袁海华中国铁道科学研究院
摘要：在电力系统中，变压器占据重要地位，是电力系统的核心因素。在变压器其使用过程中，其内部故障保护至关重要，保护方式包括后备保护、纵联差动保护、零序差动保护等。其中，由于零序差动保护具有灵敏度高、保护安全等优点，因此，在近几年变压器保护中广泛应用。本文主要对变压器零序差动保护原理进行阐述，分析零序差动保护的具体应用，研究变压器零序差动保护的调试方法，为零序差动保护使用提供参考。
关键词：零序差动保护；变压器；原理；调试Principle and debugging of transformer zero sequence differential protectionYuan Haihua China Academy of Railway SciencesAbstract：In the power system，transformer occupies an important position.It is the core factor of the power system.In theprocess of using transformer，the internalfault protection is essential.Protection method includes backup protection，longitudinal differential protection，zero-sequence differential protection and so on.Amongthem zero-sequence differential protection is widely used in the transformer protection in recent years due to itsadvantages such as high sensitivity，safety protectionetc.This paper is mainly about the describing of principle，the analyzing of the specific application，and the studying of debugging method of zero-sequencedifferential protection；it provides the reference for the application of zero-sequence differential protection.Keywords：zero-sequence differential protection；transformer；principle；debugging
随着我国工业生产、经济的快速发展，人们对用电需求更大，电力系统承载更大压力。在高压电力系统中，自耦变电器具有用材省、体积小、效率高点等优点，应用广泛。同时，电力系统得以运行的前提保障是安全性，电力企业、部门极为重视变压器电力设备的安全性，通过保护装置保护变压器内部故障安全。在对自耦变压器配置保护时，其与普通变压器具有相同的后备保护、匝间保护、瓦斯保护，但自耦变压器的功率传递方式与普通变压器存在差异，主要通过直接传导、电磁感应传递，易发生接地故障，需配置专门反应接地故障保护的零序差动保护[1]。
一、变压器零序差动保护原理在变压器运行过程中，变压器中压侧、公共侧绕组、高压侧接地故障的主保护是变压器零序差动，其对中压侧、公共侧绕组、高压侧三侧之间的相互关系、电流大小进行比较，从而构成差动保护。其中，差动保护即当两端输入的CT 电流矢量差与设定的动作值一致时，动作元件将被启动，保护两端CT 间的设备[2]。而变压器零序差动保护的组成部分为零序电流互感器及互感器，其工作不受变压器电流相移、励磁电流、涌流电流等因素的影响，对接地故障反映灵敏。零序差动保护原理如图1 所示。
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图1 零序差动保护原理图根据图1 可知，在系统正常运行过程中，中性点零序电流为零，即3I0'=0，且自产零序电流3I0''=0。而区内接地故障在系统中发生时，自产零序电流3I0''、中性点零序电流3I0'保持相同大小及相位，这样，零序差动便具有较高灵敏度，动作可靠。同时，在区外接地故障在系统中发生时，自产零序电流3I0''、中性点零序电流3I0'保持相反的相位、相同大小，从而差动可靠。同时，当中性点零序电流3I0'超过变压器装置内整定动作定值时，装置内的元件动作被启动，零序差动保护开放。
二、零序差动保护在变压器中的具体使用（一）、合理区分外部故障在变压器运行过程中，当外部故接地故障发生时，中性点电流随着增加，且随着故障的延伸、发展，电流互感器发生饱和，差电流增加。这样，当中性点电流剧增过程中，如果具有较小的差电流，则可判断外部接地障碍，而如果中性点电流与差电流同时出现，便无需判断区外故障[3]。同时，当变压器发生区外、区内故障时，电路中呈现不同的电流分布。例如，在自耦变压器运行中，由于其高中压侧有电的联系，且两者均需要直接接地，具有公共的接地中性点。这样，自耦变压器系统发送单相接地故障时，零序电流便通过一个网络，经接地中性点向另一个网络流动，在因系统短路点、运行方式影响电流在中接地中性点发生较大变化。因此，通过电流测定区分外部故障。
