500kV变压器纵差保护试验方法

楚皓翔 宋 宇 李 涵

500kV变压器纵差保护试验方法

楚皓翔 宋 宇 李 涵

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，南京 211100）

差动保护；相位补偿；幅值补偿；动作特性

0 引言

变压器作为电力系统中的重要组成部分，其保护的误动和拒动都会给电力系统安全稳定运行带来恶劣的影响[1-2]。因而，对变压器保护正确动作的研究显得尤为重要[3]。

变压器相间短路后备保护拒动事故时有发生，如果后备保护灵敏度不足，将导致无法可靠切除故障，扩大事故范围[4-6]。文献[7]基于变压器模型的新型变压器保护方案的基本原理，提出不受励磁涌流影响的变压器保护方案。文献[8]根据故障识别时间与保护动作期望时间的相关性，提出变压器保护拒动和误动模型。

差动保护作为变压器主保护之一，受到专家学者的广泛关注[9-10]。文献[11]利用已有的变压器差动保护电流软件相位补偿实现了变压器不同接线方式差动保护的电流相位补偿。文献[12]研究变压器零序涌流骤增对变压器差动保护的影响。文献[13]分析了一起励磁变压器差动保护误动案例。

1 变压器差动保护原理

差动保护基本原理是电磁功率平衡，即输入和输出变压器的电磁功率平衡[14]。若将变压器两侧电压折算到同一电压等级，则变压器可看成一个节点，根据基尔霍夫电流定律，当变压器正常运行时，流入该节点的电流矢量和等于零，即流入该节点的电流等于流出该节点的电流。

如果发生变压器保护区外故障，和正常运行工况相比，流过变压器两侧的电流增大，但流入该变压器节点的电流矢量和仍为零，即流入流出变压器电流的增大幅度是一致的。

如果发生变压器保护区内故障，和正常运行工况相比，变压器某侧电流流向发生变化，导致两侧电流都流向故障点，流入变压器节点的矢量和不等于零，且要远大于零。

变压器差动保护正是基于上述流入变压器节点的矢量和这一物理量，若电流的矢量和等于零，则认为变压器处于正常运行状态，或者发生区外故障，变压器保护不动作；若电流的矢量和远大于零，则认为变压器处于区内故障状态，差动保护快速动作。

2 纵差保护特性研究

变压器高压侧多采用星形联结，低压侧多采用三角形联结，如图1（a）所示。由于变压器三角形联结的一侧是A相绕组的首端接B相绕组的尾端，则该侧A相流出电流为A相绕组电流与B相绕组电流之差，B、C相同理，则有

图1 -△变压器高低压侧电流相位关系

2.2 保护装置纵差保护原理

通过式（3）处理，低压侧各相电流与对应高压侧各相输入电流相位一致，变压器低压侧转角前后电流相位关系如图2所示。

图2 变压器低压侧转角前后电流相位关系

由式（4）和式（5）可见，高低压两侧电流平衡。

图3 测试仪与保护装置接线

2.3 保护装置纵差保护调试

保持测试仪A相输出电流不变，逐步降低B相输出电流值，直至保护动作。根据式（4）和式（5），经保护装置处理后，高压侧各相电流保持不变，低压侧A、B相电流幅值同时降低，且变化幅度相同。因此，当测试仪B相输出电流降低到某一数值，保护装置A、B两相同时动作。

该测试方法能实现两相同时出现差流时，变压器比例制动保护的动作特性。若要研究单相差流情况下的变压器纵差保护动作，需要对接线方式进行改进。

3 单相差动保护调试方法

3.1 单相差动保护调试原理

改变保护装置与测试仪的接线方式，新接线方式下测试仪与保护装置之间接线如图4所示。

图4 新接线方式下测试仪与保护装置之间接线

测试仪A相连接保护装置高压侧A相，测试仪B相连接保护装置高压侧B相，测试仪C相连接保护装置低压侧A相，测试仪N线与保护装置高低压侧N线分别相连。

3.2 单相差动保护调试

根据式（4）和式（5），高低侧电流平衡时，有

比较式（7）和式（8），在高压侧A相电流变化过程中，保护装置内部低压侧各相电流保持不变，保护装置内部高压侧各相电流变化值为

由式（9）可见，保护装置内部高压侧A相变化幅度是B相和C相的两倍，因此，在降低测试仪A相输出电流的过程中，高压侧A相电流先达到差动保护动作值，即A相先动作，从而可以准确模拟保护装置在出现单相差流时的纵差保护动作特性。

