關(guān)于變壓器差動保護(hù)校驗(yàn)的幾點(diǎn)研究

【摘要】差動保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，保護(hù)必須對所發(fā)生的故障能夠靈敏地進(jìn)行反應(yīng)，這就涉及到差動保護(hù)的靈敏度問題。如何快速、正確地校驗(yàn)差動保護(hù)的靈敏度對繼電保護(hù)定值整定工作非常重要。該文以本地區(qū)電網(wǎng)220kV變壓器為模型，以本地區(qū)應(yīng)用廣泛并有代表性的四方CSC326D和南瑞RCS978E兩種型號的變壓器保護(hù)為例對差動靈敏度校驗(yàn)的方法和步驟進(jìn)行了論述，并總結(jié)出了簡便、實(shí)用的校驗(yàn)方法。

【關(guān)鍵詞】變壓器；差動保護(hù)；靈敏度；校驗(yàn)；電網(wǎng)

1.引言

繼電保護(hù)靈敏性是指繼電保護(hù)對設(shè)計(jì)規(guī)定要求動作的故障及異常狀態(tài)能夠可靠動作的能力，是電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的基本性能要求之一[1]。差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)之一，主要反應(yīng)變壓器繞組和引出線多相短路及繞組匝間短路故障。目前變壓器差動保護(hù)多采用利用變壓器勵磁涌流特征的制動特性躲過涌流對差動保護(hù)的影響，這一措施大大提高了變壓器差動保護(hù)的靈敏性[2]，也因此在整定計(jì)算過程中往往容易忽略了變壓器差動保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)。

2.變壓器差動保護(hù)靈敏度校驗(yàn)的必要性

220kV變壓器10kV側(cè)故障時短路電流較高，一般在低壓側(cè)加裝限流電抗器，降低低壓側(cè)故障時短路電流水平，短路電流水平降低的同時，在相同定值的情況下，變壓器差動保護(hù)的靈敏度也降低。電抗器在變壓器差動保護(hù)的范圍之內(nèi)，電抗器下端故障時，差動保護(hù)靈敏度應(yīng)滿足要求，但受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式等方面影響，低壓側(cè)差動范圍內(nèi)故障，差動保護(hù)靈敏度是否能滿足要求必須通過計(jì)算。

同時變壓器作為電網(wǎng)中的重要組成部分，掌握其保護(hù)定值是否滿足靈敏度要求也是必不可少的，因此主變差動保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)是非常必要的。

3.校驗(yàn)方法探討

3.1 校驗(yàn)步驟分析

變壓器整定計(jì)算導(dǎo)則上關(guān)于制動特性的變壓器差動保護(hù)靈敏度計(jì)算的規(guī)定：縱差保護(hù)的靈敏系數(shù)應(yīng)按最小運(yùn)行方式下差動保護(hù)區(qū)內(nèi)變壓器引出線上兩相金屬性短路計(jì)算。根據(jù)計(jì)算最小短路電流Ik.min和相應(yīng)的制動電流Ires，在制動特性曲線上查得對應(yīng)的動作電流I'op，靈敏系[3]。根據(jù)變壓器保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則和微機(jī)變壓器保護(hù)說明書中關(guān)于靈敏度計(jì)算的說明，靈敏度校驗(yàn)可歸納為如下步驟：

