【摘要】差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，保護(hù)必須對(duì)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(dòng)保護(hù)的靈敏度問(wèn)題。如何快速、正確地校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度對(duì)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(hào)的變壓器保護(hù)為例對(duì)差動(dòng)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(jiǎn)便、實(shí)用的校驗(yàn)方法。

【關(guān)鍵詞】變壓器；差動(dòng)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(duì)設(shè)計(jì)規(guī)定要求動(dòng)作的故障及異常狀態(tài)能夠可靠動(dòng)作的能力，是電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的基本性能要求之一。差動(dòng)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(dòng)保護(hù)多采用利用變壓器勵(lì)磁涌流特征的制動(dòng)特性躲過(guò)涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，這一措施大大提高了變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏性，也因此在整定計(jì)算過(guò)程中往往容易忽略了變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)。

2.變壓器差動(dòng)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)的必要性

220kV變壓器10kV側(cè)故障時(shí)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(shí)短路電流水平，短路電流水平降低的同時(shí)，在相同定值的情況下，變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏度也降低。電抗器在變壓器差動(dòng)保護(hù)的范圍之內(nèi)，電抗器下端故障時(shí)，差動(dòng)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(dòng)范圍內(nèi)故障，差動(dòng)保護(hù)靈敏度是否能滿足要求必須通過(guò)計(jì)算。

同時(shí)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(dòng)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(dòng)特性的變壓器差動(dòng)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(dòng)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(dòng)電流Ires，在制動(dòng)特性曲線上查得對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流I'op，靈敏系。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(shuō)明書中關(guān)于靈敏度計(jì)算的說(shuō)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(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)變壓器引出線上兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)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(dòng)電流Idzmin及制動(dòng)電流Izd。

（4）根據(jù)動(dòng)作方程及以上求得的制動(dòng)電流Izd計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流Idz。

（5）計(jì)算靈敏度=Idzmin/Idz。

3.2 校驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)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(dòng)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(shí)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(huì)提供。而變壓器并列運(yùn)行時(shí)，在低壓側(cè)差動(dòng)范圍內(nèi)故障時(shí)另一臺(tái)變壓器通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)也會(huì)提供短路電流。在系統(tǒng)方式一定的情況下分列運(yùn)行時(shí)流入差動(dòng)保護(hù)的故障電流比并列運(yùn)行時(shí)要小。10kV側(cè)短路電抗大，因此10kV側(cè)故障時(shí)的短路電流比110kV側(cè)故障時(shí)要小。總之，變壓器分列運(yùn)行時(shí)差動(dòng)保護(hù)靈敏度滿足要求，并列運(yùn)行時(shí)一定能滿足；低壓側(cè)故障時(shí)靈敏度滿足要求，中壓側(cè)故障時(shí)也一定滿足。因此最小方式選變壓器分列運(yùn)行時(shí)，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(dòng)保護(hù)中的動(dòng)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(jí)，不需靠考慮平衡系數(shù)的影響，但必須考慮差動(dòng)保護(hù)裝置相位校正對(duì)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(duì)變壓器差動(dòng)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(dòng)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(dòng)在Y側(cè)進(jìn)行校正，對(duì)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(dòng)電流與制動(dòng)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(shí)按一次電流進(jìn)行計(jì)算，故計(jì)算過(guò)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(dòng)作電流Idz（各相差動(dòng)電流）和制動(dòng)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)如式（3-1）所示：

（3-1）

其中：Icd為差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流定值，Idz為動(dòng)作電流，Izd為制動(dòng)電流，Kb1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(dòng)系數(shù)定值，Kb3為第三段折線斜率（固定取0.7）。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(dòng)動(dòng)作。

靈敏度校驗(yàn)過(guò)程如下：

（1-1）

（1-2）

（1-3）

（1）系統(tǒng)小方式下10kV側(cè)差動(dòng)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(dòng)電流：IzdW=0.5×=。

其中IdzminU、IdzminV、IdzminW分別為故障時(shí)各相的最小差動(dòng)電流Idzmin。

（4）根據(jù)公式（3-1）及第（3）步計(jì)算出的制動(dòng)電流，計(jì)算相對(duì)應(yīng)動(dòng)作電流IdzW。

（2-1）

（2-2）

（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(dòng)作速度。對(duì)于Y0/Δ-11 的接線，其校正方法為：

Y0側(cè)：

△側(cè)：

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(shí)，0 =0。

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

（4-1）

其中Ie為變壓器額定電流，I 1.......m分別為變壓器各側(cè)電流，Icdqd 為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)定值，取0.5Ie，Id 為差動(dòng)電流，Ir 為制動(dòng)電流，Kbl 為比率制動(dòng)系數(shù)整定值，推薦整定為0.5。穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)按相判別。

計(jì)算步驟與CSC326D保護(hù)相同，計(jì)算時(shí)只考慮相位補(bǔ)償，用一次電流進(jìn)行計(jì)算。具體過(guò)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(dòng)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)方法的簡(jiǎn)化

從故障分析可知，對(duì)于Y-D-11接線的變壓器，D側(cè)發(fā)生相間故障時(shí)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(shí)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(shí)，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(jiǎn)單，因此校驗(yàn)時(shí)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(shí)高壓側(cè)最大故障電流等于相應(yīng)位置三相故障時(shí)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(jiǎn)化校驗(yàn)過(guò)程：

（1）計(jì)算系統(tǒng)小方式下變壓器分列運(yùn)行時(shí)低壓側(cè)三相相間故障時(shí)流過(guò)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(dòng)電流Izd。

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

（4）計(jì)算靈敏度=Idzmin/Idz。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，這直接影響到變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的靈敏性及可靠性，通過(guò)文中簡(jiǎn)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。