一起差動保護裝置選型失誤的處置辦法

吳 旻

（廣西鋼鐵集團有限公司，廣西防城港 538002）

0 引言

在繼電保護的主變保護中，主變的連接組別大多是Y/△-11或Y/Y/△-11，但在實際使用過程中，為了抑制高次諧波尤其是三次諧波的向上傳遞，許多變壓器采用高壓側△連接，使得三次諧波環流在變壓器高壓側產生三次諧波磁動勢，與低壓側的三次諧波磁動勢相互抵消，這種接線方式在整流變及有諧波干擾需求的動力變中應用較多。對于采用這種接線方式的變壓器，其主保護的匹配性需要予以重視。由于差動保護是通過比較兩側或者三側流入和流出電流的大小及相位來判斷電流是否有“損失”或者“畸形”這一原理進行的保護，而整流變為滿足系統功率因數及諧波控制而采取多脈沖整流，造成其變比及網側電流呈現脈沖方波形式，無法實現縱聯差動保護，但就常規有濾波需求的動力變而言，其差動保護的設計與整定仍值得商榷。某廠在四方CSC-326G系列數字式變壓器保護裝置選型方面出現問題，造成該廠動力變投用后，差動保護頻繁誤動作。

1 變壓器保護裝置選型應用過程中存在問題

某廠安裝有兩臺35 kV/10 kV的雙圈變，主變采用△/Yn-11的接線方式，保護遵從主后分開的設計原則，設置獨立的差動保護、高低后備保護及本體保護，裝置選擇四方CSC-326G系列產品。該產品適用于南網110 kV標準化的三繞組、兩繞組變壓器低壓側兩分支的情況，配置有三側差動、三側后備保護。各側CT均以母線側為正極性端，采用全星形接線直接接入裝置。在實際投用過程中，保護差流值比較大，存在差流值越限動作的現象。差動保護動作后，核對保護裝置高低壓側CT電流流向未發現異常。經核查，保護裝置說明書中明確CSC-326GD差動保護裝置適用于三繞組變及雙繞組帶低壓兩分支類型的變壓器，且裝置默認高壓側接線方式為12點（Y接），中低壓側接線方式可調，整定為“偶數”時為Y連接，整定為“奇數”時為△接線。裝置的這種特殊限制與現場變壓器接線方式存在問題可能是造成保護動作的主要原因。

目前主流的差動保護裝置多是基于Y/△-11接線方式設計，在低壓側發生單相接地時，由于繞組與大地沒有形成回路，不存在零流的干擾，主要客戶為供電局。但廠礦出于濾諧的考慮，變壓器廣泛采用△/Y接線方式。35 kV動力變采用△/Yn-11接線方式，且10 kV低壓側采用經小電阻接地，系統發生單相接地時，短路點與中性點通過大地形成零序電流的通路，會產生較大的零序電流，幅值等于低壓側三相零序電流之和，當零序電流足夠大時，會造成差動保護裝置誤動作（圖1）。此時如采用11點的接線方式進行整定，運行時差流值波動比較大，出現差流越限的情況突出，但如果按照1、5、7點的方式進行整定，差流值不僅沒有減小，反而成倍數的增加，說明需要從外部接線或者裝置選型方面進行考慮。

圖1 △/Yn-11零序電流分布

2 差動保護星角接線推導方法

對于星角組合的變壓器接線方式，要使高低壓側差動電流為零，只有兩種可能：幅值為零，或者幅值相等，同相相位差為零。由于Y側向△側進行校正的過程中，零序電流通過相量相減得以消除，其相序分量中僅含有正、負序分量，兩側參與差動比較的電流中均不含有零序分量，可以消除零序電流對差動保護的影響，故通常采用在Y側進行校正。以下列舉的4種主流的接線方式下，其Y側向量圖及相位校正如圖2～圖4所示：

