變壓器微機差動保護及其帶負荷測試

徐敬廣，徐 曼

（1. 合肥工業大學 機械汽車工程學院，安徽 合肥 230009；2. 安徽電子信息職業技術學院 機電工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽蕭縣劉其初中， 235262）

物理與應用物理研究

變壓器微機差動保護及其帶負荷測試

徐敬廣1,2，徐 曼3

（1. 合肥工業大學 機械汽車工程學院，安徽 合肥 230009；2. 安徽電子信息職業技術學院 機電工程系，安徽 蚌埠233030；3. 安徽蕭縣劉其初中， 235262）

從差動保護原理的角度對主變微機差動保護進行了簡要分析，并為避免及查找變壓器差動保護誤動作提供了解決辦法，簡述了微機保護帶負荷測試的重要性。

差動保護；電流互感器；不平衡電流；差流；帶負荷測試

1 雙繞組變壓器（Y，d11）差動保護的簡要原理

差動保護是利用基爾霍夫電流定理工作的，變壓器正常運行時，流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當變壓器內部故障時，兩側向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和正比于故障點電流，差動繼電器動作。由于雙繞組變壓器各側一次接線方式不同，造成兩側電流30°的相位差，從而在其差動保護的回路中產生較大的不平衡電流，因此為避免微機保護誤動作要求兩側電流互感器二次側采用相位補償法接線。在微機保護中，由于軟件計算的靈活性，現已允許變壓器各側電流互感器都按Y形接線，在進行差動計算時由軟件直接對變壓器Y側電流進行相位校準及電流補償。簡要原理接線及矢量圖如圖1、圖2所示。

圖1 變壓器差動保護的原理接線圖

IAY表示變壓器星形側A相一次電流，Iay表示A相二次電流，Iay′表示流進微機差動保護繼電器的電流。用Ia△表示變壓器三角形側a相一次電流，Ia△′表示a相二次電流。

圖2 矢量圖

按圖2所示電流方向，則有：Iay′=Iby–Iay，Iby′=Icy–Iby，Icy′=Iay–Icy。經軟件相位轉換后的Iay′、Iby′、Icy′就與低壓側的電流同相了。保護范圍內流入與流出的電流應該基本相等。當保護范圍內發生故障時，其流入與流出的電流不相等，保護動作。這種保護方法有很高的動作選擇性和靈敏度，適用于保護大容量、強電流、高電壓及對靈敏度要求高的電氣設備。所以被廣泛用于保護大容量、高電壓的變壓器[1]。然而值得注意的是，由于變壓器在結構和運行上具有一些特點，在實際運行中保護范圍內無故障時，差動保護裝置也具有較大的不平衡電流，這種不平衡電流可能引起差動保護裝置的誤動作。

2 差動保護裝置的誤動作原因

2.1 變壓器各側電流互感器的型號和變比不同

電流互感器型號與變比的正確選擇是保證差動保護動作可靠性的基礎，若型號選錯或所選變比較小，在保護區外發生故障時，電流互感器鐵芯將迅速飽和，不平衡電流迅速增大，造成差動保護誤動作。如果變壓器兩側互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算到同側）也就不同，因此就會在兩臂產生較大的電流差，影響保護動作。因而建議如有條件盡可能采用同廠家同批次生產同型系數為1的電流互感器。

另外，在選擇電流互感器變比時，按常規計算的數據往往較小，常常不能滿足保護對其10%誤差的要求。經驗介紹此時可適當增大1～2檔，減小差動回路中產生的不平衡電流，以削弱勵磁涌流，提高差動保護的靈敏度。

2.2 電流互感器二次負荷對10%誤差曲線的要求

在穩態運行時，只要其二次實際負荷小于10%誤差曲線允許的負荷，電流互感器的測量誤差即在10%以內，電流互感器二次負荷就能滿足10%誤差曲線的要求。由于二次負荷越大，電流互感器鐵芯越容易飽和。若二次負荷不能滿足10%誤差曲線的要求，在發生保護區外三相短路故障時差動保護可能誤動，會導致開關無選擇性跳閘，直接影響系統的供電可靠性，甚至可能造成整個供電系統停電。這種情況，通常可以采取如下措施：

（1）增加電流互感器的變比[1]；

（2）使用串聯電流互感器；

（3）降低電流互感器二次負荷；

（4）在滿足靈敏度要求的前提下，適當提高動作電流，并重新校核電流互感器的10%誤差曲線[1]。

2.3 客觀因素

電流互感器的一、二次回路接線虛接、開路，甚至錯誤，微機保護軟件參數的選擇錯誤，保護定值、低壓側不平衡系數等的計算錯誤。某變電所交接試驗的微機裝置帶負荷測試發現，其高低壓側差流偏大，只要投入差動保護，就會動作跳閘。檢查結果發現其高壓側二次額定電流的4.5 A被輸入成了5.4 A。重新輸入數據，保護運行正常。

變壓器差動保護原理簡單，但實現方式復雜，加上各種差動保護在實現方式細節上的各不相同，更增加了其在具體使用中的復雜性，使人為出錯機率增大，保護正確動作率降低。比如許繼公司的微機變壓器差動保護計算Y-△接線變壓器Y型側額定二次電流時不乘以，而南瑞公司的保護要乘以。這些細小的差別，如若被設計、安裝、整定人員疏忽、混淆，就會造成保護誤動、拒動。為了防范于未然，變壓器差動保護投運時進行帶負荷測試就尤為重要。

由于變壓器差動保護是靠各側CT二次電流間的差流工作的，因此差流的測試也理所當然成為差動保護帶負荷測試的重要內容。當然負荷電流越大越好，負荷電流越大，各種錯誤在差流中的體現就越明顯，就越容易判斷，因此要求帶負荷測試時的負荷電流應不小于其額定值的10%，實際工作中一般取0.2 A以上基本就可以了。帶負荷測試是利用系統工作電壓和負荷電流，在投產前檢驗交流二次回路接線及系統參數值輸入正確性的最后一次試驗，因此必須認真仔細。主要從以下幾個方面進行：

