江门市电力工程输变电有限公司
摘要：本文针对调试人员在调试过程中对变压器保护的难点比率差动保护进行分析，先从变压器差动保护的原理分析出发，结合实际工作中几种常用的变压器差动保护装置，从手动测试、自动测试两方面进行调试方法的归纳总结。对继电保护专业人员理解变压器差动保护原理及如何去校验有一定的参考价值。
关键词：变压器；差动保护；比率制动
引言：变压器差动保护作为变压器保护的主保护，主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组和引出线上相间短路、绕组匝间短路以及中性点直接接地侧绕组和引出线上单相接地短路故障，当变压器发生内部故障时能够快速切除故障，避免对变压器的冲击而损坏。当变压器区外发生故障导致CT趋于饱和时，不至于使变压器误动而扩大事故范围。对变压器差动保护的正确认识及校验十分重要，是保证变压器安全运行、避免变压器烧损及误动的重要保障。因此有必要对变压器差动保护进行分析，并结合实际总结调试方法，保证变压器安全投入运行。
一、变压器差动保护原理
1、变压器差动保护基本原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和正比于故障点电流，差动继电器动作。差动保护是按比较各侧电流大小和相位而构成的一种保护。
2、不平衡电流产生的原因
在理想状态下，当变压器正常运行或发生外部故障时，流过差流回路的电流为零，差动继电器不动作。实际上由于主变各侧CT型号、变比、计算变比、磁饱和特性、励磁电流及主变空载合闸的励磁涌流等影响，差流回路不可避免存在不平衡电流；一旦不平衡电流超过差动继电器动作整定值时，会导致差动保护误动作。
图1 传统电磁型差动保护接线图及电流向量图
3、防止不平衡电流产生的措施
3.1、防止变压器励磁涌流所产生的不平衡电流引起差动保护误动作。变压器差动保护通常采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲过变压器励磁涌流的影响。
3.2、防止两侧CT型号不同所产生的不平衡电流引起差动保护误动作。采用增大启动电流值以躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流。
3.3、防止变压器接线组别、CT变比不同引起的不平衡电流，采用CT二次接线调整或软件进行相位调整及电流幅值调整使其趋于平衡。
4、变压器各侧电流平衡调整
以Y/△-11型变压器为例，由于Y/△-11型变压器高低两侧一次绕组接线方式的不同，造成变压器正常运行方式下高压侧电流超前低压侧电流150°，很明显存在相位误差，如不加以处理将在主变差动回路中产生较大的不平衡电流，对此有以下两种处理方式。
4.1、传统电磁型差动保护通过改变差动用CT二次绕组接线方式来补偿因接线组别产生的相位误差。如下图1所示，通过将变压器高压侧CT二次接线接成三角形方式得到调整后的高压侧电流，以使得调整后的高压侧电流与低压侧电流相差180°，可以补偿因变压器接线组别产生的不平衡电流，以调整后高压侧电流与低压侧电流接入差动继电器就构成差动保护。
4.2、微机差动保护则在软件内部以电流矢量差来消除相位角误差。如下图2所示，变压器差动用CT均以Y型接法接入变压器差动保护装置，简化了差动二次回路接线，保护装置制造厂家采取以变压器Y侧向△侧归算或△侧向Y侧归算两种补偿方式，通过微机保护软件计算后使得高压侧电流与低压侧电流相差180°，可以补偿因变压器接线组别产生的不平衡电流，以此来构成差动保护。
图2 微机差动保护接线图及电流向量图
5、变压器微机差动保护各侧电流相位、幅值调整方法
由于现在的变压器保护装置均为微机保护，下面就变压器微机差动保护的相位、幅值调整方法做重点介绍。
5.1、变压器微机差动保护各侧电流相位调整方法
（1）Y→△调整方法：（绝大多数变压器差动保护都是采用这种计算方法）
以南瑞继保RCS-9671C 为例的变压器差动保护实际对变压器高压侧（Y型侧）二次电流相位进行调整，算法如下：
Y型侧：
图3 Y型侧相位调整向量图
由图3可以看出，对Y/△-11型变压器正常运行时高压侧电流超前低压侧电流150°，当通过主变差动保护程序按Y→△调整方法换算后高压侧电流与低压侧电流相差180°，相当于将高压侧电流调整了30°且幅值不变，调整后两侧电流已趋于平衡。以调整后的高压侧电流与低压侧电流进行差流及制动电流的计算就变得非常简单，因此通过软件算法对高压侧电流相位进行调整避免了因变压器接线组别产生的不平衡电流影响，以实现变压器差动保护功能。
（2）△→Y调整方法：
以南瑞继保RCS-978为例的变压器差动保护实际对变压器低压侧（△型侧）二次电流相位进行调整，算法如下：
Y型侧：
零序电流目的在于去除变压器区外接地故障时流入Y型侧的零序电流，因为△侧不能提供零序电流通路，当发生接地故障时，零序电流在差流回路会产生不平衡电流而引起差动保护误动作。
由图4可以看出，对Y/△-11型变压器正常运行时高压侧电流超前低压侧电流150°，当通过主变差动保护程序按△→Y调整方法换算后低压侧电流与高压侧电流相差180°，相当于将低压侧电流调整了30°且幅值不变，调整后两侧电流已趋于平衡。以调整后的低压侧电流与高压侧电流进行差流及制动电流的计算就变得非常简单，因此通过软件算法对低压侧电流相位进行调整避免了因变压器接线组别产生的不平衡电流影响，以实现变压器差动保护功能。
