对变压器差动保护浅析

2019-09-10郝可看焦立峰

环球市场 2019年34期

郝可看焦立峰

摘要：发变组系统的纵联差动保护是发电机、主变压器、高厂变等发变组电气一次系统发生相间故障时瞬时切除故障保障系统及设备安全运行的主保护。变压器差动保护是较复杂的一种保护，其电流二次回路接线的正确性及可靠性、差动保护不平衡电流的大小均影响到变压器差动保护的正确工作。

关键词：变压器差动保护二次回路接线电流相位;平衡系数;不平衡电流

发变组系统的纵联差动保护是发电机、主变压器、高厂变等发变组电气一次系统发生相间故障时瞬时切除故障保障系统及设备安全运行的主保护。

纵联差动保护所用电流二次回路接线的正确性及可靠性、纵联差动保护不平衡电流的大小均影响到纵联差动保护的正确工作。发变组系统纵联差动保护中变压器纵联差动保护（以下称为变压器差动保护）是较复杂的一种保护，所以本文从变压器差动保护电流二次回路的接线、变压器差动保护各侧电流相位的调整、变压器差动保护各侧电流平衡系数计算方面加以探讨。

一、变压器差动保护电流二次回路接线对保护装置的影响

（一）电流回路接线错误导致保护误动作

2007年兄弟单位发生一起在机组并网后带负荷过程中#1高厂变AB差动保护误动作致使机组跳闸事件。事件过程是这样的，由于某种原因导致#1高厂变AB低压侧6kVIA段工作电源进线开关内所有二次接线绝缘烧损，工作人员在更换了开关柜内所有二次接线后，如图（一）所示把6kVIA段工作电源进线开关电流回路接入了#1高厂变AB差动保护装置，导致在负荷电流达到一定值时差动保护误动作。

从上面的例子可以看出变压器差动保护装置电流回路的正确接线是保障其正常工作条件之一。在微机差动保护装置未使用之前，变压器差动保护各侧电流回路接线的正确性是保障差动保护正确工作条件之一，随着微机差动保护装置的成熟使用，现场差动保护装置电流回路接线可以根据实际情况来确定，只要在微机差动保护装置里对相应的电流相位进行设置就能保障差动保护装置的电流回路极性的正确性，所以随着科技的发展，微机差动保护装置能适应电流互感器二次侧不同的接线情况，但前提是必须保证接入差动保护装置的电流回路二次接线极性的正确性。

如图（一）所示，上述#1高厂变AB差动保护装置之所以会误动就是因为6kV IA段工作电源进线开关电流互感器二次接线错误，把#l高厂变AB低压侧6kVIA段工作电源进线开关电流互感器二次侧SI和S2上的接线互换，则装置不会误动作。以上是通过改变电流互感器二次侧接线来纠正接线错误。

（二）电流回路开路导致保护误动作

在继电保护设备运行中一定要保证电流回路的完好性，否则再好的设备、设备调试得再仔细全面，同样会造成保护装置的拒动和误动。

对于电流回路不是插拔式接通的变压器差动保护装置来说其电流回路相对比较容易维护，只要在检修过程中检查电流回路完好，投上电流连片后不再在电流回路上做任何工作，这样就可以保证在机组投入运行后其电流回路接线的完好性。对于电流回路是插拔式接通的变压器差动保护装置，由于其保护装置电流回路是插拔式接线，如果插座不是太紧固，即便在检修结束前检查电流回路完好，也会由于种种原因发生电流回路开路造成运行中差动保护不正确动作情况。

1995年兄弟电厂发生一起在机组运行中变压器差动保护装置误动作的停机事件，事故起因就是因为插拔式差动保护装置电流回路插座松动，导致电流回路开路而造成的。

通过上面的例子可以看出电流回路的可靠性、完好性对变压器差动保护装置正常工作的重要性，所以要在检修时做好电流回路接线紧固、回路绝缘正常、保护装置采样正常、电流回路电阻正常、运行中巡检电流显示正常等工作，变压器差动保护装置正常运行就可得到保障。

二、因变压器接线组别而导致变压器高低压侧三相电流相位不同引起的不平衡电流

针对不同的变压器接线组别，采取相应的相位补偿，经过相位补偿后接入主变差动保护装置的各侧电流相位相同。以下iCDA、iCDB、iCD.C为#1主变差动保护装置的A、B、C三相差流。IYA、iYB、jyC为#1主变高压侧三相电流。IFA、iF.B、iF.C为#l发电机三相电流。iABA、iABB、iAB.C为#1高厂变AB高压侧三相电流。iCA、iCB、ic.c为#1高厂变C高压侧三相电流。KPH.Y、KPH.F、KPH AB、KPH.C为#1主变高压侧、#1发电机侧、#l高厂变AB侧、#1高厂变C侧的电流平衡系数。

（一）Y/A-11接线组别变压器

一次系统接线如图（二）。对于这种接线组别的变压器，三角形接线的#1发电机侧、#1高厂变AB侧、#1高厂变C侧电流相位相同，且均超前于同相星形接线的#l主变高压侧电流30度。以#1发电机电流为基准，则需把#l主变高压侧三相电流相位补偿至和其他三组电流相位相同。

（二）Y/A-1接线组别变压器

一次系統接线如图（二），假如#l主变为Y/△.1接线组别变压器。对于这种接线组别的变压器，三角形接线的#l发电机侧、#l高厂变AB侧、#l高厂变C侧电流相位相同，且均滞后于同相星形接线的#l主变高压侧电流30度。以#1发电机电流为基准，则需把#l主变高压侧三相电流相位补偿至和其他三组电流相位相同。

