常鮮戎，陳 昱

(華北電力大學，河北 保定071003)

0 前言

差動保護是采用基爾霍夫電流定理，在保護裝置中輸入被保護設備兩端電流差值，設備正常工作時，差動電流為零，設備故障時，流進保護設備的電流和流出的電流不相等，差動電流大于零。當差動電流大于保護裝置整定值時，保護出口動作，跳開被保護設備各側(cè)斷路器，從而切除故障。差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，是防止變壓器內(nèi)部故障最重要的主保護。

變壓器差動保護整定計算一般分3步進行，第1步先計算變壓器各側(cè)2次額定電流和平衡系統(tǒng)，第2步根據(jù)二次電流計算差動啟動電流、制動電流、制動系數(shù)、電流速斷定值等，第3步進行靈敏度校驗。現(xiàn)結(jié)合工程實際應用情況，以許繼電氣股份有限公司的WFB-100微機發(fā)變組保護應用為例，詳細介紹主變壓器差動保護整定值的計算方法［1～3］。

1 主變差動保護原理

主變差動保護一般包括差動速斷保護、比率差動保護、2次(5次)諧波制動比率差動保護3個部分，其功能分別說明如下。

1.1 比率差動保護動作特性

比率差動保護典型動作特性見圖1。當變壓器輕微故障時，例如匝間短路圈數(shù)很少時，不帶制動量，使保護變壓器輕微故障時具有較高靈敏度。而較嚴重區(qū)外故障時，有較大制動量，提高保護可靠性。帶比率制動特性的縱差保護的動作特性通常如圖1所示，為直角坐標系上的一條折線。該坐標系縱軸為保護的動作電流Iop;橫軸為制動電流Ires。折線左上方為保護的動作區(qū)，折線右下方為保護的制動區(qū)。從圖1可見，這一動作特性需求解的參數(shù)有3個，即保護的最小動作電流Iop.min，起始制動電流Ires.0，折線段Iop.set斜率S。

圖1 WBF-100比率制動縱差保護特性

1.2 二次諧波制動

二次諧波制動的主要作用是區(qū)別故障電流和勵磁涌流，因主變空載投運時會產(chǎn)生比較大勵磁涌流，并伴隨有二次諧波分量，為使主變不誤動，采用諧波制動原理，根據(jù)二次諧波分量是否達到設定值來判斷是主變故障還是主變空載投運，決定比率差動保護是否動作。

1.3 差動速斷作用

當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴重故障時，由于故障電流很大，將有可能導致CT飽和，從而使得二次電流中諧波含量增加，當諧波含量大于諧波制動中設定的比率時，差動保護將拒動。而這時由于發(fā)生的是嚴重故障，如果故障不能立刻切除，將導致嚴重后果。因此，差動速斷是較嚴重區(qū)內(nèi)故障情況下，快速跳開變壓器各側(cè)斷路器，切除故障點(差動速斷不考慮諧波制動)。

1.4 差動保護的平衡系數(shù)

差動保護是利用比較變壓器各側(cè)電流的幅值和相位的原理構(gòu)成，即采用主變各側(cè)CT的一次回路正極性側(cè)置于母線(或變壓器)的一側(cè)，二次回路同極性端相聯(lián)的方法。由于變壓器線圈繞組通常采用Y/△/-11的接線，使得兩側(cè)電流相位差30°。而且，由于實際中各側(cè)CT變比的選擇不可能完全根據(jù)各側(cè)一次額定電流的數(shù)值來匹配，因此不可能將各側(cè)的二次電流的相量值直接相加的方法來獲得差流。為了消除這種不平衡電流的影響，傳統(tǒng)的電磁型、集成電路型差動保護通常采用將變壓器Y型繞組側(cè)的二次電流回路接成△型的接線形式，并且在其中一側(cè)的電流回路中引入變流器，消除因CT變比以及Y/△變換的一側(cè)電流幅值增大3倍的影響。而對微機保護來講，由于Y/△變換可在軟件中實現(xiàn)，使主變各側(cè)CT二次回路接線均可采用Y型接線。同時引入平衡系數(shù)這一參數(shù)來平衡各側(cè)電流在幅值比較上的差異，從而計算出差流。平衡系統(tǒng)是一個將2個大小不等的電流折算成作用完全相同電流的折算系數(shù)，使2個不相等的電流產(chǎn)生作用(對差動元件)的大小相同。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)。

1.5 動作特性和動作方程

(1)從圖1可見，比率差動動作方程為:

式中:Iop為差動電流;Iop.0為差動最小動作電流整定值;Ires為制動電流;Ires.0為最小制動電流整定值;S為比率制動特性斜率。

(2)二次諧波制動原理。

利用三相差動電流中的二次諧波分量作為勵磁涌流閉鎖判據(jù)，動作方程為:

