深圳市康必達(dá)控制技術(shù)有限公司 李孝波

完整的變壓器差動(dòng)保護(hù)調(diào)試和驗(yàn)證方法

深圳市康必達(dá)控制技術(shù)有限公司 李孝波

現(xiàn)在很多保護(hù)調(diào)試人員調(diào)試變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置都是采用簡(jiǎn)單調(diào)試方法，基本上都是采用單相電流做差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)，有些人還采用在兩側(cè)加電流來(lái)做拐點(diǎn)值和制動(dòng)系數(shù)，做得較完整一點(diǎn)的就再做一個(gè)諧波制動(dòng)試驗(yàn)。但是這種試驗(yàn)方法很不完整，完整的方法需要模擬各種區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，區(qū)內(nèi)不同性質(zhì)的故障的各種典型動(dòng)作值，區(qū)外不同性質(zhì)的故障均能可靠閉鎖，其中包括諧波閉鎖功能。本文闡述了變壓器各種區(qū)內(nèi)區(qū)外差動(dòng)的試驗(yàn)方法，并介紹了一種輔助計(jì)算的軟件，以幫助調(diào)試人員如何施加電流量和做出正確判斷。

差動(dòng)保護(hù) 區(qū)內(nèi)故障 區(qū)外故障 諧波閉鎖

引言

差動(dòng)保護(hù)作為電氣元件的主保護(hù)，其作用非常大，一旦失效，將對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重隱患；或者拒動(dòng)，造成停電范圍擴(kuò)大；或者誤動(dòng)，直接引起一次系統(tǒng)大面積停電。因此，差動(dòng)保護(hù)的試驗(yàn)一定要完整和詳細(xì)，目前主要問(wèn)題是很多保護(hù)調(diào)試人員不知道完整的差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)方法以及驗(yàn)證方法。

一、變壓器差動(dòng)保護(hù)原理及動(dòng)作特性分析

變壓器差動(dòng)保護(hù)是通過(guò)采集變壓器高低壓側(cè)電流，在考慮到變壓器兩側(cè)電流大小和相位的情況下，通過(guò)比較兩側(cè)電流大小來(lái)動(dòng)作的保護(hù)設(shè)備。因此在實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)應(yīng)該要考慮對(duì)兩側(cè)的相位進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)對(duì)電流的數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，保證才能夠正確反映變壓器內(nèi)部故障，正常運(yùn)行情況下和外部短路的情況下變壓器的差動(dòng)電流應(yīng)該為零。

三相雙繞組變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下示意：

圖1 雙繞組變壓器結(jié)構(gòu)圖

一次為星型接線(xiàn)，二次可選擇各種接線(xiàn)方式，構(gòu)成不同的接線(xiàn)組別，一般對(duì)于壓降變壓器二次為三角型接線(xiàn)，其接線(xiàn)組別為Y/△11型接線(xiàn)，二次首端與末端首尾相連，即a-y,b-z,c-x相連（圖一中二次側(cè)接線(xiàn)所示），然后從首端引出，其適量關(guān)系圖如下：

圖2 Y/△11雙繞組變壓器矢量圖

由于低壓冊(cè)滯后高壓側(cè)30°(即超前330°),所以定義其接線(xiàn)組別為Y/△11型接線(xiàn)。

目前絕大多數(shù)差動(dòng)保護(hù)裝置差動(dòng)電流是取變壓器兩側(cè)電流的矢量和，制動(dòng)電流取變壓器兩側(cè)電流的最大值，這樣能夠有效防止變壓器誤動(dòng)作，提高穩(wěn)定性。其具體公式如下：

Icd：變壓器差動(dòng)電流

Ith：變壓器制動(dòng)電流或稱(chēng)穿越電流

ìAJ：經(jīng)過(guò)保護(hù)校準(zhǔn)補(bǔ)償后的高壓側(cè)電流矢量值

ìaj：經(jīng)過(guò)保護(hù)校準(zhǔn)補(bǔ)償后的低壓側(cè)電流矢量值

目前大多數(shù)差動(dòng)保護(hù)主要由具有諧波制動(dòng)（二次諧波制動(dòng)和五次諧波制動(dòng)）的多斜率比率差動(dòng)和高閥值的差動(dòng)速斷構(gòu)成，保護(hù)具有CT斷線(xiàn)閉鎖功能，其保護(hù)裝置的動(dòng)作特性曲線(xiàn)如圖3。

圖3 比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特征曲線(xiàn)

Id為差動(dòng)電流，Ib為變壓器額定電流，It為外部變壓器穿越電流(正常時(shí)為負(fù)荷電流，外部故障時(shí)變壓器流過(guò)的短流電流)，Id/It為制動(dòng)系數(shù),折線(xiàn)上部位動(dòng)作區(qū)，Id/It增大，曲線(xiàn)斜率增大,差動(dòng)動(dòng)作值增大。

二、完整的差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)方法

以典型的Y/△11接線(xiàn)方式為例，其他的接線(xiàn)方式可參考。

1. 模擬區(qū)內(nèi)故障。分別模擬高、低壓側(cè)三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路故障。

高壓側(cè)短路故障相對(duì)簡(jiǎn)單，這里不做詳細(xì)說(shuō)明，本文僅介紹低壓側(cè)的各種短路故障模擬試驗(yàn)。

（1）低壓側(cè)區(qū)內(nèi)三相短路故障。包含兩種情況：一是低壓側(cè)無(wú)源，二是低壓側(cè)有源，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法如下。

1）低壓側(cè)無(wú)源：當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)三相短路故障時(shí)，只有高壓側(cè)CT流過(guò)三相短路電流，低壓側(cè)CT無(wú)電流流過(guò)。差動(dòng)電流Icd為短路電流，制動(dòng)電流Ith也等于短路電流，根據(jù)動(dòng)作特征曲線(xiàn)，差動(dòng)電流只要大于其啟動(dòng)值必動(dòng)作。

