下，各侧CT二次侧要么都是极性端输出，要么都是非极性端输出。

2.2极性要求实质

以上要求的实质是，以电流的流向为基准，电流未流经被保护元件和流经被保护元件后，两侧CT二次输出电流相位相差180°。（对于Y，d11接线变压器是150°，可由高压侧CTΔ接线或装置相位调整进行补偿。

2.3 可能的组合方式

在实际中，CT的一次极性并不是都能满足以上的要求，在CT 安装时，有些情况下是和电流的流向相一致，比如低压侧非极性端指向变压器，而高压侧极性端指向变压器，在这种情况下，就需要相应地改变其二次输出，才能保证电流回路的正确性。以变压器三侧差动（高压侧、低压侧，厂高变侧）为例，令CT一次极性端为P1，非极性端为P2；CT二次端为K1，非极性端为K2，可能出现的组合方式如表1示：

以组合方式1为例，其含义是：三侧CT一次侧均为P1指向变压器，二次侧要么都是K1输出，要么都是K2输出。

3 微机变压器差动保护的校验

微机变压器差动保护利用其强大的数据处理能力将不平衡电流调整、相位补偿等问题在软件中轻易实现，达到了方便运行整定、简化电流回路接线的目的，但要全面、准确、快速对其差动进行校验，还需要弄清内部运算、处理、判断过程才行。不然，即使得到使微机变压器差动保护动作的数据，也无法判断其动作的正确性。一般的差动保护包括差动动作特性、比例制动特性、谐波制动特性和差动速断特性四部分，现主要就比例制动特性的调试方法做一总结说明。

3.1 平衡系数

在正常工况下或区外故障时，变压器差动保护各侧流入的电流不同，为使差动保护各相差流等于零，通过软件计算引入适当的平衡系数，以便将变压器各侧电流折算到基准侧。装置中通过输入的变压器起参数和CT变比自动计算基准侧对其它各侧的平衡系数。设变压器的额定容量为Se，高、低压侧的额定电压为、，差动CT变比分别为和，以低压侧为基准，高压侧对低压侧的平衡系数为：厂变侧对低压侧的平衡系数同理可求得，表达式中无。

3.2 相位补偿

对于Y，d11接线变压器，Δ侧线电流超前Y侧线电流30°，为使差动保护差流为零，需将变压器Y侧CT进行Δ接线或在装置中利用软件进行相位补偿。微机变压器差动保护的相位补偿在高压侧实现，其方法如下：公式为：

其中：高压侧补偿后电流， 为高压侧输入电流。相位补偿的实质是在进行差流计算时，装置自动将高压侧流入装置的A相与B相、B相与C相、C相与A相电流做向量差后再去和其他各侧电流计算差流。这样变化的结果是使得超前30°，和变压器低压侧电流同相位，但却使得其幅值增大了倍，如图1示。

因为相位补偿时使的高压侧电流增大了倍，所以在计算高压侧对低压侧平衡系数时，要在低压侧乘。

3.3 比例制动特性校验

比例制动特性校验可利用实验仪进行手动校验和自动校验，这里只介绍手动校验。手动校验的方法是根据差动保护动作时通入装置的电流大小，计算出动作电流和制动电流的大小，按照动作方程（2）求出，看是否在允许误差之内。由于无六相电流实验仪，无法实现三相同时校验，所以用三相电流实验仪进行单相校验。

3.3.1 动作特性

微机变压器保护采用一段折线式动作特性，如图2示：

3.3.2动作方程

Id>Iq； Iz

Id>Kz(Iz-Ig)+Iq;Iz>Ig（2）

式中：

Id：为动作电流（即差流）

Id=|I1+I2+I3| 动作电流（即差流）

Iz：为制动电流

Iz=max｛｜I1｜、｜I2｜、｜I3｜｝

Ig：为拐点电流；

Iq：为启动电流；

Kz：为制动系数；

I1、I2、I3：分别为变压器某同名相的各侧电流。

3.3.3低压侧对厂变侧比例制动特性校验

以A―A相为例：设变压器低压侧CT变比为，厂变侧CT变比为，高压侧CT变比为，低压侧和厂变侧的额定电压为，高压侧的额定电压为，则厂变侧对低压侧的平衡系数为=，高压侧对低压侧的平衡系数为=。