5.2、变压器微机差动保护各侧电流幅值调整方法
由于变压器差动用CT的铭牌标称变比与实际变比存在误差及匹配问题，主变差动回路不可避免地存在不平衡电流，为此电磁型差动保护采取加装中间变流器和带平衡绕组的差动继电器等措施予以补偿；而微机保护则根据变压器容量及CT变比计算主变各侧CT二次电流平衡系数并将各侧CT二次电流归算到同一侧进行补偿。
二、比率制动特性曲线
除去以上引起不平衡电流的因素之外，还需考虑到变压器区外故障时短路电流的增大可能导致CT磁饱和的情况，此时CT已不能正确反映故障侧电流，差流已无法正确平衡，极有可能造成差动保护误动作，故而微机保护往往采用比率制动式差动继电器，其动作特性为：动作增长速率快于不平衡电流的增长速率。如图所示，基本思路为引入区外短路电流作为制动电流，以差动电流为动作电流；当区外故障电流增大时，制动电流也随之增大，从而有效遏制变压器区外故障时差动保护误动作的情况发生。如图5为变压器差动保护比率制动特性曲线，曲线上方阴影部分为动作区，下方为制动区。
图5 变压器差动保护比率制动特性曲线
三、比率制动特性曲线的验证
搞清原理之后，以具体实例说明比率制动特性曲线的校验方法。
例1（Y→△调整方法）：以南瑞继保RCS-9671C变压器差动保护为例，分别从手动测试及自动测试两方面说明Y/△-11型双绕组变压器比率制动特性曲线的校验方法和过程。
1、试验接线：
由于主变差动保护为分相差动，图6所示为A相差动的接线方法，试验B、C相差动时，试验接线如下：
B相差动：试验仪A相接高压侧的B相，试验仪B相接低压侧的B相，试验仪C相接低压侧的A相；
C相差动：试验仪A相接高压侧的C相，试验仪B相接低压侧的C相，试验仪C相接低压侧的B相。
2、手动测试方法：试验仪各相输出角度：A：0°，B：180 °，C：0°。按照上述要求接好试验线，设置好角度后，输出一定电流幅值使差流为零，然后保持角度及低压侧电流不变，逐渐增大高压侧电流幅值，直至差动保护动作为止，记录下动作时高压侧及低压侧数值得到一组数据。改变低压侧电流幅值，按照上述方法多测几组数据，记录下来，然后换算成标幺值，通过公式Ir=（I1+I2）/2、Id=I1-I2分别计算出制动电流及差动电流标幺值，这样就可以得到坐标平面上两点的坐标值，从而计算出两点间直线的斜率，即比率制动特性曲线的斜率K，公式为：K=（Id2-Id1）/（Ir2-Ir1），计算出的斜率K值应符合定值要求。
3、自动测试方法：自动测试的试验接线与手动测试相同如图6所示，以PW系列测试仪为例（如图7、图8所示），将自动测试菜单按定值及相关参数设置好后，接入保护跳闸接点至试验仪开关量输入位置，按下试验仪输出按钮就可以自动测试出差动保护比率制动特性曲线。
下图9是按照上述设置好试验仪的参数，利用测试仪的差动保护自动测试菜单进行变压器差动保护比率制动特性曲线的测试结果。图中的实线为按保护定值设置好的比率制动边界曲线，小“+”符号为实测的动作点，可以看出实测点紧挨着设定的边界曲线，测试结果合格，如偏差大于5%，则测试结果不合格。
图9 测试结果
例2（△→Y调整方法）：以南瑞继保RCS-978G2变压器差动保护为例，也是从自动测试方面说明Y0/Y0/△-11型三绕组变压器比率制动特性曲线的校验方法和过程。
1、以高-低侧差动试验为例：
试验接线如下：
由于主变差动保护为分相差动，图10所示为A相差动的接线方法，试验B、C相差动时，试验接线如下：
B相差动：试验仪A相接高压侧的B相，由C相流回试验仪；试验仪B相接低压侧的B相。
C相差动：试验仪A相接高压侧的C相，由A相流回试验仪；试验仪B相接低压侧的C相。
2、手动测试方法：试验仪各相输出角度：A：0°，B：180 °，C相不用设置。按照上述要求接好试验线，设置好角度后，试验过程及计算方法同前述双绕组变压器差动保护手动测试方法一致，这里就不再详述。
3、自动测试方法：试验接线同图10，试验参数设置如下图。
四、结束语
变压器差动保护是变压器保护的主保护，对它应有足够的重视。现在国内外微机型变压器差动保护装置种类繁多，但万变不离其宗。本文通过对变压器差动保护原理的分析，结合实际对变压器比率差动保护特性曲线的校验方法进行总结，只要掌握了前面所介绍的原理及调试方法，定能举一反三，正确校验变压器差动保护。
参考文献：
[1]韩笑，赵景峰，邢素娟.电网微机保护测试技术.水利水电出版社.2005年
[2]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-9671C变压器差动保护装置说明书
[3]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-978G2变压器保护装置说明书
作者简介：
李玉宽（1981-），男，学士，工程师，从事多年继电保护工作。
论文作者:李玉宽
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：电流论文; 变压器论文; 差动论文; 接线论文; 低压论文; 方法论文; 高压论文; 《基层建设》2016年9期论文;