电流法判别变压器差动保护接线的正确性

李益民

摘要：电力变压器是电力系统中的重要电气设备，其发生故障给供电可靠性和系统的正常运行带来了严重后果，因此必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。文章介绍了BCH-2E差动保护装置接线及其电流矢量图，及如何用电流法判别差动保护接线的正确性。

关键词：变压器；差动保护接线；电流法；矢量图；电力系统；电气设备 文献标识码：A

中图分类号：TM403 文章编号：1009-2374（2017）02-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.060

1 概述

电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来了严重后果，因此必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。纵差保护作为变压器的主保护，主要保护变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路和匝间短路，它具有速动性。电流速断保护虽然也有上述功能，但由于它是从故障元件的一侧反应故障参数，灵敏度往往满足不了要求（对于2MVA及以上变压器），故一般应装纵差动保护。

2 BCH-2E差动保护装置接线

变压器采用继电器差动保护装置是基于比较被保护变压器两侧的电流大小和相位原理构成的，为此在变压器两端应装设型号、性能相同的电流互感器，且在接线时应注意电流互感器的极性联接，一般采用环流法接线。考虑到变压器高、低压侧（或多侧）电流大小和相位一般均不同，所以首先对两侧（或多侧）电流进行相位补偿，再进行数值补偿。现结合本司35kV变电所1#主变进行分析：该主变型号：SF9-10000 35/10.5kV YN/d11，投运于1995年，其主接线图和差动保护接线示意图如图1，差动保护装置采用BCH-2E继电器。相位补偿方法：变压器Y侧的电流互感器按?接法连接，?侧的电流互感器按Y接法连接，将两侧电流互感器靠近被保护变压器的两端接入差动保护装置，Y接法的电流互感器中性线分别接入3相差动保护装置。这样保护装置流入的电流iU441、iV441、iW441分别与流出的电流iU411、iV411、iW411同相；数值补偿方法：电流互感器1TA、4TA按标准变比选取后，变压器正常运行时，iU441与iU411幅值大小一般不等（分析A相，其余两相类同），在BCH-2E继电器的两侧或电流较小一侧差动线圈回路中接入平衡线圈，保证保护装置两侧的动作安匝数相等[动作安匝数=（差动线圈匝数+平衡线圈匝数）*电流整定值]，避免不平衡电流（iU441-iU411）对保护装置的影响而误动作。在保护范围内发生故障时，流入保护装置的电流为故障电流，装置可靠动作。正确计算整定动作值，在变压器正常运行和保护范围外故障时（穿越性短路），流过保护装置的电流只有不平衡电流，保护装置完全能躲过不平衡电流的影响。因此在变压器运行时直接测量流入、流出差动保护装置回路的电流数值大小，并与不平衡电流做比较，即可判别保护装置接线的正确性。

3 电流法判别差动保护接线的正确性

笔者在变压器试验后投运时，用数字钳形电流表测量BCH-2E保护装置各电流回路电流，数据如下：

根据测量数据|iU|=|iV|=0.8A，|iW|=1.6A，初步判断这三个不平衡电流数值有问题，正常时应该很小。查阅该变压器以及继电保护设计资料如下：1TA变比400/5，4TA变比800/5，1TA二次额定电流（iU411、iV411、iW411）为3.61A，4TA二次额定电流（iU441、iV441、iW441）为3.575A；BCH-2E差动保护继电器动作电流为60/（6+1）=8.57A，其中动作安匝数60，差动线圈匝数6，平衡线圈匝数1，短路线圈抽头C2-C1，校验灵敏系数为2.69。设计和选型均没问题。

仔细分析以上数据，|iU|=|iU411-iU441|，|iV|=|iV411-iV441|，|iW|=|iW411-iW441|，在变压器额定运行下，不平衡电流|iU|=|iV|=|iW|=3.61-3.575=0.035A（三相负荷基本平衡，不考虑变压器分接开关引起的误差）。对比以上所测数据，相差甚大，判断线路接线有错误。现分析如下：