2.3.1 看電壓、電流幅值及相序、相位

正確接線下，各側電壓、電流都應是正序，即：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。正常狀態下，保護屏顯示的交流電壓、電流的相位關系和利用鉗位表測試得出的六角圖相比較應一致。若與此不符，則有可能：

（1）在端子箱的二次電流和一次電流回路相別不對應，比如某變電所電流互感器端子箱內定義為A相電流回路的電纜芯接在了B相CT上，這種情況在一次設備倒換相別時時有發生。

（2）從端子箱到保護屏的電纜芯接錯，比如某變電所電纜芯在端子箱接A相電流回路，卻接在保護屏C相電流輸入端子，C相電流回路，接在保護屏A相電流輸入端子，這種情況一般是因為現場安裝人員馬虎或因趕工期簡化工作流程造成的。

2.3.2 看兩側同名相電流相位，檢查電流互感器極性組合的正確性

正確的接線，其高低壓側二次電流相位應相差180°。若兩側同名相電流相位差不滿足上述要求（偏差大于10°），則有可能：一側CT二次繞組極性接反。例如某施工單位在安裝CT時，由于現場空間影響，其一次極性未按圖紙擺放，二次極性未作相應顛倒處理造成了CT二次繞組極性接反。

2.3.3 觀察差流大小，判定系統參數值輸入的正確性

按要求，差動電流值不應大于3%IN，通過液晶屏顯示觀察，若電流值過大，可能是由于：

（1）變壓器實際分接開關位置和計算分接位置不一致。根據實際分接開關位置對應的額定電壓或運行變壓器各側母線電壓，計算變壓器各側的二次額定電流。某額定電壓為35 KV變壓器微機保護裝置，其實際分接開關因母線電壓偏高，要求設置在I檔38.5 KV，結果由于某種疏忽被輸入V檔32.5 KV進行計算，以至于帶負荷測試時保護裝置動作。

（2）變壓器Y型側二次額定電流算錯。由于微機變壓器差動保護在“計算Y型側額定二次電流系數”問題上沒有統一，整定人員容易將Y型側額定二次電流算錯，從而造成整定值錯誤。

（3）平衡系數出錯。計算平衡系數時，通常是先將基本側（變壓器高壓側）平衡系數整定為1，再用另側二次額定電流除以基本側二次電流得到另側平衡系數，如果誤用基本側二次額定電流除以另側二次電流，平衡系數就會算錯。某單位變電所微機保護裝置由于平衡系數計算錯誤，也沒進行帶負荷測試，結果沒能及時發現并糾正錯誤，導致變壓器經常誤動，給供電帶來極壞影響。后經詳細排查，重新進行了帶負荷測試，發現了差流的存在，排除外圍各種因素后，重新計算了平衡系數，才找到問題的癥結。改正平衡參數后，保護已安全運行了3年。

2.3.4 觀察三相電流的對稱性

每側A相、B相、C相電流幅值基本相等，相位互差120°，即A相電流超前B相120°，B相電流超前C相120°，C相電流超前A相120°。若一相幅值偏差大于10%，則有可能：

（1）變壓器三相負荷不對稱，一相電流偏大或偏小。

（2）變壓器三相負荷對稱，但波動較大，造成測量一相電流幅值時負荷大，而測另一相時負荷小。

（3）某一相CT變比接錯，比如該相CT二次繞組抽頭接錯。

（4）某一相電流存在寄生回路，比如某一根電纜芯在剝電纜皮時絕緣損傷，對電纜屏蔽層形成漏電流，造成流入保護屏的電流減小。

3 結語

主變是整個區域供電系統的心臟，變壓器差動保護的可靠投入及安全運行又對變壓器的正常運行起著至關重要的作用，帶負荷測試使我們從源頭上解決變壓器差動保護設備施工過程中可能出現的錯誤，大大降低了微機保護誤動作帶來的威脅及危害。

在帶負荷測試中，嚴格按照帶負荷測試內容，認真、仔細、全面地收集數據，對于形成嚴謹的工作態度和刻苦鉆研技術精神都有極其重要的意義。同時，帶負荷測試，使我們更加深入的了解了變壓器差動保護原理、實現方式和定值意義，也更加深入地熟悉了現場設備接線狀況和運行要求，更大程度發揮了設備的優良性能，保障了設備運行的可靠性。

[1] 穆玉蘭,變壓器微機差動保護誤動作的原因.江蘇:機電信息,2011(12):15-16.

[2] 張露江,電力微機保護實用技術[M].北京:中國水利水電出版社,2010:42.

[3] 熊為群,陶然編.繼電保護,自動裝置及二次回路[M].北京:中國電力出版社,1982:142.

（責任編輯、校對：孫海祥）

The Transformer Microcomputer Differential Protection and its Loading Test

XU Jing-guang1,2, XU Man3
(1. School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Department. of Mechatronic Engineering, Anhui Vocational College of Electronics and Information Technology, Bengbu 233030, China; 3. Anhui Xiaoxian Liuqi Middle School, 235262, China)

The main transformer microcomputer differential protection is analyzed from the perspective of differential protection principle and a solution is provided to avoid and to find the disoperation of transformer differential protection. The importance of loading test of microcomputer protection is also discussed.

differential protection; current transformer; unbalanced current; differential current; loading test

TD612

A

1009-9115(2014)02-0046-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.013

2013-08-15

徐敬廣（1974-），男，安徽蕭縣人，碩士，實驗師，研究方向為機電一體化。