變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理及校驗(yàn)方法分析

【摘? 要】隨著高壓輸電線路在我國(guó)的進(jìn)一步發(fā)展與完善，各種變壓器越來(lái)越多，為了減少變壓器發(fā)生故障次數(shù)，有效保證電網(wǎng)可靠性，加強(qiáng)對(duì)變壓器的研究具有十分重要的意義。論文從變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理及校驗(yàn)方法等方面進(jìn)行分析，希望可以起到一定借鑒意義。

【Abstract】With the further development and improvement of high voltage transmission lines in China， more and more transformers are available. In order to reduce the number of transformer failures， effectively ensure the reliability of power grid， it is very important to strengthen the research of transformers. In this paper， the principle of transformer ratio differential protection and check method are analyzed， hoping to provide some reference.

【關(guān)鍵詞】變壓器;差動(dòng);保護(hù);校驗(yàn)

【Keywords】transformer; differential; protection; check

【中圖分類號(hào)】TM774? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0168-02

1 引言

隨著生產(chǎn)生活進(jìn)一步發(fā)展，社會(huì)各界對(duì)電能需求量進(jìn)一步增加，電力企業(yè)為滿足當(dāng)前用電需求，不斷優(yōu)化電網(wǎng)，各種各樣高壓輸電線路、變壓設(shè)備等逐漸投入到電網(wǎng)建設(shè)之中。變壓器屬于電網(wǎng)重要儀器之一，保證變壓器質(zhì)量可以有效提升電網(wǎng)整體可靠性。而研究變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理及校驗(yàn)，對(duì)于提升變壓器自身可靠性有很大意義。

2 變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理

差動(dòng)保護(hù)屬于變壓器保護(hù)形式的一種，是指比較變壓器不同側(cè)相位與電流不同，進(jìn)而構(gòu)成一種保護(hù)。盡管變壓器各側(cè)電路互不相通，電流不等，但可以根據(jù)變壓器短路（外部）時(shí)流出與流入變壓器的功率與正常情況下變壓器工作時(shí)流出與流入變壓器的功率進(jìn)行比對(duì)，利用各側(cè)電流安匝之和近似為零等，進(jìn)而建立相應(yīng)的差動(dòng)保護(hù)平衡方程[1]。一旦變壓器內(nèi)部發(fā)生故障后，可以通過(guò)建立相應(yīng)差動(dòng)保護(hù)平衡方程對(duì)相應(yīng)差動(dòng)電流流過(guò)的差動(dòng)回路進(jìn)行控制，促使差動(dòng)繼電器發(fā)揮作用，進(jìn)而對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)。

2.1 不平衡電流產(chǎn)生的原因

一旦變壓器外部電路出現(xiàn)短路等故障后，差流回路（差動(dòng)保護(hù)）會(huì)產(chǎn)生較大非平衡電流。一般導(dǎo)致不平衡電流出現(xiàn)的原因包括以下幾個(gè)：各側(cè)電流（變壓器）的互感器變比和型號(hào)不一致;高低壓側(cè)（變壓器）繞組接線的形式不相同;暫態(tài)非平衡電流產(chǎn)生原因與變壓故障、空載電流有很大關(guān)系，變壓器外部故障消除后，或者有空載電流進(jìn)入電源后，電壓恢復(fù)勵(lì)磁涌流導(dǎo)致暫態(tài)非平衡電流出現(xiàn);變壓器帶負(fù)荷調(diào)分接頭引起變比變化。

2.2 不平衡電流處理措施

常規(guī)變壓器非平衡電流處理方式包括如下幾種：確保各側(cè)電流互感器必須一致。相關(guān)技術(shù)人員選擇相同電流互感器，安裝在變壓器各側(cè)要盡可能選擇變比、型號(hào)相同的儀器，確保各側(cè)對(duì)變壓器影響相同，避免非平衡電流產(chǎn)生。技術(shù)人員也可以適當(dāng)增加保護(hù)動(dòng)作電流，以有效避免外部短路造成非平衡電流產(chǎn)生，動(dòng)作電流具體數(shù)額要在對(duì)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算中，進(jìn)一步考慮[2];相關(guān)技術(shù)人員可以利用相位補(bǔ)償法有效解決因高低壓側(cè)繞組方式不同導(dǎo)致的非平衡電路;相關(guān)技術(shù)人員可以采用波形對(duì)稱原理、二次諧波制動(dòng)原理、勵(lì)磁涌流波形和內(nèi)部短路電流差別等方式來(lái)躲避勵(lì)磁涌流，避免非平衡電流產(chǎn)生;可以利用對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算的進(jìn)一步優(yōu)化，消除由于帶負(fù)荷調(diào)分接頭導(dǎo)致的非平衡電流問(wèn)題。

2.3 相位補(bǔ)償方法——變壓器各側(cè)電流

一般各側(cè)互感器（變壓器）接線方式以星形為主，母線為各側(cè)線路另一側(cè)的極性端。相關(guān)技術(shù)人員可以利用軟件對(duì)各側(cè)二次電流（變壓器）相位進(jìn)行調(diào)整，為了可以更為形象化地對(duì)相位補(bǔ)償進(jìn)行分析，筆者以500kV的RCS978保護(hù)為例，進(jìn)一步區(qū)分故障和涌流的特征，提高變壓器各側(cè)保護(hù)質(zhì)量。對(duì)500kV的RCS978保護(hù)中Y0/△—11的接線上，校正的方式主要如下：

