变压器微机差动保护及其带负荷测试

徐敬广，徐 曼

（1. 合肥工业大学 机械汽车工程学院，安徽 合肥 230009；2. 安徽电子信息职业技术学院 机电工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽萧县刘其初中， 235262）

物理与应用物理研究

变压器微机差动保护及其带负荷测试

徐敬广1,2，徐 曼3

（1. 合肥工业大学 机械汽车工程学院，安徽 合肥 230009；2. 安徽电子信息职业技术学院 机电工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽萧县刘其初中， 235262）

从差动保护原理的角度对主变微机差动保护进行了简要分析，并为避免及查找变压器差动保护误动作提供了解决办法，简述了微机保护带负荷测试的重要性。

差动保护；电流互感器；不平衡电流；差流；带负荷测试

1 双绕组变压器（Y，d11）差动保护的简要原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，变压器正常运行时，流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和正比于故障点电流，差动继电器动作。由于双绕组变压器各侧一次接线方式不同，造成两侧电流30°的相位差，从而在其差动保护的回路中产生较大的不平衡电流，因此为避免微机保护误动作要求两侧电流互感器二次侧采用相位补偿法接线。在微机保护中，由于软件计算的灵活性，现已允许变压器各侧电流互感器都按Y形接线，在进行差动计算时由软件直接对变压器Y侧电流进行相位校准及电流补偿。简要原理接线及矢量图如图1、图2所示。

图1 变压器差动保护的原理接线图

IAY表示变压器星形侧A相一次电流，Iay表示A相二次电流，Iay′表示流进微机差动保护继电器的电流。用Ia△表示变压器三角形侧a相一次电流，Ia△′表示a相二次电流。

图2 矢量图

按图2所示电流方向，则有：Iay′=Iby–Iay，Iby′=Icy–Iby，Icy′=Iay–Icy。经软件相位转换后的Iay′、Iby′、Icy′就与低压侧的电流同相了。保护范围内流入与流出的电流应该基本相等。当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流不相等，保护动作。这种保护方法有很高的动作选择性和灵敏度，适用于保护大容量、强电流、高电压及对灵敏度要求高的电气设备。所以被广泛用于保护大容量、高电压的变压器[1]。然而值得注意的是，由于变压器在结构和运行上具有一些特点，在实际运行中保护范围内无故障时，差动保护装置也具有较大的不平衡电流，这种不平衡电流可能引起差动保护装置的误动作。

2 差动保护装置的误动作原因

2.1 变压器各侧电流互感器的型号和变比不同

电流互感器型号与变比的正确选择是保证差动保护动作可靠性的基础，若型号选错或所选变比较小，在保护区外发生故障时，电流互感器铁芯将迅速饱和，不平衡电流迅速增大，造成差动保护误动作。如果变压器两侧互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算到同侧）也就不同，因此就会在两臂产生较大的电流差，影响保护动作。因而建议如有条件尽可能采用同厂家同批次生产同型系数为1的电流互感器。

另外，在选择电流互感器变比时，按常规计算的数据往往较小，常常不能满足保护对其10%误差的要求。经验介绍此时可适当增大1～2档，减小差动回路中产生的不平衡电流，以削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。

2.2 电流互感器二次负荷对10%误差曲线的要求

在稳态运行时，只要其二次实际负荷小于10%误差曲线允许的负荷，电流互感器的测量误差即在10%以内，电流互感器二次负荷就能满足10%误差曲线的要求。由于二次负荷越大，电流互感器铁芯越容易饱和。若二次负荷不能满足10%误差曲线的要求，在发生保护区外三相短路故障时差动保护可能误动，会导致开关无选择性跳闸，直接影响系统的供电可靠性，甚至可能造成整个供电系统停电。这种情况，通常可以采取如下措施：

（1）增加电流互感器的变比[1]；

（2）使用串联电流互感器；

（3）降低电流互感器二次负荷；

（4）在满足灵敏度要求的前提下，适当提高动作电流，并重新校核电流互感器的10%误差曲线[1]。

2.3 客观因素

电流互感器的一、二次回路接线虚接、开路，甚至错误，微机保护软件参数的选择错误，保护定值、低压侧不平衡系数等的计算错误。某变电所交接试验的微机装置带负荷测试发现，其高低压侧差流偏大，只要投入差动保护，就会动作跳闸。检查结果发现其高压侧二次额定电流的4.5 A被输入成了5.4 A。重新输入数据，保护运行正常。

变压器差动保护原理简单，但实现方式复杂，加上各种差动保护在实现方式细节上的各不相同，更增加了其在具体使用中的复杂性，使人为出错机率增大，保护正确动作率降低。比如许继公司的微机变压器差动保护计算Y-△接线变压器Y型侧额定二次电流时不乘以，而南瑞公司的保护要乘以。这些细小的差别，如若被设计、安装、整定人员疏忽、混淆，就会造成保护误动、拒动。为了防范于未然，变压器差动保护投运时进行带负荷测试就尤为重要。

由于变压器差动保护是靠各侧CT二次电流间的差流工作的，因此差流的测试也理所当然成为差动保护带负荷测试的重要内容。当然负荷电流越大越好，负荷电流越大，各种错误在差流中的体现就越明显，就越容易判断，因此要求带负荷测试时的负荷电流应不小于其额定值的10%，实际工作中一般取0.2 A以上基本就可以了。带负荷测试是利用系统工作电压和负荷电流，在投产前检验交流二次回路接线及系统参数值输入正确性的最后一次试验，因此必须认真仔细。主要从以下几个方面进行：

