變壓器微機(jī)差動保護(hù)及其帶負(fù)荷測試

徐敬廣，徐 曼

（1. 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2. 安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽蕭縣劉其初中， 235262）

物理與應(yīng)用物理研究

變壓器微機(jī)差動保護(hù)及其帶負(fù)荷測試

徐敬廣1,2，徐 曼3

（1. 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2. 安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽蕭縣劉其初中， 235262）

從差動保護(hù)原理的角度對主變微機(jī)差動保護(hù)進(jìn)行了簡要分析，并為避免及查找變壓器差動保護(hù)誤動作提供了解決辦法，簡述了微機(jī)保護(hù)帶負(fù)荷測試的重要性。

差動保護(hù)；電流互感器；不平衡電流；差流；帶負(fù)荷測試

1 雙繞組變壓器（Y，d11）差動保護(hù)的簡要原理

差動保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理工作的，變壓器正常運(yùn)行時，流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)向故障點提供短路電流，差動保護(hù)感受到的二次電流和正比于故障點電流，差動繼電器動作。由于雙繞組變壓器各側(cè)一次接線方式不同，造成兩側(cè)電流30°的相位差，從而在其差動保護(hù)的回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流，因此為避免微機(jī)保護(hù)誤動作要求兩側(cè)電流互感器二次側(cè)采用相位補(bǔ)償法接線。在微機(jī)保護(hù)中，由于軟件計算的靈活性，現(xiàn)已允許變壓器各側(cè)電流互感器都按Y形接線，在進(jìn)行差動計算時由軟件直接對變壓器Y側(cè)電流進(jìn)行相位校準(zhǔn)及電流補(bǔ)償。簡要原理接線及矢量圖如圖1、圖2所示。

圖1 變壓器差動保護(hù)的原理接線圖

IAY表示變壓器星形側(cè)A相一次電流，Iay表示A相二次電流，Iay′表示流進(jìn)微機(jī)差動保護(hù)繼電器的電流。用Ia△表示變壓器三角形側(cè)a相一次電流，Ia△′表示a相二次電流。

圖2 矢量圖

按圖2所示電流方向，則有：Iay′=Iby–Iay，Iby′=Icy–Iby，Icy′=Iay–Icy。經(jīng)軟件相位轉(zhuǎn)換后的Iay′、Iby′、Icy′就與低壓側(cè)的電流同相了。保護(hù)范圍內(nèi)流入與流出的電流應(yīng)該基本相等。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，其流入與流出的電流不相等，保護(hù)動作。這種保護(hù)方法有很高的動作選擇性和靈敏度，適用于保護(hù)大容量、強(qiáng)電流、高電壓及對靈敏度要求高的電氣設(shè)備。所以被廣泛用于保護(hù)大容量、高電壓的變壓器[1]。然而值得注意的是，由于變壓器在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上具有一些特點，在實際運(yùn)行中保護(hù)范圍內(nèi)無故障時，差動保護(hù)裝置也具有較大的不平衡電流，這種不平衡電流可能引起差動保護(hù)裝置的誤動作。

2 差動保護(hù)裝置的誤動作原因

2.1 變壓器各側(cè)電流互感器的型號和變比不同

電流互感器型號與變比的正確選擇是保證差動保護(hù)動作可靠性的基礎(chǔ)，若型號選錯或所選變比較小，在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時，電流互感器鐵芯將迅速飽和，不平衡電流迅速增大，造成差動保護(hù)誤動作。如果變壓器兩側(cè)互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算到同側(cè)）也就不同，因此就會在兩臂產(chǎn)生較大的電流差，影響保護(hù)動作。因而建議如有條件盡可能采用同廠家同批次生產(chǎn)同型系數(shù)為1的電流互感器。

另外，在選擇電流互感器變比時，按常規(guī)計算的數(shù)據(jù)往往較小，常常不能滿足保護(hù)對其10%誤差的要求。經(jīng)驗介紹此時可適當(dāng)增大1～2檔，減小差動回路中產(chǎn)生的不平衡電流，以削弱勵磁涌流，提高差動保護(hù)的靈敏度。

2.2 電流互感器二次負(fù)荷對10%誤差曲線的要求

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，只要其二次實際負(fù)荷小于10%誤差曲線允許的負(fù)荷，電流互感器的測量誤差即在10%以內(nèi)，電流互感器二次負(fù)荷就能滿足10%誤差曲線的要求。由于二次負(fù)荷越大，電流互感器鐵芯越容易飽和。若二次負(fù)荷不能滿足10%誤差曲線的要求，在發(fā)生保護(hù)區(qū)外三相短路故障時差動保護(hù)可能誤動，會導(dǎo)致開關(guān)無選擇性跳閘，直接影響系統(tǒng)的供電可靠性，甚至可能造成整個供電系統(tǒng)停電。這種情況，通?？梢圆扇∪缦麓胧?/p>

