平衡系數(shù)對變壓器差動保護的影響

王 楓，張 鎮(zhèn)，齊志銘，王 舒，馬寧寧

（1.國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司技能培訓中心，遼寧 錦州 121001；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修公司鞍山分部，遼寧 鞍山 114001）

平衡系數(shù)對變壓器差動保護的影響

王 楓1，張 鎮(zhèn)2，齊志銘3，王 舒1，馬寧寧1

（1.國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司技能培訓中心，遼寧 錦州 121001；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修公司鞍山分部，遼寧 鞍山 114001）

平衡系數(shù)是變壓器差動保護的重要數(shù)據(jù)，在保護差流計算、裝置校驗過程中起著關鍵作用，因此準確選取計算平衡系數(shù)涉及到的變量，關系到差流計算和保護校驗的準確性。通過一次變壓器差流過大的實例，分析了采用變壓器各側(cè)額定電壓計算差動保護平衡系數(shù)方法存在的問題，提出了采用母線正常運行時通過實際電壓進行計算的解決方法。

變壓器；差動保護；平衡系數(shù)；變比

變壓器差動保護是變壓器內(nèi)部故障的主保護，在66 kV及以上變電站中廣泛應用，對電網(wǎng)的可靠運行至關重要。由于變壓器各側(cè)電壓等級不一樣，各側(cè)選擇的電流互感器（TA）等級也不一樣，不可能選擇完全匹配的電流互感器，只能選擇相近等級，因此變壓器的各側(cè)電流會有一定差別，需要引入平衡系數(shù)。

平衡系數(shù)是把變壓器各側(cè)電流調(diào)整到同一等級、同一基準上來進行差動保護計算的系數(shù)，實質(zhì)上是將二次額定電流高壓側(cè)歸算為1，其它側(cè)的調(diào)整系數(shù)為高壓側(cè)電流與相應側(cè)電流相除所得的倍數(shù)，各個廠家的計算方法可能不一樣，因此實際計算時要參考說明書進行。系統(tǒng)運行中由于存在不平衡電流，嚴重影響了差動保護裝置的可靠運行［1］，甚至對變電站的安全穩(wěn)定造成不同程度的影響。本文介紹了差動保護原理及平衡系數(shù)計算方法，分析了平衡系數(shù)對差動保護的影響，并通過實際案例分析，提出提高差動保護動作率的方法，為變壓器的穩(wěn)定運行奠定基礎。

1 變壓器差動保護原理

變壓器差動保護主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障以及大電流系統(tǒng)接地故障，同時也可以用來保護單相匝間短路故障，即保護變壓器各側(cè)TA之間的任何故障，因此，差動保護對變壓器的安全運行起著極其重要的作用，為了能讓差動保護正確可靠動作，除了保護本身，還要注意接線、定值整定等方面的問題。

變壓器差動保護是通過比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位構成的保護，相當于對基爾霍夫定律的近似應用［2－3］。在理想狀況下，正常運行或外部故障時變壓器差動回路中的不平衡電流為零，但如果考慮實際運行中的不同狀況，變壓器差動回路中的不平衡電流不可能為零，產(chǎn)生不平衡電流的原因如下。

a.穩(wěn)態(tài)情況下不平衡電流產(chǎn)生原因：由于變壓器各側(cè)電流互感器型號不同，即各側(cè)電流互感器的飽和特性和勵磁電流不同引起的不平衡電流；由于實際的電流互感器變比和計算變比不同引起的不平衡電流；由于改變變壓器調(diào)壓分接頭引起的不平衡電流。

b.暫態(tài)情況下不平衡電流產(chǎn)生原因：由于短路電流的非周期分量主要為電流互感器的勵磁電流，使其鐵芯飽和，誤差增大引起不平衡電流；變壓器空載合閘的勵磁涌流，僅在變壓器一側(cè)有電流。

由以上分析可知，不平衡電流的產(chǎn)生是諸多原因造成的，而這些原因又是不可避免的，這就造成了不平衡電流的客觀存在。

變壓器差動保護作為變壓器內(nèi)部故障時的主保護，其保護范圍包括變壓器本身、電流互感器與變壓器的引出線，能夠有效反映出接地故障，繞組與端部的短路故障，同一繞組的匝間故障等，且具有較高的靈敏度［4－5］。為了在正常運行或外部故障時流入差動繼電器的電流為零，目前運行的微機型變壓器保護均采取對電流幅值和相位進行校正的方法，使正常運行時流入變壓器保護的電流相量和近似為零，即∑I＝0，基本滿足基爾霍夫電流定律。

2 平衡系數(shù)

