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(xùn)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(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)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(xùn)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(dòng)保護(hù)的重要數(shù)據(jù)，在保護(hù)差流計(jì)算、裝置校驗(yàn)過程中起著關(guān)鍵作用，因此準(zhǔn)確選取計(jì)算平衡系數(shù)涉及到的變量，關(guān)系到差流計(jì)算和保護(hù)校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。通過一次變壓器差流過大的實(shí)例，分析了采用變壓器各側(cè)額定電壓計(jì)算差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)方法存在的問題，提出了采用母線正常運(yùn)行時(shí)通過實(shí)際電壓進(jìn)行計(jì)算的解決方法。

變壓器；差動(dòng)保護(hù)；平衡系數(shù)；變比

變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，在66 kV及以上變電站中廣泛應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。由于變壓器各側(cè)電壓等級(jí)不一樣，各側(cè)選擇的電流互感器（TA）等級(jí)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(jí)，因此變壓器的各側(cè)電流會(huì)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(jí)、同一基準(zhǔn)上來進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算的系數(shù)，實(shí)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(yīng)側(cè)電流相除所得的倍數(shù)，各個(gè)廠家的計(jì)算方法可能不一樣，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)要參考說明書進(jìn)行。系統(tǒng)運(yùn)行中由于存在不平衡電流，嚴(yán)重影響了差動(dòng)保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行［1］，甚至對(duì)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(dòng)保護(hù)原理及平衡系數(shù)計(jì)算方法，分析了平衡系數(shù)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，并通過實(shí)際案例分析，提出提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作率的方法，為變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

變壓器差動(dòng)保護(hù)主要用來保護(hù)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(shí)也可以用來保護(hù)單相匝間短路故障，即保護(hù)變壓器各側(cè)TA之間的任何故障，因此，差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器的安全運(yùn)行起著極其重要的作用，為了能讓差動(dòng)保護(hù)正確可靠動(dòng)作，除了保護(hù)本身，還要注意接線、定值整定等方面的問題。

變壓器差動(dòng)保護(hù)是通過比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位構(gòu)成的保護(hù)，相當(dāng)于對(duì)基爾霍夫定律的近似應(yīng)用［2－3］。在理想狀況下，正常運(yùn)行或外部故障時(shí)變壓器差動(dòng)回路中的不平衡電流為零，但如果考慮實(shí)際運(yùn)行中的不同狀況，變壓器差動(dòng)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(hào)不同，即各側(cè)電流互感器的飽和特性和勵(lì)磁電流不同引起的不平衡電流；由于實(shí)際的電流互感器變比和計(jì)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(lì)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(lì)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(dòng)保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障時(shí)的主保護(hù)，其保護(hù)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(yùn)行或外部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流為零，目前運(yùn)行的微機(jī)型變壓器保護(hù)均采取對(duì)電流幅值和相位進(jìn)行校正的方法，使正常運(yùn)行時(shí)流入變壓器保護(hù)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(shí)際使用的TA變比之間不能完全滿足一定關(guān)系，在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)變壓器兩側(cè)差動(dòng)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(dòng)元件的電流幅值也不相同，在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)無法滿足∑I＝0。因此，為了差動(dòng)保護(hù)需要，在微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置中，采用在軟件上進(jìn)行幅值校正方法，引入折算系數(shù)，能將2個(gè)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(shí)一側(cè)電流作為基準(zhǔn)，將另一側(cè)電流乘以該側(cè)的平衡系數(shù)，使正常運(yùn)行或外部故障時(shí)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(dòng)TA的變比，可以計(jì)算出差動(dòng)兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。

假設(shè)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(zhǔn)，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(dòng)保護(hù)內(nèi)部計(jì)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(hù)內(nèi)部計(jì)算用變壓器兩側(cè)的額定二次電流相等，都等于基準(zhǔn)額定二次電流。

3 平衡系數(shù)計(jì)算方法

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

計(jì)算變壓器各側(cè)一次額定電流：

計(jì)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(zhǔn)，計(jì)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(yīng)的平衡系數(shù)相乘，即得到幅值補(bǔ)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(dòng)TA的變比有關(guān)，與變壓器容量無關(guān)。