4 试验分析

4.1 常规方法试验分析

根据图3所示接线方式，模拟变压器B相单相差动故障。高压侧采用B进C出的接线方式，低压侧仅B相加量。测试仪A相与保护装置高压侧B相相连，高压侧C相与低压侧N线共同与测试仪的N线相连，测试仪B相与保护装置低压侧B相相连。

图5 常规接线方式下的动作报告

由图5中动作报告可见，模拟变压器B相差动故障失败。当测试仪B相输出电流降低到某一定值，保护装置B、C两相同时动作。

4.2 单相差动保护试验分析

根据图4所示接线方式，在新接线方式下，模拟变压器B相单相差动故障。测试仪A相连接保护装置高压侧B相，测试仪B相连接保护装置高压侧C相，测试仪C相连接保护装置低压侧B相，测试仪N线与保护装置高低压侧N线分别相连。

图6 新接线方式下的动作报告

由图6中动作报告可见，模拟变压器B相差动故障成功。当测试仪B相输出电流降低到某一定值，仅B相达到差动保护动作定值，动作报文为B相单相差动保护动作。

5 结论

[1] 邓茂军, 许云龙, 张童, 等. 变压器区外故障CT饱和对主变保护的影响分析[J]. 电力系统保护与控制, 2012, 40(4): 129-133.

[2] 李杰. 一起线路故障引起主变差动保护误动的分析[J]. 电气技术, 2019, 20(12): 112-115, 118.

[3] 贺家李, 贺继红, 汪国新, 等. 特高压变压器的阻抗快速后备保护[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(22): 1-8.

[4] 陈剑平, 石恒初, 游昊, 等. 双母线接线主变失灵保护整定风险及防范措施[J]. 电气技术, 2020, 21(6): 127-131.

[5] 金能, 梁宇, 邢家维, 等. 提升配电网线路保护可靠性的远方保护及其与就地保护优化配合方案研究[J].电工技术学报, 2019, 34(24): 167-179.

[6] 刘奎, 杜鹃, 陆金凤, 等. 基于“六统一”规范的500kV输电线路二次重合闸改进方案研究[J]. 电气技术, 2020, 21(6): 111-115, 121.

[7] 王增平, 徐岩, 王雪, 等. 基于变压器模型的新型变压器保护原理的研究[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(12): 54-58.

[8] 莫峻, 蔡义明. 计及瞬时通信故障的变压器保护可靠性评估[J]. 电工技术学报, 2019, 34(4): 175-184.

[9] 李宗博, 焦在滨, 何安阳. 基于等效磁化曲线智能识别的变压器保护原理[J]. 电工技术学报, 2020, 35(7): 1464-1475.

[10] 罗皓文, 严文洁, 廖玄, 等. 一起断线引起主变间隙保护临界动作案例分析[J]. 电气技术, 2019, 20(12): 119-122.

[11] 陈从武, 朱月凯, 汤大海. 一种YNd系列变压器差动保护电流相位补偿方案[J]. 电力工程技术, 2016, 35(2): 34-38.

[12] 袁宇波, 李鹏, 黄浩声. 变压器差动保护误动原因分析及对策综述[J]. 江苏电机工程, 2013(6): 16-19, 22.

[13] 陈俊, 张琦雪, 吴龙, 等. 一起励磁变压器差动保护误动原因分析及启示[J]. 电力工程技术, 2010, 29(2): 18-20.

[14] 国家电力调度通信中心. 国家电网公司继电保护培训教材(下册)[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.

Test method of 500kV transformer differential protection

CHU Haoxiang SONG Yu LI Han

(Matainance Branch Company of State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd, Nanjing 211100)

differential protection; phase correction; amplitude correction; action characteristics

2021-10-12

2021-10-25

楚皓翔（1990—），男，河南省商丘市人，硕士，工程师，从事电力系统继电保护工作。