從故障分量探討新型變壓器的自適應比率差動保護

李洋

摘 要：在變壓器差動保護中，故障分量差動保護因靈敏性較高而在實際運行中應用廣泛。但是該保護安全性不好，主要是動作特性曲線的有關參數在故障分量差動保護中被固定。文章主要對一種自適應比率差動保護的新判據進行探討。這種判據依據系統具體的運行狀態對動作特性各參數進行調節。與傳統故障分量差動保護相比，其在在區分區外、區內故障方面安全度和靈敏度更高。

關鍵詞：變壓器差動保護；故障分量；自適應；安全性；靈敏度

長期以來，與線路保護相比，變壓器差動保護的準確動作率較低。在變壓器差動保護原理和算法中，如何正確區分區外、區內故障是一大難題。帶折線的比率差動保護是目前應用最多的差動保護，相關研究顯示，與普通比率差動保護相比，故障分量差動保護選擇性更好、靈敏度更高。對區外故障保護而言，其要求差動保護具有高安全性。文章首先對比了普通比率差動保護與故障分量差動保護兩種差動保護，發現在靈敏度方面，故障分量差動保護要高于普通比率差動保護，然后簡單探討了自適應比率差動保護。

1 故障分量差動保護和普通比率差動保護

變壓器采用分相差動，比率差動保護計算依照電流的基波有效值進行。為了方便計算，選擇雙繞組變壓器作為參考。

在（2）、（3）式中，故障分量差動保護的差動電流為：？駐？磚d，制動電流為：？駐？磚r。？駐i1=i1-i1L；？駐i2=i2-i2L，正常負荷分量：L。取故障發生時1個周期前或2個周期前的計算值進行計算。

由此可知，在動作量上，故障分量差動保護與普通比率差動保護一致，制動量是兩者之間存在的主要差異。當區內出現輕微故障，會有|？駐？磚r|<|i1L|，此時故障分量差動保護的制動量與普通比率差動保護相比較小，因此故障分量差動保護的靈敏度較高。當區外出現嚴重故障時，|？駐？磚r|>|2i1L|，制動量主要由？駐？磚r決定，此時在制動量方面，故障分量差動保護與普通比率差動保護之間差別不大，不會誤動。至于區外輕微故障，由于普通比率差動保護的制動量大于故障分量差動保護的制動量，這對于制動是十分不利的，但是如果提高故障分量差動保護比率制動系數K，則可以有效彌補故障分量差動在這方面的缺陷。

2 新型自適應比率差動保護

由于故障分量差動保護在發生區內輕微故障時的靈敏度也較高，在提高斜率K值后，在區外故障制動能力方面，故障分量差動保護的制動能力也可以得到保證。但是，在這種情況下，動作范圍會相應減少，如果區內出現嚴重故障，則|？駐？磚r|>|2i1L|，？磚r≈？駐？磚r，因此，在差動電流與制動電流方面，故障分量差動保護與普通比率差動保護差別接近。但是由于動作范圍減少會降低故障分量差動保護的靈敏度，可能誘發區內非輕微故障拒動。因此，就常規比率差動保護而言，區外故障的安全性與區內故障的靈敏度不可能同時做到。

差動保護的動作特性曲線如圖1所示，由圖1可知，Idset，Irset，K是決定差動保護動作特性曲線的3個參數。

設定圖1中的曲線1為常規比率差動保護動作特性曲線。可以采取增大制動軸拐點電流，減小差動電流門檻值，減小比率制動系數以提高區內故障靈敏度。由圖1可知，與曲線1相比，曲線2的動作區明顯增大，對區內故障的靈敏度也明顯提高。反之，可以采取減小制動軸拐點電流，增大差動電流門檻值，增大比率制動系數以提高區外故障制動能力。由圖1可知，與曲線1相比，曲線3的制動區顯著增大，區外故障的安全性也顯著提高。

由于同時提高差動保護對區外故障的安全性與區內故障的靈敏度是研究新算法的目的，因此，當區內故障出現時，希望曲線2的動作特性會出現在差動保護中。當出現區內故障時，又希望曲線3的特性出現在差動保護中。因此，調正保護動作特性曲線的3各參數必須依據故障發生時刻和之后一段時間的電氣量進行。自適應比率差動保護需同時改變以上3個參數。

當發生區內故障時，差動電流會顯著增大。因此，各參數可以依照Irm，采用下列計算式獲得。

差動電流門檻值與差動電流值之間的反比線性變化為圖2中的斜線段。當區內故障發生時，對區內故障靈敏度高，必須確保差動電流門檻值低，差動電流值大。當區外故障發生時，對區外故障安全性高，必須確保差動電流門檻值高，差動電流值小。Idset，max與Idset，min分別是差動電流門檻值的上限與下限確定了Idset，max和Idset，min值的選取范圍。應當注意的是，如果Idset，max和Idset，min取值不當，可能會引發保護拒動或者誤動，Idset，max和Idset，min應設置在提議的范圍內。

制動軸拐點電流采用下列分段取值法：

4 結束語

自適應比率差動保是根據差動電流大小對比率制動特性進行調整的新方法，與傳統故障分量差動保護相比，其靈敏度與安全性均較好，但是其實際應用效果還需在實際應用中進一步評測。

參考文獻

[1]譚乾，張文魁，苗世洪，等.基于故障分量的新型變壓器自適應比率差動保護[J].電力系統自動化，2011，17：86-91+115.

[2]余加霞，張恒泰，葛耀中，等.自適應變壓器電流差動保護判據研究[J].電力系統保護與控制，2010，18：115-119.