2種變壓器差動保護的比較與校驗

戈曉軍

(國網能源神頭第二發電廠，山西朔州036011)

0 引言

差動保護因其選擇性好、靈敏度高等優點成為變壓器電動機及母線等元件的主保護。差動保護的基本原理是相同的，但變壓器差動保護還要考慮接線組別、變壓器變比、CT變比及勵磁涌流等因素的影響，同其他差動保護相比，實現起來更復雜些。不同廠家差動保護實現原理和裝置結構有很大差異，現場檢驗時必須認真區別對待。尤其是比率制動曲線特性校驗不準確，會給運行和維護帶來不便，因此，需要掌握各個廠家實現保護的原理和計算方法的異同。本文比較了有代表性的南京南瑞繼電保護有限責任公司(以下簡稱南瑞)RCS－978和北京四方繼保自動化股份有限公司(以下簡稱四方)CSC－3262種型號變壓器差動保護的不同點，以Y0/Y0/D－11型三繞組變壓器為例，分析了RCS－978和CSC－326主變壓器差動保護在校驗時應該注意的問題。

1 南瑞和四方實現差動保護原理的不同點

所有的電流差動繼電器都是應用基爾霍夫第一定律:當變壓器正常工作或區外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流相等，差動繼電器不動作;當變壓器內部故障時，兩側(或三側)向故障點提供短路電流，變壓器兩側CT感應二次電流的和正比于故障點電流，當電流和大于保護整定值時，差動繼電器動作。

1.1 幅值歸算

主變壓器變比和CT變比造成的誤差都是幅值上的差異，這方面的處理對于微機保護而言是非常容易的，輸入量(對△側)或相位歸算后的中間量(對Y側)乘以相應的某個比例系數即可。總的來說，幅值歸算有2種方法:一種方法是以一側為基準，把另一側的電流值通過一個比例系數換算到基準側，比如四方CSC－326型變壓器差動保護;另一種方法采取的是額定電流標幺值的概念，比如南瑞RCS－978型變壓器差動保護。現在對2套保護幅值歸算方法進行詳細解釋。

1.1.1 CSC－326型變壓器差動保護幅值歸算方法

CSC－326型變壓器差動保護幅值歸算采用了第1種方法，以高壓側為基準，計算變壓器中、低壓側平衡系數，將中、低壓側各相電流與相應的平衡系數相乘，即得幅值補償后的各相電流。

(1)計算各側二次額定電流。

式中:S為主變壓器容量;U為各側額定線電壓;nTA為各側CT變比。

(2)計算各側平衡系數。

高壓側平衡系數KphH=1。

1.1.2 RCS－978型變壓器差動保護幅值歸算方法RCS－978型變壓器差動保護各側二次額定電流的計算方法與CSC－326型變壓器差動保護一樣，該方法只是用來計算平衡系數的基準值，并不是固定不變的，而是根據各側額定二次電流Ie的比率大小有不同的選擇。這樣設計的原因在于:現在大多變壓器為了保證正常運行時的測量精度，二次變比并不是按照變壓器的最大容量來選擇的，低壓側求出的平衡系數可能過小，內部計算精度不容易保證。所以，RCS978型變壓器差動保護Ie基準值的選擇思路是:如果各側Ie數值之間差別不大(比值倍數小于4倍)，則選取最大側Ie為基準;如果差別太大(比值倍數大于4倍)，則以4倍的最小Ie值為基準。

平衡系數公式

式中:Kb=min(Iemax/Iemin，4);Kph為各側平衡系數;Iemax和Iemin分別為最大和最小的二次額定電流。

平衡系數有2種計算公式:

當(Iemax/Iemin)＜4時，Kph=Iemax/Ie，Ie最大的那側平衡系數為1;

