主变压器差动保护整定计算详解

2014-04-04常鲜戎

江西科学 2014年1期

常鲜戎，陈昱

(华北电力大学，河北保定071003)

0 前言

差动保护是采用基尔霍夫电流定理，在保护装置中输入被保护设备两端电流差值，设备正常工作时，差动电流为零，设备故障时，流进保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于保护装置整定值时，保护出口动作，跳开被保护设备各侧断路器，从而切除故障。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，是防止变压器内部故障最重要的主保护。

变压器差动保护整定计算一般分3步进行，第1步先计算变压器各侧2次额定电流和平衡系统，第2步根据二次电流计算差动启动电流、制动电流、制动系数、电流速断定值等，第3步进行灵敏度校验。现结合工程实际应用情况，以许继电气股份有限公司的WFB-100微机发变组保护应用为例，详细介绍主变压器差动保护整定值的计算方法［1～3］。

1 主变差动保护原理

主变差动保护一般包括差动速断保护、比率差动保护、2次(5次)谐波制动比率差动保护3个部分，其功能分别说明如下。

1.1 比率差动保护动作特性

比率差动保护典型动作特性见图1。当变压器轻微故障时，例如匝间短路圈数很少时，不带制动量，使保护变压器轻微故障时具有较高灵敏度。而较严重区外故障时，有较大制动量，提高保护可靠性。带比率制动特性的纵差保护的动作特性通常如图1所示，为直角坐标系上的一条折线。该坐标系纵轴为保护的动作电流Iop;横轴为制动电流Ires。折线左上方为保护的动作区，折线右下方为保护的制动区。从图1可见，这一动作特性需求解的参数有3个，即保护的最小动作电流Iop.min，起始制动电流Ires.0，折线段Iop.set斜率S。

图1 WBF-100比率制动纵差保护特性

1.2 二次谐波制动

二次谐波制动的主要作用是区别故障电流和励磁涌流，因主变空载投运时会产生比较大励磁涌流，并伴随有二次谐波分量，为使主变不误动，采用谐波制动原理，根据二次谐波分量是否达到设定值来判断是主变故障还是主变空载投运，决定比率差动保护是否动作。

1.3 差动速断作用

当变压器内部出现严重故障时，由于故障电流很大，将有可能导致CT饱和，从而使得二次电流中谐波含量增加，当谐波含量大于谐波制动中设定的比率时，差动保护将拒动。而这时由于发生的是严重故障，如果故障不能立刻切除，将导致严重后果。因此，差动速断是较严重区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点(差动速断不考虑谐波制动)。

1.4 差动保护的平衡系数

差动保护是利用比较变压器各侧电流的幅值和相位的原理构成，即采用主变各侧CT的一次回路正极性侧置于母线(或变压器)的一侧，二次回路同极性端相联的方法。由于变压器线圈绕组通常采用Y/△/-11的接线，使得两侧电流相位差30°。而且，由于实际中各侧CT变比的选择不可能完全根据各侧一次额定电流的数值来匹配，因此不可能将各侧的二次电流的相量值直接相加的方法来获得差流。为了消除这种不平衡电流的影响，传统的电磁型、集成电路型差动保护通常采用将变压器Y型绕组侧的二次电流回路接成△型的接线形式，并且在其中一侧的电流回路中引入变流器，消除因CT变比以及Y/△变换的一侧电流幅值增大3倍的影响。而对微机保护来讲，由于Y/△变换可在软件中实现，使主变各侧CT二次回路接线均可采用Y型接线。同时引入平衡系数这一参数来平衡各侧电流在幅值比较上的差异，从而计算出差流。平衡系统是一个将2个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，使2个不相等的电流产生作用(对差动元件)的大小相同。根据变压器的容量、接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。

1.5 动作特性和动作方程

(1)从图1可见，比率差动动作方程为:

式中:Iop为差动电流;Iop.0为差动最小动作电流整定值;Ires为制动电流;Ires.0为最小制动电流整定值;S为比率制动特性斜率。

(2)二次谐波制动原理。

利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据，动作方程为:

式中:Iop.2为三相差动电流中的二次谐波电流;K为二次谐波制动系数;Iop为三相基波差动电流。

2 整定计算

2.1 计算参数

本文中变压器计算参数如表1所示，变压器型号为SFP9-150000/220。

表1 计算参数表

2.2 各侧差动平衡系数整定

(1)计算变压器各侧一次电流

式中:SN为变压器额定容量;UN为计算侧线电压。

主变压器高压侧一次额定电流为:

(2)计算各侧流入保护装置的二次电流

式中:Kcom为变压器CT二次接线系数，CT为“△”接线时Kcom=，CT为“Y”接线时Kcom=1;本例中两侧CT接线均为“Y”，故均取为1。na-CT变比。

高压侧CT二次侧电流:InH=1×357.9÷ (1200/5)=2.98 A

低压侧CT二次侧电流:InL=1×5 498.6÷ (12000/5)=4.58 A。

(3)计算各侧平衡系数

以主变高压侧流入装置的二次电流InH为基准，则

高压侧差动平衡系数:KphH=1;

低压侧差动平衡系数:KphL=In1/In2=2.98 ÷4.58=0.65。

以上计算数据填入表1。

2.3 最小动作电流的计算

最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流。依据《大型发电机变压器继电保护整定与计算导则(DL/T84-1999)》第5.1.4.3条中的第2种整定方法，有

式中:Krel为可靠系数，一般取1.3～1.5，此处取1.5。Ker为两侧电流互感器变比误差的差异引起的不平衡电流系统，10P级CT，Ker=0.04×2(两侧CT不饱和，所以不取0.1;考虑一侧CT变比误差为“+0.04”，另一侧CT变比误差为“－0.04”);△U为变压器调压引起的误差。

微机保护的平衡系数的选择是在变压器的变比为额定分接头时进行的。但在运行中，变压器分接头的位置是经常人为调节的。分接头位置是“+0.05、+0.025、0、－0.025、－0.05”共5个。一旦分接头位置不在额定位置时，两侧CT二次侧电流又不相等了，出现不平衡电流。△U系统取调压范围中偏离额定值的最大值，即△U=0.05。