變壓器縱聯差動保護調試技術的研究

莊坤龍

【摘 要】隨著社會的發展，科學技術的發展也日新月異。電力變壓器是電力系統中大量使用的重要電氣設備，一旦發生故障，若不能及時切除故障將會對設備及電網安全和系統正常運行帶來重大威脅，因此，配置靈敏度高、動作可靠的保護是非常必要的。一般變壓器保護包括主保護和后備保護，主保護包括非電氣量的瓦斯保護和電氣量的縱聯差動保護，后備保護包括電流速斷保護、復壓過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、間隙過流保護、間隙過壓保護等。變壓器縱聯差動保護是變壓器電氣量主保護，規程規定電壓等級在10kV以上，容量在10MVA及以上的變壓器需配置縱聯差動保護。差動保護可以反應變壓器內部繞組相間和接地故障，引出線至電流互感器之間的相間及接地故障，及一定程度上的內部繞組匝間短路故障。

【關鍵詞】變壓器縱聯差動保護；調試技術；研究

引言

差動保護作為一種靈敏度高、動作可靠且動作迅速的變壓器電氣量主保護，它擔負著變壓器安全運行的主要責任。因此，對變壓器差動保護的調試至關重要，需選擇正確合適的試驗方法，模擬變壓器各種故障，以檢驗保護的靈敏性及可靠性等。本文介紹了差動保護的幾種調試方法，通過理論計算及實際調試應用，變壓器Y0y接線方式采用單相施加電流法，Y-Δ接線方式采用單相施加電流Δ側補償法，能夠正確反應變壓器故障。

1變壓器差動保護原理

變壓器縱聯差動保護是反應被保護變壓器各端電流流入和流出的相量差，保護范圍為各側電流互感器安裝位置之間。由于變壓器高、中、低壓側額定電流不同，因此，為保證縱聯差動保護正確動作，就必須正確選擇三側電流互感器變比，使其變比等于變壓器的變比。在正常運行和外部故障時，流入和流出變壓器的二次電流相等；在保護范圍內故障時，流入差動回路的電流為故障點的故障電流，差動保護正確動作，跳開變壓器各側斷路器。變壓器在正常運行和外部故障穩態情況下，流入縱差回路的電流叫穩態不平衡電流，差動保護的動作電流應大于最大不平衡電流，以保證外部故障時差動保護不誤動作。不平衡電流增大，將使保護的靈敏度降低。為了消除這種不平衡電流的影響，就要考慮由變壓器各側電流相位不同產生的不平衡電流、由變壓器各側電流互感器誤差引起的不平衡電流、由實際變比與計算變比不同產生的不平衡電流、由外部短路時引起的不平衡電流、由變壓器勵磁涌流所產生的不平衡電流等影響。

2變壓器差動保護調試方法分析

以某220kV變電站采用的三相三圈主變壓器為例，保護采用南瑞繼保PCS-978型主變壓器保護為例，對于高中壓側，兩側接線都是星形，直接比較兩側電流幅值和相位。對于一側為Y型接線，一側為Δ接線時，不能直接比較兩側的電流幅值與相位，由于兩側相位不同，將會產生不平衡電流流入差動回流。為了消除這種不平衡電流，通常是將變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形，而將三角形三個電流互感器接成星形并適當考慮接線方式后相位即可校正。但當電流互感器采用上述接線方式后，在互感器接成三角形側差動一臂中，電流增大了倍，此時為保證正常運行及外部故障情況下，差動回路中應無電流，就必須將該側電流互感器變比擴大倍，以減小二次電流，使之與另一次電流相等。在電力系統中，有載調壓變壓器是應用非常廣泛的一類變壓器，能夠在實現無功功率就地平衡的前提下，通過調節變壓器分接頭來調節系統運行電壓。改變變壓器分接頭的位置，不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，產生不平衡電流。PCS-978變壓器保護裝置電流補償由軟件調整，變壓器各側電流互感器采用星形接線，二次電流直接接入裝置，電流互感器各側極性都以母線側為極性端。

