平衡系数对变压器差动保护的影响

王 枫，张 镇，齐志铭，王 舒，马宁宁

（1.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001；2.国网辽宁省电力有限公司技能培训中心，辽宁 锦州 121001；3.国网辽宁省电力有限公司检修公司鞍山分部，辽宁 鞍山 114001）

平衡系数对变压器差动保护的影响

王 枫1，张 镇2，齐志铭3，王 舒1，马宁宁1

（1.国网鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001；2.国网辽宁省电力有限公司技能培训中心，辽宁 锦州 121001；3.国网辽宁省电力有限公司检修公司鞍山分部，辽宁 鞍山 114001）

平衡系数是变压器差动保护的重要数据，在保护差流计算、装置校验过程中起着关键作用，因此准确选取计算平衡系数涉及到的变量，关系到差流计算和保护校验的准确性。通过一次变压器差流过大的实例，分析了采用变压器各侧额定电压计算差动保护平衡系数方法存在的问题，提出了采用母线正常运行时通过实际电压进行计算的解决方法。

变压器；差动保护；平衡系数；变比

变压器差动保护是变压器内部故障的主保护，在66 kV及以上变电站中广泛应用，对电网的可靠运行至关重要。由于变压器各侧电压等级不一样，各侧选择的电流互感器（TA）等级也不一样，不可能选择完全匹配的电流互感器，只能选择相近等级，因此变压器的各侧电流会有一定差别，需要引入平衡系数。

平衡系数是把变压器各侧电流调整到同一等级、同一基准上来进行差动保护计算的系数，实质上是将二次额定电流高压侧归算为1，其它侧的调整系数为高压侧电流与相应侧电流相除所得的倍数，各个厂家的计算方法可能不一样，因此实际计算时要参考说明书进行。系统运行中由于存在不平衡电流，严重影响了差动保护装置的可靠运行［1］，甚至对变电站的安全稳定造成不同程度的影响。本文介绍了差动保护原理及平衡系数计算方法，分析了平衡系数对差动保护的影响，并通过实际案例分析，提出提高差动保护动作率的方法，为变压器的稳定运行奠定基础。

1 变压器差动保护原理

变压器差动保护主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障以及大电流系统接地故障，同时也可以用来保护单相匝间短路故障，即保护变压器各侧TA之间的任何故障，因此，差动保护对变压器的安全运行起着极其重要的作用，为了能让差动保护正确可靠动作，除了保护本身，还要注意接线、定值整定等方面的问题。

变压器差动保护是通过比较变压器各侧电流的大小和相位构成的保护，相当于对基尔霍夫定律的近似应用［2－3］。在理想状况下，正常运行或外部故障时变压器差动回路中的不平衡电流为零，但如果考虑实际运行中的不同状况，变压器差动回路中的不平衡电流不可能为零，产生不平衡电流的原因如下。

a.稳态情况下不平衡电流产生原因：由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同引起的不平衡电流；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；由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。

b.暂态情况下不平衡电流产生原因：由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流，使其铁芯饱和，误差增大引起不平衡电流；变压器空载合闸的励磁涌流，仅在变压器一侧有电流。

由以上分析可知，不平衡电流的产生是诸多原因造成的，而这些原因又是不可避免的，这就造成了不平衡电流的客观存在。

变压器差动保护作为变压器内部故障时的主保护，其保护范围包括变压器本身、电流互感器与变压器的引出线，能够有效反映出接地故障，绕组与端部的短路故障，同一绕组的匝间故障等，且具有较高的灵敏度［4－5］。为了在正常运行或外部故障时流入差动继电器的电流为零，目前运行的微机型变压器保护均采取对电流幅值和相位进行校正的方法，使正常运行时流入变压器保护的电流相量和近似为零，即∑I＝0，基本满足基尔霍夫电流定律。