2）低壓側(cè)有源：無(wú)論低壓側(cè)電源造成的短路電流多大，總是使差動(dòng)電流增加，差動(dòng)保護(hù)只要大于動(dòng)作值，此時(shí)的制動(dòng)電流對(duì)動(dòng)作值影響相對(duì)較小，差動(dòng)保護(hù)保證可靠動(dòng)作，所以這種情況只需做一個(gè)啟動(dòng)值即可，即在低壓冊(cè)三相同時(shí)加三相對(duì)稱(chēng)交流量大于啟動(dòng)值，保護(hù)可靠動(dòng)作。

（2）低壓側(cè)區(qū)內(nèi)兩相短路故障。低壓側(cè)有源同三相短路一樣，將使差動(dòng)電流更大，因此下面僅考慮低壓側(cè)無(wú)源情況。

假如低壓側(cè)AB兩相短路，根據(jù)電磁場(chǎng)原理由圖1可知，高壓側(cè)CT只有B相流過(guò)短路電流，根據(jù)前述得出：差動(dòng)電流Icd為高壓側(cè)B相短路電流IB，制動(dòng)電流Ith也等于IB。同樣根據(jù)動(dòng)作特征曲線(xiàn)，差動(dòng)電流只要大于其啟動(dòng)值必動(dòng)作。

低壓側(cè)AC兩相短路或BC兩相短路與AB相短路一樣，高壓側(cè)只有A相或C相有短路電流。而對(duì)于Y/△11接線(xiàn)的變壓器，低壓側(cè)兩相接地短路與兩相短路一樣。

（3）低壓側(cè)單相接地故障。由于低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，單相接地故障不會(huì)產(chǎn)生故障電流，只是接地相電壓降低，其他兩相電壓升高，但線(xiàn)電壓是對(duì)稱(chēng)的，只要負(fù)載平衡，三相電流是相同的。此時(shí)，差動(dòng)電流基本為0，制動(dòng)電流為正常負(fù)荷電流。差動(dòng)電流不會(huì)動(dòng)作。

但如果是高壓側(cè)區(qū)內(nèi)單相接地故障，將有故障電流流經(jīng)接地相高壓側(cè)CT，低壓側(cè)對(duì)應(yīng)的相電流基本為0（低壓側(cè)有源和無(wú)源系統(tǒng)一樣），所以接地相差動(dòng)電流很大，差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。

2. 模擬區(qū)外故障。高壓側(cè)區(qū)外故障和低壓側(cè)區(qū)外故障原理一樣，這里以典型的降壓變壓器來(lái)模擬低壓側(cè)區(qū)外故障。

（1）低壓側(cè)區(qū)外三相短路故障。低壓側(cè)區(qū)外三相短路故障時(shí)，高低壓側(cè)CT流經(jīng)的短路電流方向一致。但高低壓側(cè)CT的極性反接使流入CT二次側(cè)（即流入保護(hù)裝置）的方向相反，所以此時(shí)差動(dòng)電流為0，制動(dòng)電流為短路電流，差動(dòng)保護(hù)可靠不動(dòng)作。

（2）低壓側(cè)區(qū)外兩相短路故障。假如低壓側(cè)AB相短路，根據(jù)圖1由電磁場(chǎng)原理得知只有高壓側(cè)B相流過(guò)短路電流，與低壓側(cè)B相一致。但高低壓側(cè)CT的極性反接使流入CT二次側(cè)（即流入保護(hù)裝置）的方向相反，所以此時(shí)差動(dòng)電流為0，制動(dòng)電流為短路電流，差動(dòng)保護(hù)可靠不動(dòng)作。

（3）低壓側(cè)區(qū)外單相短路故障。由于電壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，區(qū)外單相接地與區(qū)內(nèi)一樣，電流并沒(méi)有變化，變化的只是相電壓。差動(dòng)電流基本為0，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

三、差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)實(shí)例

下面以一個(gè)具體的實(shí)例說(shuō)明：一臺(tái)變壓器容量為75MVA的變壓器，接線(xiàn)方式為Y/△11，高壓側(cè)額定電壓110kV，CT額定一次電流為600A，低壓側(cè)額定電壓為10kV，CT額定一次電流為

圖4 差動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證界面

可以以此為基礎(chǔ)，詳細(xì)做差動(dòng)保護(hù)的各種動(dòng)作值，包括啟動(dòng)值、拐點(diǎn)、比例系數(shù)、差動(dòng)速斷、諧波制動(dòng)。具體方法可以固定高壓側(cè)電流不變，不斷改變低壓側(cè)電流，則其差動(dòng)電流和制動(dòng)電流隨之改變，就可以做很多個(gè)動(dòng)作值，可以繪制相應(yīng)的比例差動(dòng)動(dòng)作曲線(xiàn)，并計(jì)算動(dòng)作誤差。諧波制動(dòng)需要根據(jù)設(shè)置是在單相加入諧波還是三相同時(shí)加入諧波，試驗(yàn)其閉鎖值并計(jì)算其誤差。

四、結(jié)語(yǔ)

本文介紹一個(gè)比較完整的校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)的試驗(yàn)方法，并利用Excel的宏功能設(shè)計(jì)一個(gè)界面來(lái)驗(yàn)證其結(jié)果，使保護(hù)人員心中有數(shù)，保證差動(dòng)保護(hù)正確無(wú)誤。

[1] 國(guó)家電力調(diào)度通訊中心.《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編》，1997.

[2] 施耐德.《sepam T87保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)》，2008.

[3] SEL.《SEL-587保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)》，2005.