（1）增加電流互感器的變比[1]；

（2）使用串聯(lián)電流互感器；

（3）降低電流互感器二次負(fù)荷；

（4）在滿足靈敏度要求的前提下，適當(dāng)提高動作電流，并重新校核電流互感器的10%誤差曲線[1]。

2.3 客觀因素

電流互感器的一、二次回路接線虛接、開路，甚至錯誤，微機(jī)保護(hù)軟件參數(shù)的選擇錯誤，保護(hù)定值、低壓側(cè)不平衡系數(shù)等的計算錯誤。某變電所交接試驗的微機(jī)裝置帶負(fù)荷測試發(fā)現(xiàn)，其高低壓側(cè)差流偏大，只要投入差動保護(hù)，就會動作跳閘。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)其高壓側(cè)二次額定電流的4.5 A被輸入成了5.4 A。重新輸入數(shù)據(jù)，保護(hù)運(yùn)行正常。

變壓器差動保護(hù)原理簡單，但實現(xiàn)方式復(fù)雜，加上各種差動保護(hù)在實現(xiàn)方式細(xì)節(jié)上的各不相同，更增加了其在具體使用中的復(fù)雜性，使人為出錯機(jī)率增大，保護(hù)正確動作率降低。比如許繼公司的微機(jī)變壓器差動保護(hù)計算Y-△接線變壓器Y型側(cè)額定二次電流時不乘以，而南瑞公司的保護(hù)要乘以。這些細(xì)小的差別，如若被設(shè)計、安裝、整定人員疏忽、混淆，就會造成保護(hù)誤動、拒動。為了防范于未然，變壓器差動保護(hù)投運(yùn)時進(jìn)行帶負(fù)荷測試就尤為重要。

由于變壓器差動保護(hù)是靠各側(cè)CT二次電流間的差流工作的，因此差流的測試也理所當(dāng)然成為差動保護(hù)帶負(fù)荷測試的重要內(nèi)容。當(dāng)然負(fù)荷電流越大越好，負(fù)荷電流越大，各種錯誤在差流中的體現(xiàn)就越明顯，就越容易判斷，因此要求帶負(fù)荷測試時的負(fù)荷電流應(yīng)不小于其額定值的10%，實際工作中一般取0.2 A以上基本就可以了。帶負(fù)荷測試是利用系統(tǒng)工作電壓和負(fù)荷電流，在投產(chǎn)前檢驗交流二次回路接線及系統(tǒng)參數(shù)值輸入正確性的最后一次試驗，因此必須認(rèn)真仔細(xì)。主要從以下幾個方面進(jìn)行：

2.3.1 看電壓、電流幅值及相序、相位

正確接線下，各側(cè)電壓、電流都應(yīng)是正序，即：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。正常狀態(tài)下，保護(hù)屏顯示的交流電壓、電流的相位關(guān)系和利用鉗位表測試得出的六角圖相比較應(yīng)一致。若與此不符，則有可能：

（1）在端子箱的二次電流和一次電流回路相別不對應(yīng)，比如某變電所電流互感器端子箱內(nèi)定義為A相電流回路的電纜芯接在了B相CT上，這種情況在一次設(shè)備倒換相別時時有發(fā)生。

（2）從端子箱到保護(hù)屏的電纜芯接錯，比如某變電所電纜芯在端子箱接A相電流回路，卻接在保護(hù)屏C相電流輸入端子，C相電流回路，接在保護(hù)屏A相電流輸入端子，這種情況一般是因為現(xiàn)場安裝人員馬虎或因趕工期簡化工作流程造成的。

2.3.2 看兩側(cè)同名相電流相位，檢查電流互感器極性組合的正確性

正確的接線，其高低壓側(cè)二次電流相位應(yīng)相差180°。若兩側(cè)同名相電流相位差不滿足上述要求（偏差大于10°），則有可能：一側(cè)CT二次繞組極性接反。例如某施工單位在安裝CT時，由于現(xiàn)場空間影響，其一次極性未按圖紙擺放，二次極性未作相應(yīng)顛倒處理造成了CT二次繞組極性接反。

2.3.3 觀察差流大小，判定系統(tǒng)參數(shù)值輸入的正確性

按要求，差動電流值不應(yīng)大于3%IN，通過液晶屏顯示觀察，若電流值過大，可能是由于：

（1）變壓器實際分接開關(guān)位置和計算分接位置不一致。根據(jù)實際分接開關(guān)位置對應(yīng)的額定電壓或運(yùn)行變壓器各側(cè)母線電壓，計算變壓器各側(cè)的二次額定電流。某額定電壓為35 KV變壓器微機(jī)保護(hù)裝置，其實際分接開關(guān)因母線電壓偏高，要求設(shè)置在I檔38.5 KV，結(jié)果由于某種疏忽被輸入V檔32.5 KV進(jìn)行計算，以至于帶負(fù)荷測試時保護(hù)裝置動作。

