針對變壓器差動保護原理計算的討論研究

宋亮 馮凌

摘要：一般來說，差動保護的基本原理是基爾霍夫電流定律，即把被保護區域看成一個節點，利用輸入電流和輸出電流向量和的模值與整定值的關系來判斷區內或區外故障。但是對于變壓器而言，由于各側電壓不等，且接線方式種9類較多，所以在正常運行或區外故障時，輸入電流與輸出電流向量之和并不等于零，因此變壓器差動保護并不是簡單的取兩側電流的向量和，兩側電流存在相位和幅值的折算問題。

關鍵詞：變壓器；差動保護；計算方法

1 YNd11接線變壓器差動計算

在電力系統中，因為考慮到二次諧波的影響，大型變壓器基本繞組的繞制方法采用YNd11接線變壓器，這樣可以顯著提高變壓器運行效率，同時有效的改善了用戶端二次電壓的波形，本文先以電力系統中常用的YNd11接線變壓器為例來分析，為使主變差動保護能正確動作，需要從以下三方面進行調整。

1）相位調整：YNd11接線主變兩側電流之間存在相位差（如圖2），產生差流，為保證主變差動不誤動，需進行相位調整。

2）幅值調整：由于主變變比和各側CT變比不等，導致各側二次額定電流不等，為保證主變差動不誤動，需進行幅值調整。

3）零序補償：由于高壓側采用YN接線，當發生區外不對稱接地短路時，零序電流僅在高壓側流通，差動電流即為高壓側CT二次零序電流，為保證主變差動不誤動，需在YN側進行零序電流補償。

在微機型主變保護中，考慮到保護軟件計算的靈活性，各側CT均采用Y形接線，利用軟件進行相位幅值調整和零序補償。

2 主變差動保護相位幅值調整和零序補償

2.1 相位調整

對于YNd11接線的變壓器，其高壓側（Y側）三相電流分別用表示，低壓側（d側）三相電流分別用表示，CT極性以母線側為正，則低壓側電流超前高壓側30度，其兩側電流向量如下圖所示。可采用Y側向d側轉換或d側向Y側轉換兩種方式進行相位調整。

YNd11接線變壓器電流相位圖

1）Y側向d側轉角：結合圖1可以確定Y側轉角公式，如式（1），為了保證轉角之后Y側電流大小不受影響，需要再除以。d側電流不變。

2）d側向Y側轉角：結合圖1可以確定d側轉角公式，如式（2），為了保證轉角之后d側電流大小不受影響，需要再除以。Y側電流不變。

假設兩側電流幅值相等，經過相位調整之后，在正常運行或區外短路時，差流為零，保護不會誤動。

2.2 幅值調整

由于主變各側一次電流不等，且實際選用變比不能完全滿足二次電流相等的要求，因此即使相位得到調整，也無法滿足正常或區外故障時差流等于零的要求，所以需要進行幅值的調整，即引入平衡系數K，以一側電流為基準，另一側電流乘以該側的平衡系數，以滿足正常或區外故障時差流為零。

設主變容量為，各側一次額定電壓分別為，各側差動CT變比分別為，則各側的CT二次額定電流為

若以高壓側（Y側）電流為基準，低壓側（d側）進行幅值折算，要滿足折算后差流為零，則折算后低壓側二次電流為。可求得低壓側的平衡系數為

同理，若以低壓側為基準，高壓側的平衡系數為

不同廠家的保護裝置平衡系數的計算方法有所差異，但基本原理相同，都是選定一個電流基準值，然后各側向該基準值折算。

2.3 零序補償

為了避免在YN側區外發生不對稱接地故障時，差動保護誤動，需要對YN側電流進行零序補償。補償時采用自產零序電流，即。補償方式為YN側各相均減去。

對于在YN側轉角的相位補償方式，由于轉角之后，從YN側通入的電流已是兩相電流之差，故已將零序電流濾去，所以可不采取其他措施。

而對于在d側轉角的相位補償方式，YN側需要按照式（1），每相都減去。即

2.4 差流計算

以上分析主要針對的是Yd11接線的兩繞組變壓器，而對于Yy接線變壓器的分析不涉及轉角，只有幅值調整，相對簡單，所以不再闡述。下面將以PST1200系列裝置和RCS978系列裝置為例，對Yyd121211接線的三繞組變壓器的差流計算方法進行總結。其中角標H、M、L分別表示高壓側、中壓側和低壓側。

1）PST1200系列裝置采用Y側向d側轉角，所用電流均為有名值。以A相為例，對外部電流進行處理時，先在Y側進行相位調整，然后以高壓側為基準進行幅值調整，最后得到A相差流為

（4）

式（6）中各電流均為有名值，B、C相差流的處理方法類似。

2）RCS978系列裝置采用d側向Y側轉角，Y側進行零序補償的方式，所用電流均為標幺值。以A相為例，對外部電流進行處理時，先將各側電流的采樣值除以該側的額定電流轉換成標幺值，然后在Y側進行零序補償，在d進行相位轉換。由于在計算中采用的是標幺值，因此無需再進行幅值調整。最后得到A相差流為

（5）

式（7）中各電流均為標幺值，B、C相差流的處理方法類似。

3 差動保護的勵磁涌流影響

所謂勵磁涌流即：當變壓器空載投入或者外部故障突然切除后電壓恢復時，變壓器電壓從零或很小的數值突然上升到運行電壓，由于變壓器的飽和，會產生很大的暫態勵磁電流，這個電流稱為勵磁涌流。從變壓器的等值電路來看，勵磁涌流如同在變壓器內部發生短路，形成差電流，如果不采取措施，會使保護誤動。

利用勵磁涌流含有大量二次諧波、波形不對稱和波形存在間斷，可以構成閉鎖來防止差動保護誤動。

參考文獻：

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