内桥和电流接线对变压器差动保护的影响

陈海龙

（许继电气股份有限公司，河南省许昌市 461000）

内桥和电流接线对变压器差动保护的影响

陈海龙

（许继电气股份有限公司，河南省许昌市 461000）

主变压器差流速断保护作为变压器内部故障快速主保护，因变压器空投时的励磁涌流或外部故障时的最大不平衡电流无法准确测量和计算，实际使用时通常都按照经验值来整定，这就要求差流速断保护要具有较高的抗干扰能力。本文详细介绍了差流速断保护的动作逻辑及TA饱和的判别方法，结合内桥“和电流”接线，在特殊运行方式下，区外故障TA饱和差流速断保护动作情况分析，提出了差动保护电流互感器的注意事项及接线要求, 以保证差动保护可靠运行。

差流速断保护；TA饱和；内桥；和电流接线

0 引言

桥形接线是由一台断路器和两组隔离开关组成连接桥，将两回变压器—线路组横向连接起来的电气主接线。桥形接线可分为内桥接线和外桥接线两种接线方式。桥电路连接在两台变压器开关的内侧，靠近变压器侧，称为内桥接线。

桥形接线中使用的断路器和隔离开关台数少，其配电装置占地面积也小，能够满足变电所可靠性的要求，运行方式灵活，一条线路故障不影响另一条线路及主变压器的运行。桥形接线适用于线路为两回、变压器为两台的变电所。

近年来保护动作统计表明变压器差动保护的动作准确率偏低，除了和变压器励磁涌流有关外，另外一个重要的因素就是电流互感器的饱和问题。

本文针对某水电站内桥接线变电站的出线和内桥采用“和电流”接线，在特定的运行方式下，区外故障电流互感器饱和导致主变压器差流速断保护动作事故，分析了差流速断保护动作的原因，并提出了解决该问题有效的方法。

1 主变压器差动保护

1.1 差流速断保护原理

变压器差动保护原理复杂，装置中常用到各种滤波环节，使保护动作速度比较慢。为了取得在严重的内部短路时有高速的保护，一般在比率制动式差动保护的基础上，利用原有装置中的差动电流，不经滤波电路，直接采用差动电流的全波幅值作为动作量，没有制动量，这就是差流速断保护[1]。

差流速断保护的动作电流应按变压器空载合闸、有最大励磁涌流时不误动作作为整定原则。对于大型变压器，还应考虑外部短路时可靠不误动。而变压器空投时的励磁涌流或外部故障时的最大不平衡电流在实际应用时又无法准确测量和计算，DL/T 684—2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》也只是给出了一个推荐范围，实际使用时通常都按照经验值来整定。

1.2 差流速断保护动作逻辑

主变压器差流速断保护要求1.5 倍定值下的保护动作时间小于20ms，通常采用半周差分或半周傅里叶算法来保证保护的动作时间，但半周算法不能完全滤除直流分量的影响。因此，为了保证差流速断保护的快速性及可靠性，其动作方程如下：

K——比率制动系数；

Ires——制动电流。

式（1）只在同步识别法判为区内故障时投入，式（2）固定投入。差流速断保护的动作特性如图1所示。

差动保护启动后，首先利用同步识别法进行区内、外判别，如果为区内故障，保护采用半周差分或半周傅里叶算法计算差流，当式（1）满足时差流速断保护快速动作，保证差流速断保护的快速性；如果为区外故障，则保护采用全周傅里叶算法计算差流并增加比率制动系数，当式（2）满足时差流速断保护动作，提高保护的可靠性并保证故障由区外故障发展为区内故障时保护能可靠动作。

图1 差流速断保护动作特性

2 TA饱和判据

2.1 区外故障饱和特性

差动保护广泛应用于电力系统继电保护领域，尤其是主设备保护。由于大型发电机组定子回路时间常数大，故障电流中非周期分量衰减慢，故障时易引起差动保护各侧电流互感器（TA）传变暂态不一致或饱和，对于变压器来说，各侧TA特性不一致，故障时更易引起TA饱和[3]。

TA饱和的显著特征是：区内故障时，差动电流与制动电流同时出现；区外故障时，差动电流滞后制动电流出现；一次电流过零点附近存在一个线性传递区，使得区外故障时差动电流在一个周期内有间断，不是连续的。区外故障TA饱和特性如图2所示。

图2 区外故障TA饱和特性

2.2 TA饱和判据

（1）同步识别法区内、区外故障判别。

当差动保护满足动作条件后（进入保护动作区即可）首先进行该判别，采用后推一采样周期（一周波采样24点）的方法确定故障起始点，判别方程如下：

如果连续有三个采样点满足此方程，确定此时故障开始，从故障起始点开始，三个采样点中至少有两个采样点满足方程：|id|＞0.5×|ir|，认为差流和制动电流同时出现，判为区内故障，则保护不进入TA饱和判据；否则判为区外故障，保护自动投入饱和判据。其中：

式中：id——瞬时点差动电流；

if——瞬时点制动电流。

（2）TA饱和判别。

首先根据差动电流自身信息虚拟一个制动电流idmax，该值为一采样周期内最大采样值，若该采样周期内有19个及以上的采样点值满足方程|id|＞0.2×|idmax|，则开放差动；否则认为TA饱和，闭锁差动保护。