由于變壓器的變比、各側(cè)實際使用的TA變比之間不能完全滿足一定關系，在正常運行和外部故障時變壓器兩側(cè)差動TA的額定二次電流幅值不完全相同，即使經(jīng)過相位校正，從兩側(cè)流入各相差動元件的電流幅值也不相同，在正常運行或外部故障時無法滿足∑I＝0。因此，為了差動保護需要，在微機型變壓器保護裝置中，采用在軟件上進行幅值校正方法，引入折算系數(shù)，能將2個大小不等的電流折算成作用完全相同的電流，將該系數(shù)稱作為平衡系數(shù)。其將變壓器正常工作時一側(cè)電流作為基準，將另一側(cè)電流乘以該側(cè)的平衡系數(shù)，使正常運行或外部故障時經(jīng)過相位校正和幅值校正后兩側(cè)的電流幅值相等，即滿足∑I＝0。根據(jù)變壓器的容量、接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動TA的變比，可以計算出差動兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。

假設變壓器高壓側(cè)額定二次電流為4.8 A，低壓側(cè)額定二次電流為3.5 A，以高壓側(cè)為基準，則高壓側(cè)的平衡系數(shù)為KphH＝4.8／4.8＝1，低壓側(cè)的平衡系數(shù)為KphL＝4.8／3.5＝1.37，經(jīng)過平衡折算后，差動保護內(nèi)部計算高壓側(cè)額定二次電流為I2nH＝4.8×KphH＝4.8 A，低壓側(cè)為I2nL＝3.5×KphL＝4.8 A，可見折算后，保護內(nèi)部計算用變壓器兩側(cè)的額定二次電流相等，都等于基準額定二次電流。

3 平衡系數(shù)計算方法

目前國內(nèi)微機變壓器保護的生產(chǎn)廠家很多，但差動保護平衡系數(shù)的計算方法大致分為以高壓側(cè)額定電流為基準電流折算法和以5 A為基準電流折算法2種［6］。本文以北京四方變壓器保護裝置為例，說明以高壓側(cè)額定電流為基準的平衡系數(shù)計算方法。

計算變壓器各側(cè)一次額定電流：

計算變壓器各側(cè)二次額定電流：

式中I1n、I2n——變壓器各側(cè)一次、二次額定電流，A；

Sn——變壓器最大額定容量，kVA；

U1n——變壓器額定電壓，kV；

nTA——變壓器TA變比。

以高壓側(cè)為基準，計算變壓器中、低壓側(cè)平衡系數(shù)：

式中KphH、KphM、KphL——變壓器高、中、低壓側(cè)平衡系數(shù)；

I2nH、I2nM、I2nL——變壓器高、中、低壓側(cè)二次額定電流，A；

Sn——變壓器最大額定容量，kVA；

U1nH、U1nM、U1nL——變壓器高、中、低壓側(cè)一次額定電壓，kV；

nTAH、nTAM、nTAL——變壓器高、中、低壓側(cè)TA變比。

可以得出，將中、低壓側(cè)各相電流與相應的平衡系數(shù)相乘，即得到幅值補償后的各相電流，且平衡系數(shù)只與變壓器兩側(cè)電壓變比及差動TA的變比有關，與變壓器容量無關。

在最大額定容量確定的情況下，各側(cè)額定電壓在計算中起決定性作用。由運行經(jīng)驗可知，變壓器在正常運行時各側(cè)母線的實際電壓往往和額定電壓不一致，有時偏差還會很大，尤其在有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)節(jié)較大時更是如此，因此不可避免地會造成各側(cè)平衡系數(shù)存在誤差，進而出現(xiàn)差電流。

4 平衡系數(shù)影響因素

某變電站更換主變保護，定值經(jīng)過重新計算整定，帶負荷試驗時，發(fā)現(xiàn)裝置顯示的差流達0.21 A，差流偏大。經(jīng)過檢查，排除裝置本身問題、二次回路問題、接線錯誤、TA變比整定錯誤等，通過核對定值通知單，發(fā)現(xiàn)變壓器變比整定錯誤，變壓器額定變比為66 kV／11 kV，上報變壓器參數(shù)時變壓器額定變比為66 kV／10 kV，導致各側(cè)不平衡系數(shù)整定錯誤，進而產(chǎn)生差流。可見二次系統(tǒng)是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，可以對一次系統(tǒng)中各設備進行監(jiān)視和控制，使一次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4.1 不同計算電壓變比對平衡系數(shù)影響

以1臺電壓等級為220 kV／121 kV／11 kV，容量為60 MVA，三側(cè)電流互感器變比為600／5、1 000／5、3 000／5的變壓器為例，分析采用不同計算電壓時的平衡系數(shù)。

a.采用變壓器各側(cè)額定電壓計算

該變壓器各側(cè)一次額定電流為

該變壓器各側(cè)二次額定電流為

以高壓側(cè)額定電流為基準，變壓器各側(cè)平衡系數(shù)為

b.采用母線正常運行時各側(cè)額定電壓計算

實際運行中220 kV母線額定電壓為220 kV，110 kV母線額定電壓為115.5 kV，10 kV母線額定電壓為10 kV，可見，變壓器各側(cè)額定電壓與母線額定電壓均存在較大差別。以母線額定電壓計算變壓器各側(cè)平衡系數(shù)為

