基于變壓器比率制動差動保護的曲線測試分析＊

許培德，張國良

（福建水利電力職業(yè)技術學院電力工程系，福建永安 366000）

1 微機變壓器差動保護特性

數(shù)字式差動保護多采用兩折線或者三折線的制動特性，差動保護的動作區(qū)與制動區(qū)界限分明。采樣值電流差動保護，因受采樣時刻隨機性的影響，動作區(qū)與制動區(qū)的邊界不分明［1］。變壓器數(shù)字式差動保護從根本上保證了保護的可靠性和選擇性。

如圖1所示，Ires為制動電流，Iop為動作電流，外部短路故障的短路電流與不平衡電流關系如圖1中曲線1所示，為防止差動保護誤動實際制動曲線如圖1中曲線2所示，在實際的保護裝置中常用直線型制動特性來近似，折線的交點對應的制動電流分別為Ires.0和Ires.1，最大制動電流為Ires.max，Iop.min為差動保護最小動作電流，Iunb.max為最大外部短路不平衡電流，KrelIunb.max為差動保護動作電流的整定值，其中Krel為可靠系數(shù)。

圖1 數(shù)字式差動保護制動特性曲線Fig.1 Digital protection property of differential curve

設直線np和pd的斜率分別為S1和S2，則比率制動電流差動保護的制動特性為

采樣值電流差動保護有兩類判據(jù)［2］，其動作方程為

式（2）和（3）中，A和B為兩側電流的幅值，C為常量。

對應式（2）和式（3）表示的不等式，稱為Ⅰ類、Ⅱ類判據(jù)。當式（2）Δθ＝0且動作量與制動量信號頻率一致時，判據(jù)與采樣時刻無關，即不存在動作邊界變化區(qū)的問題。式（3）由于C為常量，則總是存在動作邊界的變化區(qū)。圖1所示的制動特性曲線中，mn線段為Ⅱ類判據(jù)，mn和np構成的兩折線及mn，np和pd構成的三折線則為Ⅰ類、Ⅱ類判據(jù)的組合形式。因折線式存在動作邊界的變化區(qū)，不能用實驗的方法來確定采樣值電流差動保護理論上的準確動作邊界。為解決此問題，可以采用較為簡單的制動特性曲線。

Yd接線方式的微機變壓器保護，兩側電流的相位校正和CT變比的不平衡電流的補償，是通過保護的定值完成的。當使用三相電流的繼電保護測試儀來測試時，一般采取分相測試，如求A相的制動曲線時，就要通過調(diào)整平衡系數(shù)的方式，來抑制非測試相動作。

通過實測及三相制動曲線的比對，A，B，C三相的制動曲線是完全相同的。本文提出了一種新的測試方法，無論采用何種保護測試儀測試變壓器差動保護的制動曲線時，不需通過調(diào)整平衡系數(shù)，就可對制動曲線完整地進行測試。

2 微機變壓器差動保護的接線方式及平衡系數(shù)

微機變壓器差動保護為了簡化接線，變壓器各側CT按星型接線方式，CT極性端指向母線側，將CT的二次電流I1φ，I2φ（φ＝a，b，c）接入保護，相位補償和電流補償通過軟件進行。

Yd接線方式的雙繞組變壓器，定義電流的正方向由母線流向變壓器，以Yd11為例，差動保護接線如圖2所示。

圖2 Yd11變壓器微機差動保護接線示意圖Fig.2 Schematic diagram of microprocessor based differential protection for Yd11transformer

軟件相位補償式［3－4］為

式（4）的相量關系如圖3所示，由相量圖知加入變壓器差動保護兩側電流相位得到補償，相位補償?shù)耐瑫r數(shù)值也得到平衡。

圖3 變壓器差動保護二次電流相量圖Fig.3 Differential protection of transformer two current phase diagram

3 雙繞組差動試驗修正系數(shù)

因電流互感器計算變比與標準變比不同，實際上加入差動回路的二次電流不相等，需對三角側電流進行平衡，平衡系數(shù)［5］為

式中，Kb為平衡系數(shù)，I1ar為高壓側加入差動回路二次電流，I2a為低壓側加入差動回路電流。

計及平衡系數(shù)后雙繞組變壓器的差動保護差動電流一般表達式為

或者為

式中，Id為A相差動電流，U1N為變壓器高壓側額定電壓，U2N為低壓側額定電壓。

4 三繞組分相差動試驗修正系數(shù)

對三繞組變壓器，可簡化為雙繞組變壓器，再分相比率制動試驗。分別取高低、中低、高中進行試驗。

以變壓器YNYNd12.11接線為例，進行分相差動試驗時，差動回路電流表達式為

式中：Ihar為高壓側A相加入差動回路電流；Imar為中壓側A相加入差動回路電流；Ila為低壓側A相加入差動回路電流；U1N，U2N，U3N分別為高壓側、中壓側、低壓側的額定電壓。平衡系數(shù)歸一化處理后為

式（7）的一般式為

對YY繞組進行分相試驗時，兩側加入對應相別分別進行三相試驗；當進行Yd繞組分相試驗時，由公式（4）得出，如果進行A相差動試驗時，因為在Y側相位補償，Y側引入－I1b電流，實際上分相試驗時并未加入B相電流，三角形側為得到相應相位，需引入C相電流，亦即相當于三角側繞組的A相電流，保持相位一致，其他各相試驗時的接線方式依此類推。分相試驗的YY和Yd接線A相差動試驗接線如圖4所示，其余相別的試驗接線依此類推。

圖4 分相試驗A相接線圖Fig 4 Phase A lining in phase test

如果測試儀同時可接入高壓側ABC、中壓側或 低壓側abc三相電流進行差動試驗，則試驗接線大大簡化，直接將試驗電流Iabc1引入保護的高壓側、Iabc2引入保護的中壓側（或低壓側）。

顯然只要有兩相電流或以上，配置的繼電保護測試儀都能完成變壓器差動保護試驗，并且能將制動曲線完整地測試出來。

5 結論

永安市供電公司繼電保護班，對所轄110kV和220kV變電站10臺變壓器在近期應用了新的測試方法，顯示出該方法的可靠性高、節(jié)省時間等優(yōu)點。

采樣值電流差動保護能保證在大于90°的角度范圍內(nèi)滿足動作判據(jù)，由于動作邊界變化區(qū)的存在，宜采用兩折線式簡單的制動特性曲線。

中、大容量比率制動式變壓器差動保護采用三折線特性曲線性能較佳。

［1］ 盧睿.一種改進的變壓器比率差動校驗方法［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（9）：141－146.

［2］ 黃祥敏，黃輝.變壓器比率差動保護仿真分析［J］.電工技術，2009（12）：11－13.

［3］ 許建安.Yn／Y接線變壓器單相接地短路差動保護動作分析［J］.水電能源科學，2008，26（9）：165－168.

［4］ 趙永斌，陸于平.基于故障分量的變壓器浮動比率差動保護［J］.電力系統(tǒng)自動化，2007，31（13）：83－87.

［5］ 陳德樹，尹項根，張哲，等.故障分量差動保護與故障變化量差動保護［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，32（9）：39－41.

［6］ 郭權利，許鑒，徐春明.微機型比率式變壓器差動保護原理及測試方法［J］.東北電力技術，2006（5）：49－52.

［7］ 廖曉明，林峰.微機型變壓器差動保護比率制動特性校驗方法分析及應用［J］.廣西電力，2006（5）：91－95.