式中IA、IB、IC為Y0側(cè)二次電流，I′A、I′B、I′C為經(jīng)過(guò)校正之后Y0側(cè)各相位電流;Ia、Ib、Ic為△側(cè)二次電流，I′a、I′b、I′c為經(jīng)過(guò)校正之后△側(cè)各相位電流。

相關(guān)技術(shù)人員需要采取相應(yīng)手段對(duì)變壓器電流相位進(jìn)行補(bǔ)償，可以采用加裝中間帶平衡繞組或者技術(shù)人員選擇中間變流器加裝形式，以確保變壓器電流相位補(bǔ)償質(zhì)量。之所以需要進(jìn)行相位補(bǔ)償是因?yàn)閷?shí)際變壓變比與CT稱變比、主變銘牌標(biāo)是存在一定誤差的，通過(guò)相位補(bǔ)償法可以盡量消除誤差對(duì)變壓產(chǎn)生的影響，確保變壓器質(zhì)量。技術(shù)人員采用相應(yīng)手段進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)要依據(jù)主變比同CT變比的情況，對(duì)二次電流平衡系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并將二次電流（各側(cè)）歸算為同一側(cè)之后再進(jìn)行補(bǔ)償。

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特征研究

除去上述所講述互感器等對(duì)變壓器各側(cè)電流產(chǎn)生影響外，還需要考慮CT磁飽和受到外部故障或者主變區(qū)短路帶來(lái)的影響，技術(shù)人員利用CT很難將真實(shí)電流變化情況反映出來(lái)，差流平衡很難達(dá)到，很有可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)一些偏差，所以微機(jī)保護(hù)需要采用比率制動(dòng)差動(dòng)繼電器[3]。比率制動(dòng)差動(dòng)主要特征為：動(dòng)作電流會(huì)以一定比率隨著不平衡電流的變大而逐漸增大，且增長(zhǎng)速率要比非平衡電流增長(zhǎng)速度快一些。以500kV的RCS978變壓器保護(hù)為例，其差動(dòng)穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)特征方程如下：

式中，額定電流（變壓器）用Ie表示;變壓器各側(cè)電流用Ii表示，i=1，2...，m;制動(dòng)電流用Ir表示;差動(dòng)電流用Id表示;穩(wěn)態(tài)比率差起動(dòng)定值用Iedqd表示;比率制動(dòng)系數(shù)整定值用Kbl表示，范圍為0.20～0.75之間，一般實(shí)驗(yàn)中推薦整定值為Kbl=0.5。需要注意，上述方程是各側(cè)（變壓器）相位、幅值差異已經(jīng)消除之后的動(dòng)作特征方程。

4 比率制動(dòng)特性曲線及驗(yàn)證

4.1 比率制動(dòng)特性曲線

根據(jù)比率制動(dòng)特性，繪制如下圖1比率制動(dòng)特性曲線。

穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)按相判別，滿足變壓器差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特征。上述公式（3-1）描述的為經(jīng)過(guò)TA飽和判別比率差動(dòng)保護(hù)過(guò)程，整個(gè)比率制動(dòng)靈敏度在勵(lì)磁涌流判別后得到了有效保證，另外由于TA飽和判據(jù)引入可以有效對(duì)變壓器外部引起故障進(jìn)行分析與判斷，不會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)誤動(dòng)。式（3-2）、（3-3）比率差動(dòng)保護(hù)機(jī)制只經(jīng)過(guò)可選擇TA斷線判別勵(lì)磁涌流判別即可出口。通過(guò)對(duì)比率制動(dòng)特征的利用來(lái)有效抵抗暫態(tài)飽和與穩(wěn)態(tài)飽和（變壓器外部故障時(shí)），有效保障差動(dòng)動(dòng)作的精準(zhǔn)性。

4.2 比率制動(dòng)特性曲線驗(yàn)證

已知500kV的RCS978變壓器參數(shù)高壓側(cè)Ⅰ側(cè)一次額定電流為472A，二次額定電流為1.96A，各項(xiàng)平衡系數(shù)為4.00;中壓側(cè)Ⅱ側(cè)一次額定電流為904A，二次額定電流為3.61A，各項(xiàng)平衡系數(shù)為2.177;低壓側(cè)Ⅲ側(cè)一次額定電流為9897A，二次額定電流為16.5A，各項(xiàng)平衡系數(shù)為0.476。技術(shù)人員利用Ⅰ側(cè)、Ⅱ側(cè)（Y0側(cè)）做檢驗(yàn)，在任意一側(cè)增加電流I=1，代入公式進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際應(yīng)在Ⅰ側(cè)加入1.96A，在Ⅱ側(cè)加入3.61A，無(wú)差流。同樣當(dāng)在任意一側(cè)加入I=0.5A電流時(shí)，Ⅰ側(cè)加入0.98A，在Ⅱ側(cè)加入1.805A，無(wú)差流。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理及校驗(yàn)方法比較多，在實(shí)際校驗(yàn)過(guò)程中難度也比較大，相關(guān)技術(shù)人員只要掌握相應(yīng)手段，并將其合理應(yīng)用，即可以有效校驗(yàn)主變差動(dòng)保護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】陶建軍，趙國(guó)君.RCS-985TS裝置差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)方法[J].梅山科技，2019（1）：51-54.

【2】翁漢琍，王勝，林湘寧.基于波形相似度的抗電流互感器飽和變壓器相位差動(dòng)保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（04）：190-204.

【3】夏經(jīng)德，袁玉寶，劉歡慶.一種采用縱向阻抗的變壓器保護(hù)算法[J].電測(cè)與儀表，2019，56（09）：135-141.

【作者簡(jiǎn)介】侯明義（1984-），男，山東泰安人，工程師，從事繼電保護(hù)自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)研究。