2 平衡系数

由于变压器的变比、各侧实际使用的TA变比之间不能完全满足一定关系，在正常运行和外部故障时变压器两侧差动TA的额定二次电流幅值不完全相同，即使经过相位校正，从两侧流入各相差动元件的电流幅值也不相同，在正常运行或外部故障时无法满足∑I＝0。因此，为了差动保护需要，在微机型变压器保护装置中，采用在软件上进行幅值校正方法，引入折算系数，能将2个大小不等的电流折算成作用完全相同的电流，将该系数称作为平衡系数。其将变压器正常工作时一侧电流作为基准，将另一侧电流乘以该侧的平衡系数，使正常运行或外部故障时经过相位校正和幅值校正后两侧的电流幅值相等，即满足∑I＝0。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。

假设变压器高压侧额定二次电流为4.8 A，低压侧额定二次电流为3.5 A，以高压侧为基准，则高压侧的平衡系数为KphH＝4.8／4.8＝1，低压侧的平衡系数为KphL＝4.8／3.5＝1.37，经过平衡折算后，差动保护内部计算高压侧额定二次电流为I2nH＝4.8×KphH＝4.8 A，低压侧为I2nL＝3.5×KphL＝4.8 A，可见折算后，保护内部计算用变压器两侧的额定二次电流相等，都等于基准额定二次电流。

3 平衡系数计算方法

目前国内微机变压器保护的生产厂家很多，但差动保护平衡系数的计算方法大致分为以高压侧额定电流为基准电流折算法和以5 A为基准电流折算法2种［6］。本文以北京四方变压器保护装置为例，说明以高压侧额定电流为基准的平衡系数计算方法。

计算变压器各侧一次额定电流：

计算变压器各侧二次额定电流：

式中I1n、I2n——变压器各侧一次、二次额定电流，A；

Sn——变压器最大额定容量，kVA；

U1n——变压器额定电压，kV；

nTA——变压器TA变比。

以高压侧为基准，计算变压器中、低压侧平衡系数：

式中KphH、KphM、KphL——变压器高、中、低压侧平衡系数；

I2nH、I2nM、I2nL——变压器高、中、低压侧二次额定电流，A；

Sn——变压器最大额定容量，kVA；

U1nH、U1nM、U1nL——变压器高、中、低压侧一次额定电压，kV；

nTAH、nTAM、nTAL——变压器高、中、低压侧TA变比。

可以得出，将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘，即得到幅值补偿后的各相电流，且平衡系数只与变压器两侧电压变比及差动TA的变比有关，与变压器容量无关。

在最大额定容量确定的情况下，各侧额定电压在计算中起决定性作用。由运行经验可知，变压器在正常运行时各侧母线的实际电压往往和额定电压不一致，有时偏差还会很大，尤其在有载调压变压器的分接头调节较大时更是如此，因此不可避免地会造成各侧平衡系数存在误差，进而出现差电流。

4 平衡系数影响因素

某变电站更换主变保护，定值经过重新计算整定，带负荷试验时，发现装置显示的差流达0.21 A，差流偏大。经过检查，排除装置本身问题、二次回路问题、接线错误、TA变比整定错误等，通过核对定值通知单，发现变压器变比整定错误，变压器额定变比为66 kV／11 kV，上报变压器参数时变压器额定变比为66 kV／10 kV，导致各侧不平衡系数整定错误，进而产生差流。可见二次系统是电力系统不可缺少的重要组成部分，可以对一次系统中各设备进行监视和控制，使一次系统安全稳定运行。

4.1 不同计算电压变比对平衡系数影响

以1台电压等级为220 kV／121 kV／11 kV，容量为60 MVA，三侧电流互感器变比为600／5、1 000／5、3 000／5的变压器为例，分析采用不同计算电压时的平衡系数。

a.采用变压器各侧额定电压计算

该变压器各侧一次额定电流为

该变压器各侧二次额定电流为

以高压侧额定电流为基准，变压器各侧平衡系数为

b.采用母线正常运行时各侧额定电压计算

实际运行中220 kV母线额定电压为220 kV，110 kV母线额定电压为115.5 kV，10 kV母线额定电压为10 kV，可见，变压器各侧额定电压与母线额定电压均存在较大差别。以母线额定电压计算变压器各侧平衡系数为

