国内外电力变压器差动保护原理的技术特点分析

1、国内外电力变压器国内外电力变压器差动保护原理的技差动保护原理的技术特点分析术特点分析 电力变压器差动保护是电力变压器的主保护，是按电路原理中的基尔霍夫定律而设计的。差动原理在线路和发电机保护中得到非常成功的应用，但在变压器保护的应用中却存在许多困难。目前设计的差动保护都忽略了变压器的励磁电流。在变压器正常运行时，励磁磁通不饱和，励磁电流 很小可忽略不计，如图a， = ,差动保护基本满足基尔霍夫定律的要求；v图a、变压器的简化等效电路 v当空投电力变压器或切除故障电压恢复时将出现较大的励磁涌流，励磁电流 不能忽略，由电力变压器的等效电路（图b）可看出 ,若忽略励磁电流 则不满足基尔霍夫定律，此时

2、，差动保护存在较大不平衡电流，有可能出现误动。为避免差动保护误动，需要变压器励磁涌流来闭锁。v 图b、变压器T型等效电路 v如何正确区分电力系统变压器内部故障电流和励磁涌流 ?v由于国内外、各家公司设计思想各不相同。我们将对常用的电力变压器差动保护几方面的技术特点进行了分析、比较。1、电流平衡的调整、电流平衡的调整v由于电力变压器(Y/-11)高低压侧一次绕组接线方式不同，造成两侧电流相差30，在常规变压器差动保护回路中产生较大不平衡电流。因此，要求TA二次接线采用电流相位补偿接线方式。目前广泛使用的微机主变差动保护TA二次可按Y型接线，只需在软件进行差流计算时进行相位校准和幅值补偿即可，简化

3、了差动保护二次接线。 1.1 微机主变差动保护微机主变差动保护TA二次电流的相位校准二次电流的相位校准 1.1.1 TA二次电流校准有两种方式： vA、高压侧(Y型侧)的二次电流进行相位校准。校准算法如下：v Y型侧：IAH = ( Iah- Ibh ) /3 v IBH = ( Ibh- Ich ) /3 v ICH = ( Ich - Iah ) /3 型侧： IAL = Ial IBL = Ibl ICL = Icl 采用这种校准方法的有GE公司的SR745、许继公司的WBH-100、国电南自公司的PST1200系列、四方公司的CST200B系列的CST31A等主变差动保护。vB、对主变

4、低压侧、对主变低压侧(型侧型侧)的二次电流进行相位校的二次电流进行相位校准。算法准。算法如下：二次电流向量图Y型侧：型侧： 此算法可表示为Y型侧去掉零序电流 IA= IA I0 Ib= Ib I0 Ic= Ic I0型侧则为型转换为Y型的电流相位补偿变换 Ia= (Ia Ic) / 3 Ib= (Ib Ia) / 3 Ic= (Ic Ib) / 3 运用这种算法的变压器差动保护有西门子公司的SIEMENS 7UT51主变保护和南瑞继保公司的RCS-978系列主变保护。1.1.2、两种、两种TA二次电流校准方式的比较：二次电流校准方式的比较：v 对变压器Y形侧的二次电流进行Y相位校准，其差流是Y

5、侧两相电流差，当从Y形侧空投变压器，差电流有可能产生对称涌流1。基于涌流波形分析的谐波制动和间断角制动原理的主变差动保护，若采用分相涌流闭锁方式则可能出现误动，因此只能采用一相涌流制动三相差动（或逻辑）的差动保护，而或逻辑的制动方式存在着空投故障变压器时，差动保护动作时间长或拒动的问题。v 对变压器形侧进行Y相位校准，其差流是单相电流，不存在对称涌流，差动保护可实现分相涌流闭锁方式，故障相差动不会被健全相涌流闭锁，大大缩短了差动保护动作时间，提高了差动保护灵敏性。但在变压器剩磁大于0.9倍饱和磁通，二次谐波有可能小于15%，若二次谐波制动系数取经验值0.15时则可能出现误动。21.2、电流幅值

6、的补偿、电流幅值的补偿 变压器差动保护的变压器各侧TA变比与变压器变比失配，将在差动回路中产生不平衡电流。电磁型差动保护在电流回路中加装中间变流器和差动继电器中设置平衡绕组，用以补偿各侧电流，减小不平衡电流。而微机差动保护则根据变压器变比和TA变比，对各侧TA二次电流的平衡系数进行计算，达到完全补偿。 变压器差动保护平衡系数的计算方法有两种：一是通过变压器额定电流计算平衡系数；另一种是通过变压器额定电压和TA变比来计算平衡系数，两种计算方法异曲同工。值得注意的是当变压器低压侧按Se/2来设计时，用于计算平衡系数的额定电流不可按铭牌标称额定电流计算，而应按全容量Se/3Ue来计算，否则会出现较大

7、不平衡电流。1.3变压器调压分接开关对差动保护不平衡电流的影变压器调压分接开关对差动保护不平衡电流的影响：响：v 变压器差动保护按额定值计算出平衡系数之后，若变压器重新调整调压分接开关位置，改变了变压器的变比，差动回路中会出现不平衡电流。目前绝大多数厂家的差动保护依靠抬高差动电流门坎，来躲过高压器调压引起的不平衡电流，如南方继保公司RCS-978变压器保护为例。差动保护动作电流的整定方法为：v Icd=Kerl(Ker+U+m)Iev 式中：Ie为变压器基准侧二次额定电流；Kerl为可靠系数(一般取1.31.5)；Ker为电流互感器的变比误差；U为变压器调压引起的误差；m为TA变比未完全匹配产

