针对变压器差动保护比率制动特性及影响分析

刘笑宇 高艳红 李熠 刘薇薇

摘 要：目前在变压器纵差保护装置中，为了在保证选择性的同时，最大限度的提高灵敏性，均采用具有比率制动特性的差动元件。下面以本单位广泛应用的PST-1200系列装置和RCS-978系列装置差动元件为例进行分析，同时就变压器差动保护受制影响的相关因素进行综合讨论。

关键词：差动保护；影响；动作特性

中图分类号：TM407 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0046-02

Abstract： At present， in the transformer longitudinal differential protection device in order to ensure the selectivity at the same time to maximize the sensitivity of the use of ratio braking characteristics of differential components. The PST-1200 series device and RCS-978 series device differential elements which are widely used in this unit are taken as examples to analyze， and the relevant factors affecting transformer differential protection are discussed comprehensively.

Keywords： differential protection； influence； operating characteristics

1 动作特性和动作方程

（1）PST-1200系列装置比率制动特性曲线如图1所示，图中所用电流均为有名值，三折线上方视为动作区，下方视为制动区，图中的曲线（虚线）为不平衡电流曲线。当计算得到的差电流Id和制动电流Ir所对应的工作点位于折线的上方，差动元件动作。其动作方程如式（1）所示。

图1 PST-1200系列装置比率制动特性曲线

（1）

式中：Kz1和Kz2分别为第二和第三段折线斜率，也叫比率制动系数；Id0为差动元件的起动电流，也叫最小动作电流或初始动作电流；Ir0和Ir1分别为拐点电流，从图中可以看出第一段折线不带斜率，即无制动作用，所以Ir0又叫最小制动电流；Id为差电流，计算公式如式（2）；Ir为制动电流，计算公式为

式中的 ′AH， ′AM， ′AL分别为经过相位幅值折算之后的高中低三侧二次电流。

（2）RCS-978系列装置的比率制动特性曲线与图1有所差异，第一段折线是带斜率的直线，可见只要有电流加入装置，装置的制动电流就不为零，故不存在最小制动电流一說，差电流计算公式如式（1），制动电流计算公式如式（3）。

（3）

2 差动保护的影响因素

2.1 励磁涌流影响

所谓励磁涌流即：当变压器空载投入或者外部故障突然切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压，由于变压器的饱和，会产生很大的暂态励磁电流，这个电流称为励磁涌流。利用励磁涌流含有大量二次谐波、波形不对称和波形存在间断，可以构成闭锁来防止差动保护误动。

以RCS-978系列装置二次谐波制动为例来说明其闭锁原理。当某项差流大于差流定值，且谐波满足要求时，即满足式（4）时，认为差流是励磁涌流引起的，闭锁差动保护。

（4）

其中，Id？准，Id？准1，Id？准2分别为某项差电流、基波和二次谐波；k2为二次谐波含量制动系数，一般取0.1～0.2；Izd为差流定值。

2.2 CT断线影响

目前，在微机保护装置中，采用根据电流变化情况、变化趋势以及电流值大小来判断CT断线。当满足：（1）变压器只有一侧的电流发生变化；（2）变化趋势是由大到小；

（3）电流值小于额定电流，则可判定为电流变化侧的CT断线。若各侧电流均发生变化，变化趋势由小到大，且大于额定电流，则认为发生故障。

2.3 CT饱和影响

CT饱和识别元件可利用二次电流中的二次和三次谐波含量与设定值的大小关系来判断CT是否饱和。以RCS-978系列装置为例，当运行中某相出现差流且与差流相关的各相电流满足式（5），则认为该项差流是CT饱和引起

的，闭锁差动保护。

（5）

其中，I？准1，I？准2，I？准3分别为电流的基波、二次谐波和三次谐波含量；k？准2，k？准3分别为某比例常数。

2.4 差动速断保护

当变压器内部发生严重短路时，由于短路电流很大，会使CT出现严重饱和，同时CT二次电流波形产生畸变，含有大量的高次谐波，这时有可能会被励磁涌流判别元件误认为是励磁涌流，使差动保护闭锁，造成变压器严重损坏。为克服这一缺陷，差动保护都配置了差动速断元件，该元件无制动量，无论差流谐波分量大小，只要差流的有效值超过整定值，将迅速动作跳开变压器各侧开关。差动速断动作方程为：Id>Isd（6）其中，Isd差动速断电流整定值，按照躲过励磁涌流来整定。

3 主变差动保护校验

3.1 实验前准备

（1）封三侧电流回路，断开相应的端子排连片，作好记录。（2）接线：可采用“A进N出”和“A进B出”两种方式，本文在实验中高压侧采用“A进B出”接线方式，低压侧采用“A进N出”接线方式。（3）实验目的：1）各侧差动电流起动值校验；2）比率制动特性校验；3）比率制动特性曲线斜率校验；4）二次谐波制动校验；5）差动速断校验。（4）参数和定值情况如表1所示。

表1 主变各侧参数以及定值情况

3.2 主变差动保护校验

3.2.1 比率制动特性校验

由于RCS-978装置的第一段折线是带斜率的直线，只要有电流加入装置，装置的制动电流就不为零，所以无法直接对起动电流进行校验，但可以在完成第一段比率制动系数检验后通过理论计算反向验证。所以实验目的中的1）、2）、3）可以一起进行。

首先假设起动电流为0.8（标幺值），各段的比率制动系数分别为0.2，0.5，0.75，实验选变压器的高低两侧进行，电流分别为I1和I2，不妨满足I1>I2，则在此假设下的动作方程为

（7）

由于I1>I2，得Id=| 1+ 2|=I1-I2，Ir= （| 1|+| 2|）= （I1+I2）。

加模拟量时，在高压侧采用“A进B出”接线，高压侧A相通电流值为5.868？鄢0.284=1.667∠0°。在低压侧采用“A进N出”接线，A相通入 ？鄢3？鄢0.5368=2.789∠180°，但所加模拟量应稍微增加一点，保证差动保护不动。然后以较小的步长慢慢降低低压侧电流值，直至保护动作，记下此时实际所加的高低压侧电流值，然后再折算回标幺值，并计算出所对应的Id1和Ir1。重新选一组I1和I2，重复上述实验，得到第二组Id2和Ir2，由此可得到第二段折线的比率制动系数为

3.2.2 差动速断保护校验

要求：1.05倍可靠动作，0.95倍可靠不动作。

以高压侧为例，当电流值大于等于1.05*8Ie时，起动差动速断和比率差动两个保护，所以差动速断存在以下三种动作情况。

（1）电流值大于等于1.05*8Ie，且二次谐波含量大于

17%，比率差动保护被制动，只有差动速断可靠动作。（2）电流值大于等于1.05*8Ie，且二次谐波含量小于17%，差动速断和比率差动都可靠动作。（3）电流值小于等于0.95*8Ie，无论二次谐波含量多少，差动速断均可靠不动。

4 结束语

变压器作为电力系统的核心设备，一但出现变压器损坏则会造成不可挽回的损失，只有保证变压器稳定运行才会保证电力系统的稳定性，同时需要与变压器配置更多的保护，如非电量保护、差动保护，零序过流，复合启动过电压等等。本文即对其差动保护作相关分析讨论，对实践有一定的参考性。

参考文献：

[1]李瑞生，李燕斌，周逢權.智能变电站功能架构及设计原则[Z].2010.

[2]杨齐逊.微型机继电保护基础[M].北京：水电出版社，1988.

[3]朱声石.高压电网继电保护原理与技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，1995.

[4]国家电网.Q＼GDW383-2009智能变电站技术导则[S].