调档对变压器差动保护差动电流的影响

【摘 要】 本文先具体介绍了变压器差动保护中的差动电流（文中简称差流）计算原理，然后分析改变变压器调压档位时，导致电流互感器变比调整系数的实际值与计算值不同，而引起变压器差动保护差动电流的变化情况，并定量举例说明其影响程度。

【关键词】 变压器 调档 差动保护 差动电流

变压器在电能输送过程中占据着一个非常重要的环节，它起着改变电压等级和传送电能的作用。利用变压器将电压升高，从而降低线损，使远距离输电得以实现。变压器的主保护有瓦斯保护和差动保护。差动保护是利用差动回路比较变压器的流入与流出电流，当正常运行时，差动回路中的流出电流等于流入电流，差流为零；当发生变压器内部故障时，差动回路中的流出电流不等于流入电流，差流大于零，差动保护动作。但在实际运行中，由于某些因数，变压器差流往往不等于零，我们称这种差流为不平衡电流。为了躲过这些不平衡电流，防止差动保护误动作，通常设置一个大于零的启动值。

运行中的变压器，由于受到某些因素的影响，变压器差动保护中的差流值会存在不为零的情况。设备运行维护人员往往对这个差流值存在疑问，不清楚它是如何产生的，也无法区分这是正常现象，还是存在设备缺陷，给我们的设备安全带来了一定的风险。下面我们先分析变压器不平衡电流产生的原因，然后介绍差动保护差流的计算原理，再定量举例说明调档对变压器差动保护差动电流的影响，以供现场运行维护人员参考。

1 不平衡电流的产生

变压器差动保护回路不平衡电流的产生原因，归纳起来有如下几种：（1）变压器正常运行时的励磁电流；（2）由于变压器各侧电流互感器型号不同而引起的不平衡电流； （3）由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流；（4）变压器和电流互感器的内部能量损耗；（5）由于变压器调档引起的不平衡电流

2 电流互感器（CT）变比调整计算

电流流经变压器后，其大小和相位都会改变，再加上高、低压侧CT变比的不同，故不能拿变压器高、低压侧的二次电流来直接进行差流计算，而需要将两者进行调整折算后才能进行差流计算。微机保护装置通常都会有CT自动平衡功能，平衡是以高压侧CT的变比作为基准，对中压侧及低压侧的CT变比进行调整。两个调整系数都是计算值，根据文献[1]，中压侧CT的变比调整系数为d2，低压侧CT的变比调整系数为d3。

由于变压器Y型与型接线侧二次电流的相位已由Y型接线侧二次电流的Y/转换校正，故CT变比调整的目的是弥补各侧CT变比的不匹配，使得正常运行和外部故障CT未饱和时，各侧二次电流的向量和（即差流）为零。注意变压器Y型接线侧二次电流经Y/变换后，幅值相应增大√3倍。装置以高压侧CT为基准，故应使其他两侧经CT变比调整后的二次电流幅值与高压侧二次电流幅值相等。

即

可计算出：

中压侧CT变比调整系数为

低压侧CT变比调整系数为

式中，P为变压器的额定容量，UH、UQ、UL分别为高、中、低侧的额定线电压，KH、KQ、KL分别为高、中、低侧的CT变比。

3 差流计算

微机保护装置要求变压器各侧CT都按Y型接线，而在进行差动计算时由软件对变压器Y型侧的电流进行相位校准，令变压器按Y型接线侧的CT次级三相电流为Ia、Ib、IC，则软件求得进行差动计算的三相电流IA、IB、IC分别为：

