如何校驗主變比率差動保護的動作特性

賈義

【摘 ? ?要】變壓器的比率差動保護是變壓器的主保護。它可以防御變壓器繞組的相間短路、匝間短路、引出線的相間短路等，因此繼電保護工正確校驗變壓器的比率差動保護是非常必要的。但在現場對主變差動保護的校驗調試中，因對微機保護裝置的補償原理存在偏差，而造成比率曲線成為校驗調試的難點[1]。針對此問題，本文從差動保護的原理和微機保護裝置通行的的兩種差動電流補償方法入手，以Y0/Y0/Δ-11變壓器南瑞繼保RCS-978型裝置為例，詳細介紹了校驗步驟，提出了一套驗證比率差動曲線及拐點的驗證方法。

【關鍵詞】校驗 ?變壓器 ?比率差動 ?微機保護

對Y0/Y0/Δ-11型三繞組變壓器（簡稱主變）分相差動微機保護裝置，出于對主變接線組別、各側電壓等級、電流互感器（TA）變比及勵磁涌流等種種因素的考慮，不同的廠家采取了不同的補償方式和比率制動方法，如何正確地校驗差動保護成為困擾現場實驗人員的難題之一[1]。本文從保護原理上以Y0/Y0/Δ-11型三繞組變壓器及國電南自PST-1200、南瑞繼保RCS-978型裝置為例，分析了各廠家主變差動保護的校驗方法。

一、主變縱聯差動保護的接線及原理

對Y0/Y0/Δ-11型三繞組變壓器實現縱差保護是按各側電流大小和相位而構成的一種保護[2]。雖然變壓器各側電流大小不等，但微機保護對變壓器各側電流采樣后，通過軟件算法進行補償，使得當變壓器正常和外部故障時，流入差動繼電器的電流為變壓器各側電流之差，其值接近為零，繼電器不動作。當變壓器內部故障時，流入繼電器繼電器的電流為變壓器各側電流之和，其值為短路電流，繼電器動作。

1. 不平衡電流產生的原因

變壓器的運行情況可分為穩態情況和暫態情況。穩態運行就是變壓器帶正常負荷運行，此時，由于變壓器各側電流互感器型號不同、實際的電流互感器變比和計算變比不同、帶負荷調整變壓器的分接頭等在差動回路中不可避免存在不平衡電流。暫態情況就是變壓器空載投入或外部故障切除后恢復供電等，此時，勵磁涌流僅在變壓器一側存在以及短路電流的非周期分量使電流互感器鐵芯飽和、誤差增大從而引起不平衡電流。由于不平衡電流流經差動回路，會造成繼電器誤動作。

2.防止不平衡電流產生的對策

為防止變壓器各側電流互感器型號不同產生不平衡電流而引起差動保護誤動作，可采用增大啟動電流值以躲開主變保護范圍外部短路時的最大不平衡電流;

為防止變壓器勵磁涌流所產生的不平衡電流引起差動保護誤動作，主變差動保護可采用間斷角制動原理、二次諧波制動原理、波形對稱原理躲過變壓器勵磁涌流的影響[3];

為防止因變壓器接線組別、電流互感器變比不同引起的不平衡電流，可采用軟件進行相位補償及電流數值補償使其趨于平衡。

二、變壓器各側電流相位/幅值平衡的調整

由于Y0/Y0/Δ-11型三繞組變壓器高低壓側一次繞組接線方式的不同，造成此兩側同相電流相差30°，在主變差動回路中產生較大的不平衡電流，傳統電磁型差動保護通過改變差動用CT二次接線方式補償接線組別產生的相位誤差。而微機差動保護則在軟件內部以電流矢量差來消除相位角誤差，主變差動用CT均以Y型法接入主變差動回路。同時，微機保護根據主變變比及CT變比計算主變各側CT二次電流平衡系數并將各側CT二次電流歸算到同側進行補償，簡化了差動二次回路接線。保護裝置制造廠家采用以變壓器Y側向Δ側歸算或Δ側向Y側歸算兩種補償方法。