在正确的接线情况下，参见图2中正确电流矢量图：iU411和iU441相位相同，数值大小基本相等，|iU|=|iU411-iU441|=0，其余两相也如此。现以3DK为例分析：正确的情况下，|iW|=|iW411-iW441|=|0.8-0.8|=0，而实测值|iW|=1.6A，即|iW|=|iW411-iW441|=|0.8-（-0.8）|=1.6A或|iW|=|iW411-iW441|=|-0.8-0.8|=1.6A，可判断1TA或4TA的C相二次側极性接反；再分析1DK：|iU411|=0.8A，|iU441|=0.8A，正确的情况下，|iU|=|iU411-iU441|=|0.8-0.8|=0，实测值|iU|=0.8A，即iU、iU411、iU441三者电流数值大小相等。从空间矢量图分析，iU、iU411、iU441三者空间矢量组成等边三角形。|iU|=|iU411-iU441|=|0.8∠0°-0.8∠60°|=|0.8∠-60°|=0.8A或|iU|=|iU411-iU441|=|0.8∠0°-0.8∠-60°|=|0.8∠60°|=0.8A，即iU411、iU441相角差60°。同理2DK中iV、iV411、iV441也如此。

在假设1TA二次侧接线正确情况下，先画出iU411、iV411、iW411矢量（正序），如图2中正确电流矢量。由3DK分析结论可知iW441与iW411相位差180°，画出iW441矢量；再由1DK分析结论可知iU441相位超前或滞后iU411 60°，由于iW441矢量位置已定（也即iW441相位滞后iU41160°），iU441矢量位置也可确定，即iU441相位是超前iU41160°。同理，可确定iV441相位滞后iV41160°。画出如图2中错误电流矢量图，可看出iU441、iV441、iW441三者相位分别与iU411、iV411、iW411不同相，六者电流矢量相位在空间分别差60°，可判断iU441、iV441、iW441三者极性接反；4TA二次侧电流矢量相序为iU441、iW441、iV441（正常为iU441、iV441、iW441，即正序），可见iV441、iW441二者相序有对调。

由上分析可判断4TA二次侧三相接线极性接反，且A相和B相的线路有对调（当然判1TA也行，但不影响分析）。

随后用相位仪测量差动继电器电流回路与10KV PT电压小母线Uab之间的相位角，数据如下：

画出电压、电流矢量图，如图3中错误电压电流矢量图，结论和用上述电流法分析一致。停电检查1TA和4TA接线，发现4TA极性接反且iU441和iV441线路有对调。调整线路后用相位仪再次测量，数据如表2，其矢量图如图3中正确电压电流矢量图。

同时再次用电流法测量保护装置各电流回路电流，|iU411|=|iU441|=2.0A，iU=0A，其余两相数值也如此。

变压器正常运行中，上述错误接线导致差动继电器差动线圈中流过负荷电流。差动继电器动作电流整定按躲过外部短路时的最大不平衡电流整定（由于励磁涌流和电流互感器二次回路断线电流相对较小），故在变压器空载投运和负荷较小时，差动继电器并不动作。在变压器过负荷时（互感器二次电流达8.57/2=4.285A，过负荷系数1.24）或差动保护范围外10kV侧短路，流过差动继电器差动线圈中的电流，其中两相为过负荷电流或短路电流，最大一相是2倍过负荷电流或短路电流，差动保护将可能误动。

4 结语

传统的继电器差动保护装置接线较多，电力变压器的联结组别大都是Y/?，电流互感器二次侧要进行?/Y变换，同时还必须注意两侧（或多侧）互感器极性端的接法，在施工中容易出错。因此在变压器投运前和做预防性试验时，不仅要校验差动保护装置的动作值，还应检查其二次接线的正确性。本文提出的用电流法判别变压器采用继电器差动保护装置接线的正确性不失为一种简单而有效的方法，同时对变压器微机差动保护装置也具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1] 王广延，吕继绍.电力系统继电保护原理与运行分析[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2] 任元会，卞凯生.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

（责任编辑：秦逊玉）