8、生的误差，可取0.1。工程计算取Icdqd=(0.250.5)Ie。v v以110kV三圈降压变压器为例，110kV侧调压范围11010%kV，38.5kV侧为38.55%。当高压侧为+10%低压侧为-5%时，U可达14.36%，再考虑TA变比误差和TA变比失配误差0.05，最大误差可达29.36%。若Icd整定0.5Ie，差流越限值Icl=10%25%Ie。当变压器负荷较重时会频发差流越限。通过提高差动保护启动电流值来躲不平衡电流，降低了保护灵敏度，差流较大对躲区外故障是不利的。 v GE公司的SR745变压器保护将分接开关档位测量接入变压器保护，保护装置自动调整平衡系数，这样降低了不平衡电

9、流，为提高差动保护灵敏性提供了条件，这种做法是值得借鉴的。2.比例制差动保护的制动量比较：比例制差动保护的制动量比较：v比例制动差动保护有三种：和差式比例制动的差动保护、复式比平制动的差动保护和工频变化量的比率制动差动保护。2.1和差式比率制动的差动保护：和差式比率制动的差动保护：v 差动电流 Id = | Ih + IL | v 制动电流 Ir = | Ih + IL |/2 v 对于单侧电源的变压器内部故障时，制动电流Ir =| Ih + IL |0，因此仍带有制动量，降低了保护的灵敏度。为提升区内故障时的灵敏度设一拐点电流IB，当制动电流Ir IB 时，才开始产生制动作用。在整定时，拐点

10、电流IB应大于差动定值ICD，以防止区内小电流故障时保护拒动。和差式比率制动的差动保护其优点是多侧电源变压器区外故障时防止误动有显著作用。目前多数差动保护采用和差比率制动原理，如许继的WBH-100；四方公司的CST231B、CST31A、CST1201A；南瑞继保公司的LFP-971；GE公司的SR745；西门子公司的7UT51等。2.2复式比率制动的差动保护复式比率制动的差动保护 v 差流：Id = | Ii v 制动电流：Ir = | Id - Ii|v 由于计算制动电流时，引入了差动电流，由于经Y/转换后各侧电流相位相同。所以在变压器区内故障时Id与Ii相差很小（理论值为零）制动电流很

11、小，区内故障时几乎无制动量，大大提高了灵敏度，区外故障时，IiId，所以制动电流很大，能可靠地制动，防止保护误动。目前采用复式比率制动原理的变压器差动保护有ISH-1H保护装置。2.3 工频变化量制动的差动保护：工频变化量制动的差动保护：v差流：v制动电流：v 南瑞继保公司的南瑞继保公司的RCS-978变压器保护采用工频变化量保护，提高变压器保护采用工频变化量保护，提高了变压器的正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度；同时，制动了变压器的正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度；同时，制动系数可取较高值，抗区外故障时系数可取较高值，抗区外故障时TA的暂态和稳太饱和能力较强。的暂态和稳太饱和能力较

12、强。3 Idt -浮动门坎浮动门坎 Idth-固定门坎固定门坎 Iinm-各侧电流工频变化量各侧电流工频变化量 Id-差动电流工频变化量差动电流工频变化量 Ir-制动电流的工频制动电流的工频变化量变化量 3 励磁涌流判定方法：励磁涌流判定方法：v 在空投变压器或切故障电压恢复时，变压器将产生励磁涌流，在差动保护中形成较大不平衡电流，可引起差动保护误动，此时必须闭锁差动保护。如何判别励磁涌流，不同厂家的产品判定的方法各不相同，常见的有以下两种： 3.1 二次谐波制动二次谐波制动v 在变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量，一般占基波分量的20%以上，利用二次谐波含量来鉴别变压器励磁涌流。当二次谐

13、波含量超过整定值（国内通常为15%20%）则判定有励磁涌流进而闭锁差动保护。由于二次谐波并非励磁涌流的特有分量，不具备排它性，如变压器内部故障时，长输电线路和高压电缆的分布电容或TA饱和都会产生二次谐波，所以二次谐波含量来判别是否出现励磁涌流存在不足。5另外，在变压器剩磁大于0.9倍饱和磁通，励磁涌流二次谐波有可能小于15%，二次谐波制动系数取经验值0.15时，差动保护有可能出现误动。2但作为工程应用，采用经验数据仍可保证差动保护动作基本正确，因此得到广泛应用。 3.2波型特征识别：波型特征识别：v 励磁涌流存在较大直流分量、波形畸变，并出现间断角等，可通过比较励磁涌流与故障电流之间波形关系来区分励磁涌流与故障电流。常见的有间断角原理、波形对称原理等。其中波形对称原理的差动保护是间断角原理的发展，易于实现、具有较高的准确性，因此得到广泛运用，如国电南自的PST1201、南瑞公司的RCS-978ED、许继的WBH-100、北京四方公司的CST-33A等。但涌流波形与许多因素有关，具有不确定性和多样性，波形比较原理的保护仍不能定量地通过严格的理论