上式适用于Y/-11和Y/Y/-11接线的变压器。

设：

高压侧电流为：Iha、Ihb、Ihc

中压侧电流为：Iqa、Iqb、Iqc

低压侧电流为：Ila、Ilb、Ilc

差动保护通常都是按相设置的，下面以A相保护为例说明，B相和C相都相同。设变压器一次接线为Y/Y/-11组接法，则Y型接线侧引入差动保护的电流为：

（Y/转换）

（Y/转换）

则差动电流

即

4 调档对变压器差动保护差流的影响

变压器的调档，也就是改变变压器的调压分接头，即改变变压器高压侧的线圈匝数，从而达到改变中、低压侧电压的效果。由于变压器调压分接头的改变，导致高、中、低压侧线圈匝数比的改变，而在保护装置中高、中、低压侧线圈匝数比（即额定电压比）是设置固定好的。这样造成变压器高、中、低压侧实际的电压比与保护装置设置不同，导致CT变比调整系数d2和d3的实际值与计算值不同，从而影响变压器差动保护中的差流计算值Ida。

下面以110kVXX站的#1主变压器为例，对调档对变压器差动保护差流的影响进行定量的分析。

变压器参数：生产厂家：沈阳变压器厂，型号SFZ7-40000/110；容量S=40MVA，接线方式Y/Y/-11；高压侧一次额定电压UH=110kV，低压侧一次额定电压UL=10.5kV；高压侧CT变比KH=600/5，低压侧CT变比KL=4000/5；额定电压比及电压级差110±8×1.25%/10.5kV。

该110kV变压器的调压分接头共有17档，额定电压档位是9档。即当变压器于9档正常运行时，高压侧一次额定电压UH=110kV，低压侧一次额定电压UL=10.5kV，则根据公式（2）可计算出低压侧CT变比调整系数为

因为变压器高压侧、低压侧的一次额定电压及CT变比在保护装置中是固定设置的，故低压侧CT变比调整系数d3的大小在保护装置是固定不变的，每次的差流计算都会按照上面的d3大小进行计算。

假设变压器以80%的额定功率运行，则低压侧的负荷电流一次值为

低压侧电流的二次值

当变压器运行于9档（额定电压档）时，高压侧的一次电流

高压侧电流的二次值

所以，根据公式（3）可计算出变压器差动保护中的差流计算值为（以A相为例）：

当变压器调档时，低压侧的负荷电流是不变的，改变的只是高、低压侧的电压比值及高压侧的电流值。例如，当变压器于10档运行时，变压器高、低压侧的电压比（匝数比）为

高压侧电流的二次值

故根据公式（3）可计算出变压器差动保护中的差流计算值为（以A相为例）：

当变压器运行于其他档位时，差动保护中的差流计算值如表1所示。

制成曲线关系图如图1所示。

通过以上的计算数据，可见，当变压器运行于中间档位（9档），即额定电压比档位时，差动保护的差流值为零。当变压器的运行档位偏离中间档位越远，其差动保护的差流值就越大。

5 结语

运行中的变压器，由于受到某些因素的影响，变压器差动保护中的差流值会存在不为零的情况。设备运行维护人员往往对这个差流值存在疑问，无法区分这是正常现象，还是存在设备缺陷，也就无法快速地作出正确的判断和处理，给我们的设备安全带来了一定的风险。前文介绍了变压器不平衡电流产生的原因，详细分析了变压器调档对差流的影响机理，并举例定量说明了变压器调档对差流的影响程度，为设备运行维护人员在平时维护时能对变压器差流正常与否作出正确判断提供参考依据。

当变压器档位过低或过高时，差流都会较大。而在实际运行中，变压器一般只在中间档位（额定电压比）附近进行调档，不会运行于低档位或高档位。所以，运行变压器的差流一般很小。为了减小变压器调档对差流的影响，可以通过选用二次额定电流为1A的设备，或者在变压器负荷很重时禁止调档来减小差流值。接下来，我们可以研究影响变压器不平衡电流的其他因素，分析其影响的机理，并制定相关的应对措施，以降低其影响程度。

参考文献：

[1]国家电力公司电力自动化研究院·深圳南京自动化研究院——变压器主保护装置（TM22H）技术说明书.ISA-1H·006·JS[R]1999.5.

[2]Nanjin Automation Research Institute，Ministry of Electric Power，P.R.China·NARI Shenzhen Branch——Main protection of transformer device（TM22H）. ISA-1H·006·JS[R]1999.5.

[3]顾力.光纤电流互感器对变压器差动保护影响的探讨[J].供用电，2011，28（6）：59-61.