當(Iemax/Iemin)＞4時，Kph=4IemaxIe，Ie最小的那側平衡系數為4。

1.2 相位補償

由于Y/△接線方式導致兩側CT一次電流之間出現30°的相位偏移，所以應對某一側的CT一次電流進行相位補償。在模擬型保護中是將變壓器Y側的電流互感器接△形，△側的電流互感器接Y形，即變壓器△側電流逆時針旋轉30°，△側的電流互感器也逆時針旋轉30°。由于微機保護強大的計算功能，變壓器各側均采用星形接線，相位補償在軟件算法中完成。

1.2.1 RCS－978型變壓器差動保護對變壓器接線組別的補償

RCS－978型變壓器差動保護采用△→Y變化調整差流平衡，在軟件中將△側電流做一個反相序的兩相電流之差。為求得零序電流的平衡，將Y側電流減去零序電流，這樣可明確區分涌流和故障的特征，大大加快保護的動作速度。對于Y0/△－11的接線，其校正方法如下:

1.2.2 CSC－326型變壓器差動保護對變壓器接線組別的補償

CSC－326型變壓器差動保護采用的是常規的補償方式，選用變壓器Y→△形側校正的原理，并且差動保護的所有計算均以高壓側為基準。對于Y0/△－11的接線，其校正方法如下:

2 比率制動特性校驗

通過對以上對2種保護的比較可知，由于2種變壓器差動保護的具體實現方法不同，其校驗方法有一些差別。下面以Y/Δ－11接線三繞組變壓器為例，介紹差動保護的校驗方法。已知變壓器參數見表1。

表1 變壓器參數

RCS－978和CSC－326型變壓器差動保護差動曲線的測試方法相同，只是接線方法不同。本文以四方CSC－326型變壓器差動保護差動曲線為例，差動特性曲線如圖1所示。

圖1 四方CSC－326型差動保護特性曲線

2種保護制動曲線只是在折線斜率數值上有差別，第1段和第3段斜率固定，第2段斜率需要自己整定。現在校驗第2段折線，假設第2段折線斜率為0.5，差動啟動值為0.3，這里以SCS－326型變壓器差動保護為例說明比率制動曲線的校驗方法。根據公式計算曲線上的點，驗證曲線附近動作區和制動區的點。試驗時不要改變Y側電流，否則會使非試驗相產生差流，影響試驗結果。

這里以高壓側和低壓側兩側差動為例，其動作方程為式(1)，比率制動曲線特性方程為式(2)。

式中:I1為高壓側相電流;I3為低壓側相電流;Icd為差動保護電流定值;Idz為動作電流;Kb1為第1段折線斜率(固定取0.2);KID為第2段折線斜率，其值等于比率制動系數整定定值;Kb3為第3段折線斜率(固定取0.7)。

將Icd=0.3A，Kb1=0.2，Kb3=0.7，KID=0.5，Ie=1.31A帶入比率制動曲線特性方程方程組后得

在圖1中AB線上任取一點C，當Izd=1A時，根據式(3)可得Idz≥0.5Izd－0.393≥0.107(A)，選折線上的點取等號，即Idz=0.5Izd－0.393=0.107(A)。

同時帶入式(1)可得

同理可求得D，E2點的電流值，見表2。

試驗時按表2接線，首先試驗儀器A相電流接高壓側A相，試驗儀B，C相分別接變壓器低壓側A，C相，加入電流的大小和角度見表2。然后，降低△側A相電流使差動保護動作，記下繼電器動作的兩側電流，最后計算了制動電流和差動電流并根據公式驗證了制動系數。

表2 C，D，E3點對應兩側電流(第2段折線)

3 結束語

本文基于南瑞RCS－978型主變壓器差動保護和四方CSC－326型主變壓器差動保護實現原理的不同，討論了差動保護的校驗方法，從而正確校驗主變壓器差動保護。上述校驗方法不僅適用于以上2套保護，而且可以舉一反三，推廣到具有相同歸算方法和相位補償的保護校驗。

[1]丁泠允，胡晶晶.變壓器比率差動保護原理及校驗方法[J].繼電器，2007，35(12):67－70.