由此可見，用變壓器各側(cè)額定電壓和母線各側(cè)額定電壓計算出的平衡系數(shù)是不同的，根據(jù)平衡系數(shù)計算原則，整定計算用的電壓變比取變壓器各側(cè)額定電壓。對1臺上述銘牌變壓器，中壓側(cè)平衡系數(shù)誤差達8.7%，低壓側(cè)誤差達8%?？梢?，實際運行中各側(cè)額定電壓與整定計算中變壓器額定電壓均存在較大差別，影響平衡系數(shù)，進而造成差電流的出現(xiàn)。繼電保護人員在今后工作中一定要認真核對設備銘牌，仔細校對輸入定值，在計算變壓器平衡系數(shù)時，應以變壓器銘牌標注的額定電壓為準。

4.2 不同分接頭檔位對平衡系數(shù)影響

帶負荷調(diào)整變壓器的分接頭，是電力系統(tǒng)中采用有載調(diào)壓變壓器來調(diào)整電壓的方法，改變分接頭相當于改變變壓器的變比，保證變壓器輸出端為額定電壓。系統(tǒng)運行中，差動保護已按照某一變比調(diào)整好，若改變分接頭檔位，由于額定電壓的偏差會造成各側(cè)平衡系數(shù)的誤差，進而在差動保護回路中產(chǎn)生不平衡電流，影響差動保護。因此，在差動保護定值整定過程中要充分考慮改變變壓器分接頭檔位產(chǎn)生的不平衡電流。

下面以銘牌為66 kV±8×1.25%／11 kV，容量為31.5 MVA的變壓器為例，高、低壓側(cè)電流互感器變比分別為600／5和3 000／5。以高壓側(cè)額定電流為基準，變壓器不同檔位時平衡系數(shù)如表1所示。

表1 變壓器不同檔位時平衡系數(shù)

由表1可見，若以高壓側(cè)額定電流為基準，變壓器分接頭在不同檔位計算的平衡系數(shù)不同，為防止改變分接頭檔位時產(chǎn)生不平衡電流，可采用多套差動保護，方便切換供不同檔位使用，防止變壓器差動保護誤動作。

5 結束語

利用系統(tǒng)額定電壓計算平衡系數(shù)和改變變壓器分接頭檔位對差動保護都有影響，并通過對變壓器差流過大的實例分析，發(fā)現(xiàn)計算變壓器平衡系數(shù)采用系統(tǒng)額定電壓的做法應當進行改進，且繼電保護人員工作中一定要認真核對變壓器設備銘牌參數(shù)。當差動平衡系數(shù)取值合適時，正常運行的變壓器差動電流很小，因此平衡系數(shù)對差動保護裝置的穩(wěn)定運行起著重要作用，實際計算時應該采用變壓器各側(cè)額定電壓計算變壓器平衡系數(shù)，這樣會使平衡系數(shù)更加準確，貼近實際運行情況，有利于保護裝置正常運行。

［1］王 冠，李志濤.變壓器差動保護不平衡電流相關問題研究［J］.中小企業(yè)管理與科技，2012，21（9）：79－81.

［2］甘景福，董敬遠，王笑梅.變壓器差動保護平衡系數(shù)計算中電壓值選取問題［J］.電工技術，2005，36（7）：25－26.

［3］李沛業(yè).大通變電所1號主變壓器差動保護誤動原因分析［J］.東北電力技術，2004，25（7）：29－30.

［4］陳玉龍，李巧榮.變壓器差動保護平衡系數(shù)的矢量分析［J］.通信電源技術，2013，30（1）：29－30.

［5］張曉東.啟備變差動保護動作分析［J］.東北電力技術，2009，30（1）：28－29.

［6］解 波，張 波，宋永強.變壓器差動保護平衡系數(shù)算法對不平衡電流的影響［J］.陜西電力，2003，31（6）：28－29.

Influence of Balance Coefficient on Transformer Differential Protection

WANG Feng1，ZHANG Zhen2，QI Zhiming3，WANG Shu1，MA Ningning1
（1.State Grid Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114001，China；2.State Grid Liaoning Skills Training Center，Jinzhou，Liaoning 121001，China；3.State Grid Liaoning Maintenance Company，The Branch of Anshan，Anshan，Liaoning 114001，China）

Balance coefficient is one of the important data of transformer differential protection，it plays a key role in protection differ?ential current calculation and device checking.Accurately selection of variable concerns the accuracy of differential flow calculation and checking protection.From a example analysis，problems with rated voltage differential protection balance coefficient method are ana?lyzed.Solution method is put forward.

transformer；differential protection；balance coefficient；ratio

TM774

A

1004－7913（2016）11－0041－04

王 楓（1976），男，學士，工程師，從事電力系統(tǒng)基建工作。

2016－08－20）