（1）計(jì)算系統(tǒng)最小方式下差動保護(hù)范圍內(nèi)變壓器引出線上兩相金屬性短路時流過變壓器各側(cè)的故障電流Ik.min。

（2）根據(jù)裝置電流校正方法計(jì)算校正后流入裝置的故障電流Id，為計(jì)算方便將該電流折算成主變額定電流的倍數(shù)。

（3）根據(jù)裝置算法計(jì)算差動電流Idzmin及制動電流Izd。

（4）根據(jù)動作方程及以上求得的制動電流Izd計(jì)算出相對應(yīng)的動作電流Idz。

（5）計(jì)算靈敏度=Idzmin/Idz。

3.2 校驗(yàn)中的關(guān)鍵問題分析

3.2.1 最小運(yùn)行方式選擇

如何快速、正確地計(jì)算出差動保護(hù)的最小靈敏系數(shù)，系統(tǒng)最小方式的選擇是關(guān)鍵。所謂最小方式，就是故障時短路電流最小的方式。廊坊電網(wǎng)為單側(cè)電源系統(tǒng)且主變高壓側(cè)為電源側(cè)，變壓器分列運(yùn)行的情況下，只有高壓側(cè)提供短路電流，其它側(cè)不會提供。而變壓器并列運(yùn)行時，在低壓側(cè)差動范圍內(nèi)故障時另一臺變壓器通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)也會提供短路電流。在系統(tǒng)方式一定的情況下分列運(yùn)行時流入差動保護(hù)的故障電流比并列運(yùn)行時要小。10kV側(cè)短路電抗大，因此10kV側(cè)故障時的短路電流比110kV側(cè)故障時要小?？傊儔浩鞣至羞\(yùn)行時差動保護(hù)靈敏度滿足要求，并列運(yùn)行時一定能滿足；低壓側(cè)故障時靈敏度滿足要求，中壓側(cè)故障時也一定滿足。因此最小方式選變壓器分列運(yùn)行時，低壓側(cè)兩相故障。

3.2.2 校驗(yàn)靈敏度用的電流表示形式

微機(jī)變壓器差動保護(hù)中的動作方程均以變壓器額定電流的形式表示，因此，校驗(yàn)靈敏度用的故障電流要用變壓器額定電流的倍數(shù)表示，這樣不需折算到同一電壓等級，不需靠考慮平衡系數(shù)的影響，但必須考慮差動保護(hù)裝置相位校正對電流的影響。相位校正的影響與具體的保護(hù)裝置有關(guān)，目前只有兩種類型，Y/△接線的變壓器，一種是Y側(cè)倒相位，一種是△側(cè)倒相位。下面分析的CSC326D型微機(jī)變壓器保護(hù)和RCS978E型微機(jī)變壓器保護(hù)是兩種類型的代表。

3.3 校驗(yàn)實(shí)例分析

下面就以某220kV變電站的變壓器為例對變壓器差動保護(hù)靈敏度校驗(yàn)方法進(jìn)行論述。該站基本情況如下：主變接線組別為YNyn0d11；配置CSC326D型微機(jī)變壓器保護(hù)和RCS978E型微機(jī)變壓器保護(hù)。

3.3.1 CSC326D型保護(hù)靈敏度校驗(yàn)

CSC326D型變壓器差動保護(hù)計(jì)算以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，中、低壓側(cè)各相電流應(yīng)乘以相應(yīng)的平衡系數(shù)，得到幅值補(bǔ)償后的電流。變壓器各側(cè)TA接線采用星型接線，二次電流直接接入裝置，TA二次電流相位由軟件自動在Y側(cè)進(jìn)行校正，對于Y/△-11接線，其校正方法如公式（1-1）、 （1-2）、（1-3）所示：

式中，，為Y側(cè)校正后的各相電流，，，為Y側(cè)TA二次電流，差動電流與制動電流計(jì)算都是在相位校正和平衡補(bǔ)償后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。校驗(yàn)時按一次電流進(jìn)行計(jì)算，故計(jì)算過程中不考慮變壓器各側(cè)電流幅值補(bǔ)償，只考慮相位補(bǔ)償。

動作電流Idz（各相差動電流）和制動電流Izd的計(jì)算方法如式（2-1）（2-2）所示：

式中：為所有側(cè)中最大的相電流，為其它側(cè)（除最大相電流側(cè)）相電流之和。

比率差動保護(hù)動作判據(jù)如式（3-1）所示：

其中：Icd為差動保護(hù)啟動電流定值，Idz為動作電流，Izd為制動電流，為第一段折線的斜率（固定取0.2），KID為第二段折線斜率其值等于比率制動系數(shù)定值，為第三段折線斜率（固定取0.7）[4]。保護(hù)裝置程序中按相判別，任一相滿足上述條件，比率差動動作。

靈敏度校驗(yàn)過程如下：

（1）系統(tǒng)小方式下10kV側(cè)差動范圍內(nèi)VW相間故障，只有高壓側(cè)提供短路電流。高壓側(cè)三相故障電流：

（2）根據(jù)式（1-1）、（1-2）、（1-3）計(jì)算裝置相位校正后故障電流為=0，，=。

（3）根據(jù)公式（2-1）計(jì)算三相差流：

IdzminU=0，IdznimV=，IdzminW=。裝置按相計(jì)算，以W相為例。由公式（2-2）計(jì)算W相制動電流：IzdW=0.5×=。

其中IdzminU、IdzminV、IdzminW分別為故障時各相的最小差動電流Idzmin。

（4）根據(jù)公式（3-1）及第（3）步計(jì)算出的制動電流，計(jì)算相對應(yīng)動作電流IdzW。

（5）計(jì)算靈敏度Klm=。

3.3.2 RCS978E型保護(hù)靈敏度校驗(yàn)

RCS978E型變壓器保護(hù)，變壓器各側(cè)電流互感器采用星形接線，二次電流直接接入裝置。變壓器各側(cè)TA二次電流相位由軟件調(diào)整，裝置采用Δ->Y變化調(diào)整差流平衡，這樣可明確區(qū)分涌流和故障的特征，加快保護(hù)的動作速度。對于Y0/Δ-11的接線，其校正方法為：