由此可见，用变压器各侧额定电压和母线各侧额定电压计算出的平衡系数是不同的，根据平衡系数计算原则，整定计算用的电压变比取变压器各侧额定电压。对1台上述铭牌变压器，中压侧平衡系数误差达8.7%，低压侧误差达8%。可见，实际运行中各侧额定电压与整定计算中变压器额定电压均存在较大差别，影响平衡系数，进而造成差电流的出现。继电保护人员在今后工作中一定要认真核对设备铭牌，仔细校对输入定值，在计算变压器平衡系数时，应以变压器铭牌标注的额定电压为准。

4.2 不同分接头档位对平衡系数影响

带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用有载调压变压器来调整电压的方法，改变分接头相当于改变变压器的变比，保证变压器输出端为额定电压。系统运行中，差动保护已按照某一变比调整好，若改变分接头档位，由于额定电压的偏差会造成各侧平衡系数的误差，进而在差动保护回路中产生不平衡电流，影响差动保护。因此，在差动保护定值整定过程中要充分考虑改变变压器分接头档位产生的不平衡电流。

下面以铭牌为66 kV±8×1.25%／11 kV，容量为31.5 MVA的变压器为例，高、低压侧电流互感器变比分别为600／5和3 000／5。以高压侧额定电流为基准，变压器不同档位时平衡系数如表1所示。

表1 变压器不同档位时平衡系数

由表1可见，若以高压侧额定电流为基准，变压器分接头在不同档位计算的平衡系数不同，为防止改变分接头档位时产生不平衡电流，可采用多套差动保护，方便切换供不同档位使用，防止变压器差动保护误动作。

5 结束语

利用系统额定电压计算平衡系数和改变变压器分接头档位对差动保护都有影响，并通过对变压器差流过大的实例分析，发现计算变压器平衡系数采用系统额定电压的做法应当进行改进，且继电保护人员工作中一定要认真核对变压器设备铭牌参数。当差动平衡系数取值合适时，正常运行的变压器差动电流很小，因此平衡系数对差动保护装置的稳定运行起着重要作用，实际计算时应该采用变压器各侧额定电压计算变压器平衡系数，这样会使平衡系数更加准确，贴近实际运行情况，有利于保护装置正常运行。

［1］王 冠，李志涛.变压器差动保护不平衡电流相关问题研究［J］.中小企业管理与科技，2012，21（9）：79－81.

［2］甘景福，董敬远，王笑梅.变压器差动保护平衡系数计算中电压值选取问题［J］.电工技术，2005，36（7）：25－26.

［3］李沛业.大通变电所1号主变压器差动保护误动原因分析［J］.东北电力技术，2004，25（7）：29－30.

［4］陈玉龙，李巧荣.变压器差动保护平衡系数的矢量分析［J］.通信电源技术，2013，30（1）：29－30.

［5］张晓东.启备变差动保护动作分析［J］.东北电力技术，2009，30（1）：28－29.

［6］解 波，张 波，宋永强.变压器差动保护平衡系数算法对不平衡电流的影响［J］.陕西电力，2003，31（6）：28－29.

Influence of Balance Coefficient on Transformer Differential Protection

WANG Feng1，ZHANG Zhen2，QI Zhiming3，WANG Shu1，MA Ningning1
（1.State Grid Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China；2.State Grid Liaoning Skills Training Center，Jinzhou，Liaoning 121001，China；3.State Grid Liaoning Maintenance Company，The Branch of Anshan，Anshan，Liaoning 114001，China）

Balance coefficient is one of the important data of transformer differential protection，it plays a key role in protection differ⁃ential current calculation and device checking.Accurately selection of variable concerns the accuracy of differential flow calculation and checking protection.From a example analysis，problems with rated voltage differential protection balance coefficient method are ana⁃lyzed.Solution method is put forward.

transformer；differential protection；balance coefficient；ratio

TM774

A

1004－7913（2016）11－0041－04

王 枫（1976），男，学士，工程师，从事电力系统基建工作。

2016－08－20）