图3 TA饱和虚拟制动特性

图3中，TA饱和时间为3.3ms，一个周波内满足虚拟制动的最大点数为14，小于设定的19，闭锁差动保护。

3 保护动作情况简述

3.1 运行方式简述

某水电站内桥接线变电站的电气主接线图如图4 所示，出线1、出线2是变电站的2 条出线，DL4和DL5为2个出线断路器，DL6为内桥断路器，DL2、DL3为发电机出口断路器，DL22为厂用变压器出口断路器。

其中，主变压器2B差动保护高压侧电流取自电流互感器TA4 和TA6 的和电流，即TA4 和TA6 二次侧电流在端子排上相加后（矢量和）进入保护装置；中、低压侧电流分别取自TA2 、TA3和TA22。

特殊运行方式为2F、3F发电机停运，主变压器2B带厂用变压器22B运行，厂用电负荷小于主变压器额定电流的5%。因此特殊运行方式下，区外故障时，计算主变压器2B的差动电流时，主变压器低压2个分支电流可以忽略不计，差动电流即为TA4 和TA6的和电流。

图4 电气主接线

3.2 主变压器差动保护动作情况

在特殊运行方式下，某日 23时31分46秒38毫秒由于雷击导致出线1发生B、C两相短路接地故障，线路保护动作。同时23时31分46秒055毫秒2B主变压器差流速断保护动作。主变压器差流速断保护定值及动作报告如表1、表2所示。

表1 主变压器差流速断保护定值

表2 主变差流速断保护动作报告

3.3 主变压器差流速断动作分析

（1）装置动作报告分析。

从动作报告可以看出B相差动速断差流达到11.499A（6.43Ie），大于定值10.736A（6Ie），主变压器差流速断保护动作满足保护定值设置的要求。

（2）装置录波分析。

装置动作故障录波图如图5所示。

图5 装置动作故障录波

从图2中可以看出，黄线时刻为线路故障起始时刻，红线为故障后某一时刻，A相差动电流为4.592A、B相差动电流为11.713A、C相差动电流为8.150A，保护装置动作录波数据与动作报告一致。

（3）保护动作分析。

特殊运行工况下，主变压器2B的差动电流即为TA4 和TA6的和电流。出线1区外故障时，故障电流流过桥侧的6TA 和出线1的 4TA，在两个TA传变特性一致的情况下，对差动保护来说是个穿越电流，即6TA 和4TA的电流应大小相等，方向相反，两个电流和应该为零，差动电流也应该为零，这时制动电流也为零[3]（采用这种接线方式的弊端）。

但是从装置动作录波及报告电流看，和电流不为零且比较大。这说明6TA 和4TA在故障时的电流传变特性不一致，和电流不为零，出现差流。在这种接线运行方式下，差动保护只感受到高压侧的电流（和电流），差动电流和制动电流是同一个电流。差动电流与制动电流的时差关系如图6所示。

从图6中可以看出，差动电流和制动电流是同一个电流，差动电流与制动电流同时出现，差动保护判断为区内故障，差流速断保护采用式（1）计算方式，电流（半周差分算法）达到定值，快速动作。

图6 差动电流与制动电流同步判别

3.4 解决措施

（1）建议开展差动保护用电流互感器综合误差曲线分析。主要包括TA的V/A特性、二次回路负载阻抗、10%误差曲线等；

（2）将出线1的电流互感器TA4和桥侧电流互感器TA6分别引入装置。在区外故障时，TA4和TA6的电流会形成相应的制动，在区外故障TA饱和后，判为区外故障，差流速断保护采用式（2）计算，减少直流分量的影响，并利用制动电流的制动特性，保证差流速断保护可靠不动作。

4 结论

微机差动保护具有较强的抗TA饱和的能力，区外故障即使出现TA暂态饱和或不一致的情况，只要TA的二次电流在一个周波内线性传变区不小于5ms就能保证差动保护可靠不动作。

在工程应用中，应避免将有源侧的两组TA采用“和电流”的接线方式引入保护装置，应将差动保护用各侧的TA分别接入保护装置。

[1] 王维俭．电气主设备继电保护原理与应用．北京：中国电力出版社，1998．

[2] 袁季修, 盛和乐, 吴聚业． 保护用电流互感器应用指南[M]． 北京 ：中国电力出版社，2004．

[3] 李斌，马超．内桥接线主变压器差动保护误动原因分析[J]．电力系统自动化，2009，33（1）：99-102．

陈海龙（1975—），男，高级工程师，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：124951470@qq．com

The influence of inner bridge and current connection on transformer differential protection

CHEN Hailong
(XJ Electric Co. Ltd., Xuchang 461000, China)

Main transformer differential protection as the main protection of transformer internal fault, because when the transformer inrush current or external fault current imbalance cannot be accurately measured and calculated, the actual use is usually in accordance with the empirical value to the whole set.This requires that the differential protection of the differential current has a high ability to resist interference. In this paper, we introduce the method of the differential protection of the differential velocity and the TA saturation. Combined with internal bridge “current connection”, in the special operation mode, the analysis of the fault protection action of TA saturation difference under the condition of the fault zone.The points of attention and wiring of differential protection current transformer are put forward to ensure the reliable operation of differential protection.

differential protection ; TA saturation; inner bridge;current connection