分相差动保护试验分析

代伟

(云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000)

0 前言

微机差动保护装置在电力系统中得到了广泛的应用，微机差动保护装置早已取代了传统的差动继电器。变压器差动保护作为保护变压器本体外故障的主保护，对变压器安全稳定运行起到了至关重要的作用。所以对变压器差动保护装置的定检工作就显得尤为重要［1］。

实际工作中，继电保护工作人员在做主变压器差动保护动作电流试验和差动速断试验时经常遇到这样的问题:在做主变压器分相差动试验时，比如做A 相差动时，报文显示为A、C 相差动动作;做B 相差动时，报文显示:B、A 相差动保护动作。做C 相差动时，报文显示:C、B 相差动保护动作。同时涉及到的平衡系数也需要手动计算，甚至需要自己推算，然而计算的方法各个厂家可能都有所差别。以下对微机差动保护装置工作原理作进一步的探究学习。以常见的Y/△11绕组接线方式的变压器为例，其接线图及电流正方向进行定义如图1 所示。

图1 差动保护的接线图

图1 所示的接线图中包含了两个方面的内容:

1)由于Y/△11 接线方式，导致两侧一次电流之间出现30°的相位偏移，所以应对Y 侧CT 一次电流相位进行补偿;

2)由于变压器两侧电压等级不同，所以两侧CT 二次电流有名值不能直接进行运算，二者必须归算到同一侧。

基于图1 分析出来的两个内容正是做分相差动保护试验所要首先了解的问题，下面就从平衡系数的计算着手，分几步来开始研究分相差动保护试验。

1 对平衡系数及接线系数的分析

在研究变压器的运行问题时，希望有一个既能正确反映变压器内部电磁关系，又能便于工程计算的等效电路，来代替既有电路、又有磁路和电磁感应联系的实际变压器。为建立这样的一个等效电路，需要把两个在电的方面没有直接联系的高压侧和低压侧的不同电压和电流进行绕组归算，其实就是一种匝数归算，而不改变两侧原有的电磁关系［2］。显然，对于发电机的差动保护，由于其两侧电流相位和大小均没有变化，故不需要归算。而对于继电保护工作人员接触得更多的变压器的差动保护，由于变压器变比的影响，造成两侧电流不平衡，再考虑到CT 变比，要使得正常运行和外部故障时两侧(或三侧)流入差动继电器的电流相量和为零，就必须考虑到归算，这就是平衡系数的来源。这样做也正是为了建立一个等效电路。下面就平衡系数的计算进行简单的介绍:

以某220 kV 变#1 主变A 套保护为例，定值:

接线组别:YN，a0.d11;

额定容量:120 000/120 000/60 000 kVA;

CT 变比:高压侧:600/5，

中压侧:1 200/5，低压侧:1 000/5;

额定电压:高压侧:220 kV，

中压侧:115 kV，低压侧:35 kV;

一次侧额定电流:高压侧:314.9 A，

中压侧:602.5 A，低压侧:989.8 A;

CT 二次侧额定电流:高压侧:2.62 A，

中压侧:2.51 A，低压侧:4.95 A;

计算:

一次侧额定电流;

高压侧:

中压侧:

低压侧:

对于微机保护，各侧CT 均采用星型接线，简化了CT 接线，而在Y 侧通过微机差动保护内部的相位转换程序来实现对一次电流的相位补偿。在Y 形侧的差动一臂中，电流又增大了倍。此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中应没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大倍，以减小二次电流，保证正常运行和外部故障时输入差动继电器的电流为额定电流。

这样处理后的各侧一次额定电流为:

高压侧:

中压侧:

由于低压侧一次接线方式为三角形，不需要相位转换。

故，选择CT 变比为:高压侧:600/5，中压侧:1200/5，低压侧:1000/5;

这样，CT 二次侧额定电流定值为:

高压侧:

中压侧:

低压侧:

由上述分析可知，以高压侧为基准，平衡系数KPH的求解方法为:

高压侧:

一次侧Y 接线:

一次侧△接线:

中压侧:

一次侧Y 接线:

一次侧△接线:

低压侧:

一次侧Y 接线:

一次侧△接线:

在上述平衡系数KPH的求解计算式中，可见，CT 接线系数以一次侧的接线方式为基准。由上述计算可知:一次侧为Y 接线，则接线系数为，Δ 接线则为1。差动保护中的接线系数均遵循此原则。

2 分相差动试验分析

2.1 问题

对于Yn/d11 接线方式，在做主变差动试验时，如表1 所示，只是单独在高压侧加入某一相电流，报文会显示两相都会动作。如，在试验仪单独在高压侧加入A 相电流，报文显示为:A、C相差动保护动作。单独加入B 相电流，报文显示:B、A 相差动保护动作。单独加入C 相电流，报文显示:C、B 相差动保护动作。这样的话就不能确定到底是哪项差动保护在动作，而差动保护是在做主变定检时最难的部分，如果没有弄清楚原因，就达不到定检的预期目标。

2.2 原因分析

由于变压器绕组通常采用Y，d11 接线方式，因此，其低压侧电流相位超前高压侧30°。二次电流由于相位不同，会有一个不平衡电流流入差动继电器，此时，要对Y 侧CT 一次电流进行相位补偿，传统的方法是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后即可把二次电流的相位校正过来。

表1 主变差动试验数据

随着微机保护的发展，现在普遍都是CT 用全星形接线，采用相位转换程序进行补偿。而无论是通过改变CT 接线方式还是电流转相位元件，其原理都是类似的。下面结合图表来分析原因。图2 (a)所示为Y，d11 接线变压器的纵差动保护原理接线图，图中为星形侧的一、二次电流，分别为三角形侧的一、二次电流，三角形侧一次电流相位超前星型侧一次电流30°，如图2 (b)所示。现将星形侧的电流互感器采用相应的三角形接线(与转相位元件实现的功能一样，用传统的接线方式来说明是为了便于理解)，则其副边输出电流为，刚好与同相位，如图2 (c)所示。这样差动回路两侧的电流就是同相位的了。

3 解决方案

试验前需要做的安全措施:在差动保护接线端子处打开高、低压侧三相电流及N 相电流连接片，并在高、低压侧电流端子尾端用电流短接片短接，防止CT 二次侧开路。拆脱相关的出口跳闸及信号等线，断开控制电源。

由前述可知，以高压侧为基准，则接线方式为三角形的低压侧接线系数为1，所以其的平衡系数为，结合图2 (a)～ (c)，可得流过差动继电器的差动电流可表达为以下形式:

图2 传统的差动保护接线原理图

B 相差动电流:

4 结束语

以三绕组YN，a0.d11 接线方式变压器为例，分析了试验中必然涉及的平衡系数、接线系数的计算方法;简单起见，以两绕组Y/d－11 接线方式变压器为例(对于三绕组差动，方法也类似)，对主变压器分相差动保护试验进行了探究。指出了计算平衡系数需要除以接线系数的原因，而针对差动保护试验中报文显示有两相差动保护总是会同时动作这种情况，在分析了原因的同时，提出了主变压器分相差动保护试验方法，使微机保护装置报文能够正确的分相显示差动保护动作，解决了所遇到的这个问题。这有利于继电保护、变电运行、变电站综合自动化等工作的更好开展。

［1］陈生贵.电力系统继电保护［M］.重庆大学出版社，2003.

［2］汤蕴璆，史乃.电机学(第二版) ［M］.机械工业出版社，2008.