2.3.1 看电压、电流幅值及相序、相位

正确接线下，各侧电压、电流都应是正序，即：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。正常状态下，保护屏显示的交流电压、电流的相位关系和利用钳位表测试得出的六角图相比较应一致。若与此不符，则有可能：

（1）在端子箱的二次电流和一次电流回路相别不对应，比如某变电所电流互感器端子箱内定义为A相电流回路的电缆芯接在了B相CT上，这种情况在一次设备倒换相别时时有发生。

（2）从端子箱到保护屏的电缆芯接错，比如某变电所电缆芯在端子箱接A相电流回路，却接在保护屏C相电流输入端子，C相电流回路，接在保护屏A相电流输入端子，这种情况一般是因为现场安装人员马虎或因赶工期简化工作流程造成的。

2.3.2 看两侧同名相电流相位，检查电流互感器极性组合的正确性

正确的接线，其高低压侧二次电流相位应相差180°。若两侧同名相电流相位差不满足上述要求（偏差大于10°），则有可能：一侧CT二次绕组极性接反。例如某施工单位在安装CT时，由于现场空间影响，其一次极性未按图纸摆放，二次极性未作相应颠倒处理造成了CT二次绕组极性接反。

2.3.3 观察差流大小，判定系统参数值输入的正确性

按要求，差动电流值不应大于3%IN，通过液晶屏显示观察，若电流值过大，可能是由于：

（1）变压器实际分接开关位置和计算分接位置不一致。根据实际分接开关位置对应的额定电压或运行变压器各侧母线电压，计算变压器各侧的二次额定电流。某额定电压为35 KV变压器微机保护装置，其实际分接开关因母线电压偏高，要求设置在I档38.5 KV，结果由于某种疏忽被输入V档32.5 KV进行计算，以至于带负荷测试时保护装置动作。

（2）变压器Y型侧二次额定电流算错。由于微机变压器差动保护在“计算Y型侧额定二次电流系数”问题上没有统一，整定人员容易将Y型侧额定二次电流算错，从而造成整定值错误。

（3）平衡系数出错。计算平衡系数时，通常是先将基本侧（变压器高压侧）平衡系数整定为1，再用另侧二次额定电流除以基本侧二次电流得到另侧平衡系数，如果误用基本侧二次额定电流除以另侧二次电流，平衡系数就会算错。某单位变电所微机保护装置由于平衡系数计算错误，也没进行带负荷测试，结果没能及时发现并纠正错误，导致变压器经常误动，给供电带来极坏影响。后经详细排查，重新进行了带负荷测试，发现了差流的存在，排除外围各种因素后，重新计算了平衡系数，才找到问题的症结。改正平衡参数后，保护已安全运行了3年。

2.3.4 观察三相电流的对称性

每侧A相、B相、C相电流幅值基本相等，相位互差120°，即A相电流超前B相120°，B相电流超前C相120°，C相电流超前A相120°。若一相幅值偏差大于10%，则有可能：

（1）变压器三相负荷不对称，一相电流偏大或偏小。

（2）变压器三相负荷对称，但波动较大，造成测量一相电流幅值时负荷大，而测另一相时负荷小。

（3）某一相CT变比接错，比如该相CT二次绕组抽头接错。

（4）某一相电流存在寄生回路，比如某一根电缆芯在剥电缆皮时绝缘损伤，对电缆屏蔽层形成漏电流，造成流入保护屏的电流减小。

3 结语

主变是整个区域供电系统的心脏，变压器差动保护的可靠投入及安全运行又对变压器的正常运行起着至关重要的作用，带负荷测试使我们从源头上解决变压器差动保护设备施工过程中可能出现的错误，大大降低了微机保护误动作带来的威胁及危害。

在带负荷测试中，严格按照带负荷测试内容，认真、仔细、全面地收集数据，对于形成严谨的工作态度和刻苦钻研技术精神都有极其重要的意义。同时，带负荷测试，使我们更加深入的了解了变压器差动保护原理、实现方式和定值意义，也更加深入地熟悉了现场设备接线状况和运行要求，更大程度发挥了设备的优良性能，保障了设备运行的可靠性。

[1] 穆玉兰,变压器微机差动保护误动作的原因.江苏:机电信息,2011(12):15-16.

[2] 张露江,电力微机保护实用技术[M].北京:中国水利水电出版社,2010:42.

[3] 熊为群,陶然编.继电保护,自动装置及二次回路[M].北京:中国电力出版社,1982:142.

（责任编辑、校对：孙海祥）

The Transformer Microcomputer Differential Protection and its Loading Test

XU Jing-guang1,2, XU Man3
(1. School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Department. of Mechatronic Engineering, Anhui Vocational College of Electronics and Information Technology, Bengbu 233030, China; 3. Anhui Xiaoxian Liuqi Middle School, 235262, China)

The main transformer microcomputer differential protection is analyzed from the perspective of differential protection principle and a solution is provided to avoid and to find the disoperation of transformer differential protection. The importance of loading test of microcomputer protection is also discussed.

differential protection; current transformer; unbalanced current; differential current; loading test

TD612

A

1009-9115(2014)02-0046-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.013

2013-08-15

徐敬广（1974-），男，安徽萧县人，硕士，实验师，研究方向为机电一体化。