式中：U、V、W為Y側(cè)TA二次電流U’、V’、W’為Y側(cè)校正后各相電流，u、v、w為Δ側(cè)TA二次電流，u’、v’、w’為Δ側(cè)校正后的各相電流。Y側(cè)電流調(diào)整是各相電流分別減去零序電流0，低壓側(cè)兩相故障時，0=0。

RCS978E型保護(hù)穩(wěn)態(tài)比率差動動作方程如式（4-1）所示：

其中Ie為變壓器額定電流，I1.......m分別為變壓器各側(cè)電流，Icdqd為穩(wěn)態(tài)比率差動起動定值，取0.5Ie，Id為差動電流，Ir為制動電流，Kbl為比率制動系數(shù)整定值，推薦整定為0.5[5]。穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù)按相判別。

計(jì)算步驟與CSC326D保護(hù)相同，計(jì)算時只考慮相位補(bǔ)償，用一次電流進(jìn)行計(jì)算。具體過程不再重復(fù)，需要注意的是RCS978E電流相位校正方法與CSC326D保護(hù)不同，變壓器Y側(cè)不校正，計(jì)算出的故障電流就是流入裝置的電流。根據(jù)公式（4-1）計(jì)算相應(yīng)電流值。

3.4 差動保護(hù)靈敏度校驗(yàn)方法的簡化

從故障分析可知，對于Y-D-11接線的變壓器，D側(cè)發(fā)生相間故障時高壓側(cè)總有一相電流值等于相應(yīng)位置發(fā)生三相短路時的短路電流Ik（3），其它兩相為三相短路電流的一半。以低壓側(cè)VW相間短路為例，高壓側(cè)電流IU=IV=0.5IW，IW=Ik（3），裝置Y側(cè)采用Y-△變換時，根據(jù)公式（1-1）、（1-2）、（1-3）得到校正后的電流最大值為W相短路電流的0.866倍，即相同位置三相短路電流的0.866倍，由于三相短路計(jì)算比較簡單，因此校驗(yàn)時可直接按低壓側(cè)三相短路計(jì)算，折算到高壓側(cè)再乘以0.866即可得到校正后的電流值，不用再根據(jù)裝置轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行計(jì)算。

采用Δ->Y相位調(diào)整的裝置，變壓器Y側(cè)電流直接流入裝置，低壓側(cè)發(fā)生相間故障時高壓側(cè)最大故障電流等于相應(yīng)位置三相故障時的故障電流，其靈敏度比Y-△轉(zhuǎn)換的保護(hù)高，所以采用Y-△變換的保護(hù)靈敏度滿足的情況下，另一套采用Δ->Y變換的保護(hù)靈敏度可不再進(jìn)行計(jì)算。

因此可進(jìn)一步簡化校驗(yàn)過程：

（1）計(jì)算系統(tǒng)小方式下變壓器分列運(yùn)行時低壓側(cè)三相相間故障時流過變壓器的高壓側(cè)的故障電流Id（3），Y-△變換的保護(hù)裝置，用Id（3）乘以0.866即為流入裝置的最小短路電流Idzmin，Y-△變換的保護(hù)裝置，Id（3）即為流入裝置的最小短路電流Idzmin，并將該電流Idzmin折算成主變額定電流的倍數(shù)。

（2）根據(jù)裝置要求計(jì)算制動電流Izd。

（3）根據(jù)動作方程及制動電流Izd計(jì)算出相應(yīng)的動作電流Idz。

（4）計(jì)算靈敏度=Idzmin/Idz。

4.結(jié)束語

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這直接影響到變壓器差動保護(hù)動作的靈敏性及可靠性，通過文中簡便、實(shí)用的校驗(yàn)方法可以使調(diào)度部門更清楚的掌握變壓器主保護(hù)切除故障的能力，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社.

[2]崔家佩，孟慶炎，陳永芳，熊炳耀.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動裝置整定計(jì)算[S].水利電力出版社，1993（3）.

作者簡介：陳雅（1978—），女，大學(xué)本科，工程師，主要從事繼電保護(hù)整定工作。