3縱聯差動保護不平衡電流的原因及其減少的措施

1）因為變壓器的一次和二次側的不同接線方式而造成的不平衡電流，工廠的總降壓變電所則相應的使用Y，d11接線方式的變壓器，其中的高壓和低壓側的線電流間就會存在30°大小的相位差。所以，就算高壓合低壓側的電流互感器流過的二次側電流已經達到了大小相等，但是他們的差值也不會是零，進而才會出現由于相位差而導致的不平衡電流的出現。想要消除此不平衡的電流，就要消除上面提到的30°的相位差。也就是說，要把變壓器的Y形接線側的電流互感器改變為d形的接線方式，而再把d形接線側的電流互感器改接為Y形的接線方式，這樣就能夠使得電流互感器的二次連接臂（差動臂）處的電流相位保持一致，從而就消除了因變壓器高壓和低壓側電流的相位不一樣而導致的不平衡電流。

2）由于兩側的電流互感器出現的變比的計算值與標準值不同，進而引起了不平衡電流的出現，可以采用上述的方法，來使得Y，d11電力變壓器的差動保護連接臂處的電流的相位能夠保持一致，但是還不是大小相等的理想情況，所以二者的差值仍然不是零值。要是電力變壓器的兩側電流互感器所選擇的變比和計算的結果是一摸一樣的，那么不平衡的電流IUN=0。但是實際上，所選擇的電流互感器變比不會是與計算值嚴格相同的，而是只能夠選擇和這個計算值接近的一個相對的標準變比，所以兩聯接臂處仍然是有著不平衡的電流的。要想消除這個不平衡的電流值，一種方法是在電流互感器的二次回路中引入一種自耦電流互感器，目的是達到相對的平衡狀態，又或者是可以通過一種專門的差動繼電器，利用其中的平衡線圈來做到補償，以期消除掉這個不平衡的電流。

3）各側的電流互感器型號或者特性等如果是不同的話，將會引起不平衡電流的出現，而當變壓器兩側的電流互感器型號和特性出現不同的時候，那么它的飽和特性也會隨著有不同的情況出現（即使是型號是相同的，那么特性也未必是完全相同的）。如果在變壓器差動保護范圍外出現了短路的話，那么各側的電流互感器會隨著短路電流的作用，其飽和程度相差會變得更加的大，所以會出現不平衡電流，而且也會隨著變得更大，對此不平衡的電流可以利用保護動作電流的提高來實現躲過操作。

4）因為變壓器的勵磁涌流而導致的不平衡電流出現，電力變壓器的勵磁電流只是僅僅流過變壓器電源側而已，所以本身就是一種不平衡的電流。在正常運行狀態或者出現外部故障的時候，這個電流是很小的，因此導致出現的不平衡電流也就可以忽略不計了。但是，在電力變壓器空載投入狀態或者對外部故障實行切除之后，電壓已經恢復了的時候，則就很有可能出現較大的勵磁電流了（也就是勵磁涌流）。

結語

電力變壓器是電力系統中大量使用的重要電氣設備，它的安全關系到電網安全和系統正常運行。縱聯差動保護具有靈敏度高、動作可靠而且動作迅速的特點，它作為變壓器電氣量的主保護，對此保護的調試工作就顯得非常重要。通過選擇正確的調試方法模擬出各種故障，使保護正確動作，而不能誤動作，以檢驗保護的靈敏性、選擇性及可靠性。論文以PCS-978型變壓器成套保護裝置為例，結合工程實際應用及相關經驗，對變壓器縱聯差動保護調試方法進行了詳細分析，針對試驗人員在保護調試時能夠正確模擬出各種故障，使保護能正確反應故障而動作，給出了具體分析及理論計算，以便對于變壓器不同接線方式，選擇出合適的試驗方法。

參考文獻：

[1]劉學軍.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]于永源，楊綺雯.電力系統分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]任曉丹，李蓉娟.電力系統繼電保護運行與調試[M].北京：北京理工大學出版社，2014.

[4]GB50150-2016.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].北京：中國計劃出版社.

（作者單位：貴州省黔西縣黔能電力開發有限責任公司）