圖2 YD-11和YD-1 Y/△轉換

圖3 DY-11和DY-1△/Y轉換

根據實際變壓器接線方式DY-11推導出來的差流值為：

假定按照實際接線方式整定投用差動保護后，差流值等于0，即式（3）：

代入公式（1）中，計算得出當前變壓器運行狀態下，裝置自校正之后的差流值為：

顯然根據裝置軟件的自校正之后，差流值很難做到等于0，一旦系統負荷出現波動，變壓器差動保護動作就是大概率事件。

3 解決的思路

由于四方CSC-326G裝置高壓側出廠時默認為Y接，但是低壓側的接線方式可以根據實際進行調整，故可以將變壓器高壓側的保護電流回路接入裝置的低壓側，低壓側的電流回路接入高壓側，并對高低壓側CT的變比、高低壓側的額定電壓進行匹配。根據電流回路倒換前后，裝置采集到的相位角，可以畫出如圖4所示的相位圖，顯然高低壓側電流回路倒換之后，裝置采集到的低壓側電流逆時針超前于高壓側150，此時對應的外部變壓器接線方式應該為Y/△-1。

圖4 高低壓側電流回路倒換前后采樣電流相量

在倒換電流回路后進行差動電流的計算前，還需解決幅值補償的問題，若以Y接的高壓側為基準（高壓側平衡系數默認為1），則得出變壓器中、低壓側平衡系數為式（5）：

式中U1e為變壓器各側額定電壓，nLH為變壓器各側CT變比。工程中，主變高低壓側的額定電流分別為35 kV、10.5 kV，高低壓側CT的變比分別為400/5、1600/5，代入公式計算得出10 kV側的平衡系數為0.833，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。變壓器各側電流經過相位校正及幅值補償后求和，即得出裝置計算的差動電流。

根據變壓器的實際接線方式，對保護裝置高低壓側電流回路進行調整后，涉及變壓器接線方式的整定問題。在退出差動保護硬壓板，分別將變壓器的接線方式整定為11點及1點，在外界負荷未發生大的變化的情況下，裝置計算得出的差動電流具有明顯的差別：11點鐘時，裝置計算得出的差流值與高壓側電流回路中采集的電流值接近；1點鐘時，裝置計算得出的差流值很小，趨近于0（工程實例為0.041 A），顯然解決完變壓器高低壓側的保護電流回路的接入方式及差動電流的計算外，還必須解決變壓器接線方式的整定問題。

以A相為例，變壓器接線方式為Yn/△-11或Yn/△-1（即裝置整定為11點或1點）時，裝置計算得出的差動電流分別為：

在之前的相位校正過程中，已經推導得出Y/△-11和△/Y-1，Y/△-1和△/Y-11的相位校正是一致的（圖1、圖2），而變壓器銘牌上的實際接線方式為△/Y-11，則根據調整變壓器高低壓側電流回路后裝置采集的高低壓側電流相角，可畫出圖4相量圖，變壓器的接線方式應該整定為1點鐘，如果仍然整定為11點鐘，則裝置內部計算的差動電流則為公式（6）計算的電流值，通過圖4相量圖很方便的得出變壓器A相差流值與高壓側電流大小相等，相位相差90°（圖5），與裝置計算得出的差流值吻合。

圖5 高低壓側電流回路倒換后采樣電流、差動電流相量

通過電流回路倒換及接線方式整定后，裝置呈現0.041 A的差動不平衡電流。由于差動保護平衡系數建立在變壓器各側額定電壓及變壓器各側CT變比的基礎上，通過高低壓側后備保護裝置采集數據計算得出的35 kV側、10 kV側的電壓分別為35.76 kV及10.43 kV，由此計算得出差動保護平衡系數為0.857，與裝置設備參數計算得出的平衡系數0.833之間的誤差為2.88%。此誤差乘以基準側電流1.43 A得出差動不平衡電流約為：0.041 A，與裝置實測差動電流值基本相符。當區外發生穿越故障時，通過差動電流啟動定值1.718 A反推故障電流：當故障電流達到1.718/2.88%≈59.65 A時，差動不平衡電流可以達到差動電流啟動定值，此時處于比率制動區，制動電流60 A，可以保障差動保護裝置可靠不發生誤動作。顯然，裝置存在的差動不平衡電流，主要是由于變壓器高低壓側實際運行電壓的比值與設備整定電壓的比值誤差引起，不會造成裝置誤動作，裝置的改造是能夠通過理論與實踐檢驗的。

4 結語

結合動力變差動保護配置過程中出現的問題開展相量圖分析，在不進行繼電保護裝置軟件研發的基礎上，提出一種新的解決問題方法，具有現實意義。