三、南瑞RCS978主變差動保護補償原理及其校驗方法

1. RCS978電流相位補償方式

南瑞RCS978主變差動保護電流相位以Δ側向Y側補償為準，其低壓側（Δ側）二次電流相位校準的算法如下：

Y側：IAH=Iah-Io ? ?Δ側：IAL=（Ial-Icl）/

IBH=Ibh-Io ? ? ? ? ? ?IBL=（Ibl-Ial）/

ICH=Ich-Io ? ? ? ? ? ?ICL=（Icl-Ibl）/

其中 （Iah+Ibh+Ich）表示Y側去掉零序電流，目地在于去除主變區外接地故障時流入Y側的零序電流;因為Δ側不能提供零序電流通路，當發生接地故障時，零序電流在差流回路會產生不平衡電流而引起差動保護誤動作。

2.RCS978比率制動特性曲線及其動作方程

南瑞RCS978比率制動特性曲線由三折線構成，如圖1所示：

圖1 RCS978比率制動曲線

Fig.1 RCS978 ratio braking curve

其中，Id為差動電流即動作電流，IZ為制動電流，Isd為差動速斷電流定值，Icd為差動保護電流定值及門檻值，K1，K2為比率制動的制動系數，軟件設定為K1=0.2，K2=0.75，Kbl為比率制動系數（0.2≤Kbl≤0.75），Ie為變壓器各側額定電流。

3.RCS978比率制動特性曲線的驗證

（1）差流平衡的實驗

選擇高壓側（I側）和低壓側（III側）兩側進行單相、三相（實驗設備只提供3路電流時，用單相，實驗設備可提供6路電流時，可用三相）差流平衡實驗，根據Δ側相位補償原理：在進行單相實驗時，高壓側IΦ由極性端通入大小為Ieh的電流（Φ為A、B、C，Ieh為高壓側額定電流），同時高壓側IΦ由極性端通入大小為Ieh的反相電流（Φ為B、C、A），使高壓側的零序電流為零，低壓側對應相IΦ由極性端通入大小為 Iel的電流（Φ為A、B、C，Iel為低壓側額定電流），裝置無差流（實驗中以A相為例）;在進行三相實驗時，高壓側A、B、C三相由極性端通入大小為Ieh的正序電流，低壓側由極性端通入大小為Iel的電流，且對應相滯后高壓側150°角，裝置無差流（若取高中兩側，均為Y型接法，則不必進行相位補償）。

（2）RCS978比率制動特性曲線門檻值、拐點及比率制動系數的驗證實驗

選擇高壓側（I側）和低壓側（III側）兩側進行實驗，設差動電流啟動定值Icd=0.2（標幺值），Kbl=0.5，加入高壓側的電流為I1，加入低壓側的電流為I3，高、低壓側額定電流為Ieh、Iel（有名值），代入方程組（1）求得A、B、C、E、F三點對應電流值。從而獲得動作與制動的臨界點，保護可能動作也可能不動作;（點A為門檻值）可以通過在A、B、C、E、F各點微調低壓側電流I3的值，使其保護動作，記錄下A、B、C、E、F點附近動作時的差電流I'dA、I'dB、I'dC、I'dE、I'dF與制動電流I'ZA、I'ZB、I'ZC、I'ZE、I'ZF，然后與理論計算的差電流和制動電流進行比較，即可驗證拐點，比率制動系數Kbl的驗證：Kbl= 。

【參考文獻】

[1]徐崢璞，趙穎博，劉良濤.淺析變壓器比率差動保護的校驗方法[J].技術與市場，2010，17（8）：5-7.

[2]王維儉.電力主設備繼電保護原理及應用[M].北京：中國電力出版社，1996.

[3]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].北京：中國電力出版社，1997.