在最大額定容量確定的情況下，各側(cè)額定電壓在計(jì)算中起決定性作用。由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，變壓器在正常運(yùn)行時(shí)各側(cè)母線的實(shí)際電壓往往和額定電壓不一致，有時(shí)偏差還會(huì)很大，尤其在有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)節(jié)較大時(shí)更是如此，因此不可避免地會(huì)造成各側(cè)平衡系數(shù)存在誤差，進(jìn)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(hù)，定值經(jīng)過重新計(jì)算整定，帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝置顯示的差流達(dá)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(cuò)誤、TA變比整定錯(cuò)誤等，通過核對(duì)定值通知單，發(fā)現(xiàn)變壓器變比整定錯(cuò)誤，變壓器額定變比為66 kV／11 kV，上報(bào)變壓器參數(shù)時(shí)變壓器額定變比為66 kV／10 kV，導(dǎo)致各側(cè)不平衡系數(shù)整定錯(cuò)誤，進(jìn)而產(chǎn)生差流?？梢姸蜗到y(tǒng)是電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，可以對(duì)一次系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，使一次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 不同計(jì)算電壓變比對(duì)平衡系數(shù)影響

以1臺(tái)電壓等級(jí)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(jì)算電壓時(shí)的平衡系數(shù)。

a.采用變壓器各側(cè)額定電壓計(jì)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(zhǔn)，變壓器各側(cè)平衡系數(shù)為

b.采用母線正常運(yùn)行時(shí)各側(cè)額定電壓計(jì)算

實(shí)際運(yùn)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(jì)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(jì)算出的平衡系數(shù)是不同的，根據(jù)平衡系數(shù)計(jì)算原則，整定計(jì)算用的電壓變比取變壓器各側(cè)額定電壓。對(duì)1臺(tái)上述銘牌變壓器，中壓側(cè)平衡系數(shù)誤差達(dá)8.7%，低壓側(cè)誤差達(dá)8%?？梢?，實(shí)際運(yùn)行中各側(cè)額定電壓與整定計(jì)算中變壓器額定電壓均存在較大差別，影響平衡系數(shù)，進(jìn)而造成差電流的出現(xiàn)。繼電保護(hù)人員在今后工作中一定要認(rèn)真核對(duì)設(shè)備銘牌，仔細(xì)校對(duì)輸入定值，在計(jì)算變壓器平衡系數(shù)時(shí)，應(yīng)以變壓器銘牌標(biāo)注的額定電壓為準(zhǔn)。

4.2 不同分接頭檔位對(duì)平衡系數(shù)影響

帶負(fù)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(dāng)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(yùn)行中，差動(dòng)保護(hù)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(huì)造成各側(cè)平衡系數(shù)的誤差，進(jìn)而在差動(dòng)保護(hù)回路中產(chǎn)生不平衡電流，影響差動(dòng)保護(hù)。因此，在差動(dòng)保護(hù)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(zhǔn)，變壓器不同檔位時(shí)平衡系數(shù)如表1所示。

表1 變壓器不同檔位時(shí)平衡系數(shù)

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

5 結(jié)束語

利用系統(tǒng)額定電壓計(jì)算平衡系數(shù)和改變變壓器分接頭檔位對(duì)差動(dòng)保護(hù)都有影響，并通過對(duì)變壓器差流過大的實(shí)例分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算變壓器平衡系數(shù)采用系統(tǒng)額定電壓的做法應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)，且繼電保護(hù)人員工作中一定要認(rèn)真核對(duì)變壓器設(shè)備銘牌參數(shù)。當(dāng)差動(dòng)平衡系數(shù)取值合適時(shí)，正常運(yùn)行的變壓器差動(dòng)電流很小，因此平衡系數(shù)對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用，實(shí)際計(jì)算時(shí)應(yīng)該采用變壓器各側(cè)額定電壓計(jì)算變壓器平衡系數(shù)，這樣會(huì)使平衡系數(shù)更加準(zhǔn)確，貼近實(shí)際運(yùn)行情況，有利于保護(hù)裝置正常運(yùn)行。

［1］王 冠，李志濤.變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流相關(guān)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(yuǎn)，王笑梅.變壓器差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)計(jì)算中電壓值選取問題［J］.電工技術(shù)，2005，36（7）：25－26.

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

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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(xué)士，工程師，從事電力系統(tǒng)基建工作。

2016－08－20）