对于电力系统中其它常见的接线组别变压器，比如△/Y-1接线组别变压器，以图（二）中#1高厂变C来加以说明，对于这种接线组别的变压器，三角形接线的#1高厂变C高压侧电流超前于同相星形接线的变压器低压侧电流30。。以#1高厂变C低压侧电流为基准，则需把#1高厂变C高压侧三相电流相位补偿至和低压侧三相电流相位相同。

以上是在变压器差动保护中，针对电力系统常用的几种变压器的接线方式而进行的三相电流相位调整，可以减小由此而产生的变压器差动保护的不平衡电流。实际运行中可以根据不同变压器的接线情况进行不同的相位调整来满足保护装置的要求。

三、變压器各侧因电压等级和电流互感器变比不同产生的变压器纵联差动保护不平衡电流的解决方法

变压器各侧因电压等级和电流互感器变比不同而产生的变压器差动保护不平衡电流，可以通过以下方法来平衡。变压器差动保护各侧电流的平衡，就是把经过相位补偿后同相位的各侧电流根据变压器各侧的实际参数折算到基准侧，然后再进行差动电流计算。一般情况下以变压器低压侧为基准来计算其它侧平衡系数，本文中以#1发电机侧为基准进行#l主变差动电流平衡计算，即把其它三侧电流折算至发电机侧。

在计算变压器各相差动电流的公式中有一个电流平衡系数KPH，那么电流平衡系数是怎么计算的呢？图（三）是某厂#l发变组电气一次系统接线图及部分参数。

（一）#1主变差动保护未经过电流平衡调整的各相不平衡电流

图（三）中，#1主变差动保护高压侧电流经过相位调整后虽然相位与其它三侧相同，但如果#l主变各侧电流不进行电流平衡调整，以某厂2019.6.15#1发变组实际运行参数计算，见表（一），则正常运行中各相不平衡电流值为：

|ICD.A|=|0.60-0.57-0.08-0.02|=0.07A

|ICD.B|=|0.61-0.57-0.08-0.02|-0.06A

|ICD.C|=|0.6 1-0.5 8-0.08-0.02|=0.07A

表（一）是某厂2019.6.15#1发变组实际运行参数：

通过以上计算，正常运行情况下#1主变差动保护A、B、C三相不平衡电流值偏大，接近于O.IA。

（二）#1主变差动保护各侧电流经过电流平衡调整后的各相不平衡电流

以下以#l高厂变C为例来说明变压器差动保护平衡系数的计算。见图（三），#l高厂变C高低压侧额定电流如表（二）。

假设#1高厂变C工作在额定状态下，则正常运行时为使差动保护不动作，则有|iCDA|=0.76*（0.65/0. 76）-0.65|-OA（把#l高厂变C高压侧电流折算到低压侧计算的差流），则式中的0.65/0.76就是为了平衡高低压侧的电流而设的#1高厂变C高压侧电流平衡系数，即#1高厂变C高压侧电流平衡系数等于低压侧额定电流（基准侧额定电流1除以高压侧额定电流的值，则有

KPH△-0.65/0.76-0.85，因为以低压侧为基准所以低压侧平衡系数为1。根据上图（三）中所示参数，则#1主变各侧额定电流如表（三）：

根据差动保护各侧电流平衡系数等于基准侧额定电流除以各侧额定电流的值，#1主变各侧的电流平衡系数如表（四）：

根据表（一）某厂2019.6.15#1发变组实际运行参数，计算出#l主变差动保护各侧实际电流折算至发电机侧的各侧电流值如表（五）：

#1主变差动保护各侧电流进行相位调整和电流平衡后，计算出正常运行时#1主变差动保护各相不平衡电流值如下（即#l主变差动保护各侧电流折算至发电机侧，然后再进行差流计算）：

|CD.A|=|0.60-0.59-0.02-0.01 |=0.02A

|CD.B|=|0.6|-0.59-0.02-O.01|=O.O1A

|CD.C|=|0.61-0.60-0.02-0.01|=0.02A

由此可见#1主变差动保护各侧电流经过相位调整和电流平衡后计算出的差流趋向于OA，只有很小的不平衡电流。某厂#1主变差动保护（南瑞RCS-985TM）差流实际计算是这样的：先计算各侧实际运行电流的校正电流，然后通过校正电流计算变压器纵联差动保护各相差流。校正电流=实际运行电流/本侧的额定电流。以下是根据某厂2019.6.15#1发变组实际运行参数计算出的#l主变差动保护各相差流。

#1主变差动保护各侧各相校正电流如表（六）：

则#l主变差动保护各相差流值如下

|CD.A|=（|0.674-0.663-0.026-0.006|）le=0.02I。

|ICD.B|=（|0.685-0.663-0.026-0.006|）le=0.01I。

|CD.C|=（|0.685-0.674-0.026-0.006|）le=0.02 Ie

如果把上述差流折算至#1发电机侧，则数值如下：

|CD.A|=0.02 Ie-0.02*0.89=0.02A

|ICD.B|=O.OI Ie=0.01*0.89=O.OIA

|ICD.C|=0.02 Ie=0.02*0.89-0.02A

也可以计算出折算至#l主变高压侧、#1高厂变AB高压侧或#1高厂变C高压侧的各相对应差流，只是需要乘以对应侧的额定电流即可。在实际运行中变压器的差流是归算至变压器低压侧的差流。

这种算法的结果和采用平衡系数算法的结果一致。上述算法和先算出各侧折算至发电机侧的对应电流再计算各相差流，原理是一样的，只是后一种计算方法使保护调试更简单，但是在平时巡检过程中我们看到的不是一个直观的差流值，而是一个基于额定电流的倍数值，要想知道其实际差流，还得进行差流计算。

参考文献：