式中:Iop.2為三相差動電流中的二次諧波電流;K為二次諧波制動系數(shù);Iop為三相基波差動電流。

2 整定計算

2.1 計算參數(shù)

本文中變壓器計算參數(shù)如表1所示，變壓器型號為SFP9-150000/220。

表1 計算參數(shù)表

2.2 各側(cè)差動平衡系數(shù)整定

(1)計算變壓器各側(cè)一次電流

式中:SN為變壓器額定容量;UN為計算側(cè)線電壓。

主變壓器高壓側(cè)一次額定電流為:

(2)計算各側(cè)流入保護裝置的二次電流

式中:Kcom為變壓器CT二次接線系數(shù)，CT為“△”接線時Kcom=，CT為“Y”接線時Kcom=1;本例中兩側(cè)CT接線均為“Y”，故均取為1。na-CT變比。

高壓側(cè)CT二次側(cè)電流:InH=1×357.9÷ (1200/5)=2.98 A

低壓側(cè)CT二次側(cè)電流:InL=1×5 498.6÷ (12000/5)=4.58 A。

(3)計算各側(cè)平衡系數(shù)

以主變高壓側(cè)流入裝置的二次電流InH為基準，則

高壓側(cè)差動平衡系數(shù):KphH=1;

低壓側(cè)差動平衡系數(shù):KphL=In1/In2=2.98 ÷4.58=0.65。

以上計算數(shù)據(jù)填入表1。

2.3 最小動作電流的計算

最小動作電流應大于變壓器額定負載時的不平衡電流。依據(jù)《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定與計算導則(DL/T84-1999)》第5.1.4.3條中的第2種整定方法，有

式中:Krel為可靠系數(shù)，一般取1.3～1.5，此處取1.5。Ker為兩側(cè)電流互感器變比誤差的差異引起的不平衡電流系統(tǒng)，10P級CT，Ker=0.04×2(兩側(cè)CT不飽和，所以不取0.1;考慮一側(cè)CT變比誤差為“+0.04”，另一側(cè)CT變比誤差為“－0.04”);△U為變壓器調(diào)壓引起的誤差。

微機保護的平衡系數(shù)的選擇是在變壓器的變比為額定分接頭時進行的。但在運行中，變壓器分接頭的位置是經(jīng)常人為調(diào)節(jié)的。分接頭位置是“+0.05、+0.025、0、－0.025、－0.05”共5個。一旦分接頭位置不在額定位置時，兩側(cè)CT二次側(cè)電流又不相等了，出現(xiàn)不平衡電流。△U系統(tǒng)取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值，即△U=0.05。

在工程實用整定計算中通常選取Iop.min=(0.2～0.5)IN/na，此處取最小啟動電流為0.4倍變壓器額定電流。即

2.4 最小制動電流計算

正常運行中變壓器負荷電流在額定電流IN以下，不平衡電流Iunb小，無需比率制動，差動電流的動作值Iop.0為恒定，不隨Ires的增大而增大。即I=In正常運行時，Ires=In，所以整定

2.5 比率制動系數(shù)Kres

按《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定與計算導則(DL/T684-2012)》第5.1.4.3條中的第2種整定方法，有

式中:Kap為非周期分量系數(shù)，兩側(cè)同為P級電流互感器取1.5～2.0，取2.0;Kcc為電流互感器的同型系數(shù)，Kcc=1.0;Ker為電流互感器的比誤差，取0.1。

2.6 二次諧波制動系數(shù)

按《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定與計算導則(DL/T684-2012)》第5.1.3.5條，根據(jù)經(jīng)驗二次諧波制動比可整定為15%～20%。

本例取K=0.18。

2.7 差流速斷動作電流整定

差動速斷定值是按躲過變壓器勵磁涌流，和最大運行方式下穿越性故障引起不平衡電流，兩者中較大者。定值一般取(4～12)In。

(1)按躲過變壓器初始勵磁涌流計算

120 000 kVA及以上變壓器，K值取2.0～5.0。本例取K=3.5，

則Iop=3.5In=3.5×2.98=10.43 A。

(2)按躲過變壓器外部短路最大不平衡電流計算

式中外部短路最大不平衡電流

綜合(1)、(2)，為可靠取Iop=3.5In≈10 A。

3 靈敏度校驗

靈敏系統(tǒng)Ksen=/Iop=14/10=1.4＞1.2，滿足要求。

［1］ 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定與計算導則(DL/ T684-2012)［M］.北京:中國電力出版社，2012.

［2］ 許繼電氣股份有限公司.WFB-100微機型發(fā)變組成套保護裝置技術(shù)說明書［Z］.1999.

［3］ 姚晴林.大型發(fā)電機變壓器組繼電保護定值整定與計算［Z］.許繼電氣股份有限公司.