分别在低压侧A相电流通道、厂变侧A相电流通道通入相位相反的电流（>做为制动电流）和，减小到，使差动保护动作，此时保护屏只显示差动保护动作，但分辨不出是哪相差动动作。因为低压侧和厂变侧不涉及到相位补偿的问题，所以可以判定是A相差动动作。此时，制动电流=，动作电流=，根据动作方程（2），则：，考虑平衡系数，以低压侧为基准，将厂变侧的电流折算到低压侧为，所以计算出的。

B―B相、C―C相的校验可同理进行。

3.3.4 低压侧对高压侧的比例制动特性校验

同样以A―A相为例：如果按照上述方法，则只要在高压侧加入装置的电流大于启动电流，不论制动电流加多大，则差动保护总是动作，究其原因，是因为当在高压侧A相加入电流后，根据相位补偿的方式：

因为C相动作电流为而无制动电流，所以只要>，C相差动就处于动作状态，保护屏上显示的差动动作信号正是C相差动动作信号。所以为了补偿掉C相差动保护中的，就需要在低压侧C相电流通道加入和同相的电流，这个电流称之为补偿电流。所以，在高压侧A相电流通道加入电流，相位0°，在低压侧A相电流通道加入电流，相位180，低压侧C相电流通道加入电流，相位0°，在幅值上，使得>做为制动电流，且>，保证C相差动不动作。降低低压侧A相电流到，使差动保护动作。此时保护屏显示差动保护动作信号就是A相差动保护动作信号。此时，制动电流=，动作电流=，根据动作方程（2），则：，考虑平衡系数，以高压侧为基准，将低压侧的电流折算到高压侧为，所以计算出的（如果以低压侧为基准，则将高压侧的各电流折算到低压侧，同样也可求得）。

同理：校验B―B相时，在低压侧A相加入补偿电流；校验C―C相时，在低压侧B相加入补偿电流。

4 变压器差动保护的带负荷检验

4.1 变压器差动保护带负荷检验的重要性

差动保护带负荷检验是保证变压器差动回路正确无误的必要手段。变压器差动保护虽然原理简单，但电流回路接线复杂，在设计、安装、整定等环节中任何细小的疏忽或混淆就可能造成造成保护误动或拒动。为了防范于未燃，就必需在变压器差动保护投运时进行带负荷检验。（在空载投入变压器时将差动保护投入，在带负荷检验前退出，检验正常后再投入）

4.2带负荷检验的内容

4.2.1 从显示屏看差流大小

变压器差动保护是靠各侧CT二次电流的和――差流工作的，所以，差流大小是差动保护带负荷测试的重要内容。当各侧CT极性都正确时，差流大小基本为零，而制动电流较大（在一定负荷的情况下），且差流大小不随负荷电流的变化而变化；当电流回路中某侧某相CT极性接错时，该相的差流会随着负荷电流的增大而增大。

4.2.2 测各侧电流的相位

只凭借差流判断差动保护的正确性是不充分的，因为一些接线或变比的小错误，往往不会产生明显的差流，且差流随负荷电流变化，当负荷很小时，差流也很小，如果此时负荷电流不能增大，就无法判断差动保护是否正确。所以，除看差流外，还要通过显示屏观察或用钳形相位表测量变压器差动保护各侧Ａ、Ｂ、Ｃ三相电流的相位。

4.2.3测各侧电流幅值大小，校核CT变比

通过显示屏观察或用钳形相位表测量变压器差动保护各侧Ａ、Ｂ、Ｃ三相电流的幅值，看是否平衡。用变压器各侧一次电流除以二次电流，得到实际CT变比，校核该变比是否和实际变比基本一致。

4.2.4测各侧同名相电流相位，检查差动保护电流回路极性组合的正确性

通过显示屏观察或用钳形相位表测量同名相电流相位，若各侧接线都正确，则低压侧和厂变侧同名相之间相位相差180°，低压侧和高压侧同名相之间相差150°（高压侧CT为Y接线），厂变侧和高压侧之间相差150°。

5 结束语

在微机变压器差动保护现场投运之前，现场继电保护人员必须深入了解变压器差动保护原理、实现方式和定值意义，熟悉现场接线和带负荷测试方法。以上对微机变压器差动保护在现场应用中的电流回路CT极性、差动保护校验、带负荷检验等方面以及涉及到的平衡系数、相位补偿和补偿电流等若干问题进行了总结说明，这些问题往往对于变压器差动保护正常运行和准确调试影响很大。不能很好的解决这些问题，就会直接影响变压器差动保护的性能，甚至造成变压器差动保护的误动或拒动，正确掌握这些问题，对微机变压器实际应用会有一定的帮助和指导作用。