（2）變壓器Y型側(cè)二次額定電流算錯。由于微機(jī)變壓器差動保護(hù)在“計算Y型側(cè)額定二次電流系數(shù)”問題上沒有統(tǒng)一，整定人員容易將Y型側(cè)額定二次電流算錯，從而造成整定值錯誤。

（3）平衡系數(shù)出錯。計算平衡系數(shù)時，通常是先將基本側(cè)（變壓器高壓側(cè)）平衡系數(shù)整定為1，再用另側(cè)二次額定電流除以基本側(cè)二次電流得到另側(cè)平衡系數(shù)，如果誤用基本側(cè)二次額定電流除以另側(cè)二次電流，平衡系數(shù)就會算錯。某單位變電所微機(jī)保護(hù)裝置由于平衡系數(shù)計算錯誤，也沒進(jìn)行帶負(fù)荷測試，結(jié)果沒能及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，導(dǎo)致變壓器經(jīng)常誤動，給供電帶來極壞影響。后經(jīng)詳細(xì)排查，重新進(jìn)行了帶負(fù)荷測試，發(fā)現(xiàn)了差流的存在，排除外圍各種因素后，重新計算了平衡系數(shù)，才找到問題的癥結(jié)。改正平衡參數(shù)后，保護(hù)已安全運(yùn)行了3年。

2.3.4 觀察三相電流的對稱性

每側(cè)A相、B相、C相電流幅值基本相等，相位互差120°，即A相電流超前B相120°，B相電流超前C相120°，C相電流超前A相120°。若一相幅值偏差大于10%，則有可能：

（1）變壓器三相負(fù)荷不對稱，一相電流偏大或偏小。

（2）變壓器三相負(fù)荷對稱，但波動較大，造成測量一相電流幅值時負(fù)荷大，而測另一相時負(fù)荷小。

（3）某一相CT變比接錯，比如該相CT二次繞組抽頭接錯。

（4）某一相電流存在寄生回路，比如某一根電纜芯在剝電纜皮時絕緣損傷，對電纜屏蔽層形成漏電流，造成流入保護(hù)屏的電流減小。

3 結(jié)語

主變是整個區(qū)域供電系統(tǒng)的心臟，變壓器差動保護(hù)的可靠投入及安全運(yùn)行又對變壓器的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，帶負(fù)荷測試使我們從源頭上解決變壓器差動保護(hù)設(shè)備施工過程中可能出現(xiàn)的錯誤，大大降低了微機(jī)保護(hù)誤動作帶來的威脅及危害。

在帶負(fù)荷測試中，嚴(yán)格按照帶負(fù)荷測試內(nèi)容，認(rèn)真、仔細(xì)、全面地收集數(shù)據(jù)，對于形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和刻苦鉆研技術(shù)精神都有極其重要的意義。同時，帶負(fù)荷測試，使我們更加深入的了解了變壓器差動保護(hù)原理、實現(xiàn)方式和定值意義，也更加深入地熟悉了現(xiàn)場設(shè)備接線狀況和運(yùn)行要求，更大程度發(fā)揮了設(shè)備的優(yōu)良性能，保障了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

[1] 穆玉蘭,變壓器微機(jī)差動保護(hù)誤動作的原因.江蘇:機(jī)電信息,2011(12):15-16.

[2] 張露江,電力微機(jī)保護(hù)實用技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2010:42.

[3] 熊為群,陶然編.繼電保護(hù),自動裝置及二次回路[M].北京:中國電力出版社,1982:142.

（責(zé)任編輯、校對：孫海祥）

The Transformer Microcomputer Differential Protection and its Loading Test

XU Jing-guang1,2, XU Man3
(1. School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Department. of Mechatronic Engineering, Anhui Vocational College of Electronics and Information Technology, Bengbu 233030, China; 3. Anhui Xiaoxian Liuqi Middle School, 235262, China)

The main transformer microcomputer differential protection is analyzed from the perspective of differential protection principle and a solution is provided to avoid and to find the disoperation of transformer differential protection. The importance of loading test of microcomputer protection is also discussed.

differential protection; current transformer; unbalanced current; differential current; loading test

TD612

A

1009-9115(2014)02-0046-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.013

2013-08-15

徐敬廣（1974-），男，安徽蕭縣人，碩士，實驗師，研究方向為機(jī)電一體化。