（二）、注意零序差动不平衡电流比较于相同差动，在系统外部短路、正常运行情况下，在理论上，零序差动保护没有不平衡电流。但是，在实际应用中，一定量的不平衡电流存在，其主要包括空载合闸的励磁涌流、电流互感器的励磁电流、三相短路时各侧零序不平衡电流。就空载合闸的励磁涌流而言，理论上，其是零差保护的穿越性电流，不产生不平衡电流。但是，各互感器存在差异性，当空载合闸时，产生不平衡的零差保护，且由于不平衡电流量的值较小，因此，应根据变压器的具体运行资料确定零差保护的动作电流，不能用理论计算。同时，当三相短路在自耦变压器外部发生时，各侧零序不平衡电流以相量和形式出现。而为了躲避此不平衡电流，额定电流值将小于零序差动整体值，使零序差动保护对接地故障的可靠性、灵敏度降低。因此，在变压器零序差动保护具体应用中，应使用带比率制动特性的变压器保护。
在具体应用中，设定零序差动保护计算在IN≥0.5Idmin 时启动，依据比率制动原理，根据计算方程：当Id>Idmin，Ir<1.25；当Id>Idmin+0.7（Ir-1.25），Ir∈[1.25，2.25]；当Id>Idmin+Ir-1.55，Ir∈[2.25，∞][4]，制动特性曲线如图2 所示。
图2 零序差动比率制动特性曲线（三）、采取措施避免保护误动在线路合环瞬间，不平衡电流会在线路上产生，产生零序差动保护误动，影响变压器的正常运行。因此，在变压器零序差动保护应用过程中，应采取一些措施改进零序差动保护。例如，通过增加零序差动保护动作时间，避免合闸时的保护误动。同时，还可增加零序电压启动，在变压器单相接地时，增加零序电压，使零序电压二次高达100V[5]。这样，在系统运行过程中，电压互感器开口三角电压值几乎接近于零，因此，启动零序电压，可防止零序差动保护误动，防止非接地故障。此外，还可采用五次谐波原理，在电力系统运行过程中，高次谐波分量存在于电源感应电动势中，且受电压互感器、变压器等设备铁芯非线性影响，一些高次谐波分量存在于电网中。此时，采用中性点经消弧线圈消接地，利用消弧线圈对谐波的强大感抗性，减弱高次谐波分量，准确判断接地系统故障。
三、变压器零序变压器保护调试（一）、合理按照步骤进行零序差动保护调试在进行零序差动保护调试过程中，需要先校验电流通道采样精度、差速电流定值及差动电流定值，然后根据校验结果进行保护调试。其中，在先校验电流通道采样精度过程中，分别从保护装置各侧将三相对称电流通入电流端子处，对装置的零序电流、三相电流进行校验。同时，将单相电流通入各侧电流端子处，对零序电流的精准度进行察看。而在校验差速电流、差动电流定值过程中，将单相电流通入保护装置高压侧电流端子处，此时，如果当电流大小为1.5 倍及0.95 倍的零差保护电流定值时，校验0.95 倍的定值可靠不动作，1.5 倍定值可靠动作。校验零序差动保护后，根据结果进行故障保护。
（二）选取变压器制动电流对于自耦变压器而言，制动电流按照I=max{（IAH-IBH），（IBH-ICM），（ICH-IAH）}公式进行选取，其中，高压侧三相电流用IAH、IBH、ICH 表示[6]。
根据电流保护可靠制动。例如，对于区外相间故障，当发生如图3 所示的AB 相间故障时，I= max{（IAH-IBH），（IAM-IBM）}，其IAM、IBM 表示中压侧三相电流。在故障发生时，I 值较大，相同故障引起的零序不平衡电流便为差动电流，在制动电流远大于差动电流时，保护可靠制动。
图3 AB 相间故障（三）、准确判断中性点CT在变压器零序差动保护过程中，保护动作的正确性是确保系统安全、可靠运行的关键因素，而正确的中性点零序CT 极性是保障保护动作正确的核心因素，因此，在变压器零序差动保护调试中，应对中心点CT 进行极性判别，准确连接CT 极性，避免发生因CT 极性接反而出现的保护误动情况。在具体操作中，如果在变压器空载合闸时无内部故障，对于零序差动保护而言，励磁涌流是穿越性电流，此时，如果是正确的零序CT 极性，相位相反、大小相等的中性点、自产零序励磁涌流在合闸侧产生，变压器空载合闸纵差保护不动作。同时，根据中性点、自产零序励磁涌流相位差对零序CT 极性进行校验，如果两者具有相同相位，则将向现场投运人员发送告警信息提示，核实零序CT 极[7]。
四、结束语零序差动保护以其灵敏度高、可靠性强等优势广泛应用于变压器接地故障中，灵敏反应变压器存在的接地故障，为变压器运行提供保护。在实际应用中，电力工作人员应根据变压器型号、输电要求选择配置合适的零序差动保护，科学调试设备，为故障判断提供依据，提高保护可靠性，确保电网正常运行。
参考文献：[1]周建，周卫巍，王锋等.1000 MW 发电机变压器组保护配置探讨[J].电力系统保护与控制，2010，38（11）：126-129，146.[2]罗云照，陈朝晖.变压器零序差动保护制动电流算法探讨[J].南方电网技术，2011，05（5）：77-80.[3]柳维衡，郑涛.基于不同故障情况的特高压变压器差动保护仿真研究[J].现代电力，2010，27（1）：12-16.[4]马玉玲.变压器零序差动保护原理及调试[J].电网与清洁能源，2009，25（9）：23-25.[5]胡红斌，郭素梅，史新民等.变压器零序方向及零序差动保护接线正确性检测方法[J].中国电业（技术版），2010，（1）：25-27.[6]张连杰.基于零序电流分布的自耦变压器电流保护分析[J].通信电源技术，2011，28（6）：101-102.[7]袁宇波，李鹏，黄浩声等.变压器差动保护误动原因分析及对策综述[J].江苏电机工程，2013，32（6）：8-11，14.
论文作者:袁海华
论文发表刊物:《基层建设》2015年2期供稿
论文发表时间:2015/9/8
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