基于变压器比率制动差动保护的曲线测试分析＊

许培德，张国良

（福建水利电力职业技术学院电力工程系，福建永安 366000）

1 微机变压器差动保护特性

数字式差动保护多采用两折线或者三折线的制动特性，差动保护的动作区与制动区界限分明。采样值电流差动保护，因受采样时刻随机性的影响，动作区与制动区的边界不分明［1］。变压器数字式差动保护从根本上保证了保护的可靠性和选择性。

如图1所示，Ires为制动电流，Iop为动作电流，外部短路故障的短路电流与不平衡电流关系如图1中曲线1所示，为防止差动保护误动实际制动曲线如图1中曲线2所示，在实际的保护装置中常用直线型制动特性来近似，折线的交点对应的制动电流分别为Ires.0和Ires.1，最大制动电流为Ires.max，Iop.min为差动保护最小动作电流，Iunb.max为最大外部短路不平衡电流，KrelIunb.max为差动保护动作电流的整定值，其中Krel为可靠系数。

图1 数字式差动保护制动特性曲线Fig.1 Digital protection property of differential curve

设直线np和pd的斜率分别为S1和S2，则比率制动电流差动保护的制动特性为

采样值电流差动保护有两类判据［2］，其动作方程为

式（2）和（3）中，A和B为两侧电流的幅值，C为常量。

对应式（2）和式（3）表示的不等式，称为Ⅰ类、Ⅱ类判据。当式（2）Δθ＝0且动作量与制动量信号频率一致时，判据与采样时刻无关，即不存在动作边界变化区的问题。式（3）由于C为常量，则总是存在动作边界的变化区。图1所示的制动特性曲线中，mn线段为Ⅱ类判据，mn和np构成的两折线及mn，np和pd构成的三折线则为Ⅰ类、Ⅱ类判据的组合形式。因折线式存在动作边界的变化区，不能用实验的方法来确定采样值电流差动保护理论上的准确动作边界。为解决此问题，可以采用较为简单的制动特性曲线。

Yd接线方式的微机变压器保护，两侧电流的相位校正和CT变比的不平衡电流的补偿，是通过保护的定值完成的。当使用三相电流的继电保护测试仪来测试时，一般采取分相测试，如求A相的制动曲线时，就要通过调整平衡系数的方式，来抑制非测试相动作。

通过实测及三相制动曲线的比对，A，B，C三相的制动曲线是完全相同的。本文提出了一种新的测试方法，无论采用何种保护测试仪测试变压器差动保护的制动曲线时，不需通过调整平衡系数，就可对制动曲线完整地进行测试。

2 微机变压器差动保护的接线方式及平衡系数

微机变压器差动保护为了简化接线，变压器各侧CT按星型接线方式，CT极性端指向母线侧，将CT的二次电流I1φ，I2φ（φ＝a，b，c）接入保护，相位补偿和电流补偿通过软件进行。

Yd接线方式的双绕组变压器，定义电流的正方向由母线流向变压器，以Yd11为例，差动保护接线如图2所示。

图2 Yd11变压器微机差动保护接线示意图Fig.2 Schematic diagram of microprocessor based differential protection for Yd11transformer

软件相位补偿式［3－4］为

式（4）的相量关系如图3所示，由相量图知加入变压器差动保护两侧电流相位得到补偿，相位补偿的同时数值也得到平衡。

图3 变压器差动保护二次电流相量图Fig.3 Differential protection of transformer two current phase diagram

3 双绕组差动试验修正系数

因电流互感器计算变比与标准变比不同，实际上加入差动回路的二次电流不相等，需对三角侧电流进行平衡，平衡系数［5］为

式中，Kb为平衡系数，I1ar为高压侧加入差动回路二次电流，I2a为低压侧加入差动回路电流。

计及平衡系数后双绕组变压器的差动保护差动电流一般表达式为

或者为

式中，Id为A相差动电流，U1N为变压器高压侧额定电压，U2N为低压侧额定电压。

4 三绕组分相差动试验修正系数

对三绕组变压器，可简化为双绕组变压器，再分相比率制动试验。分别取高低、中低、高中进行试验。

以变压器YNYNd12.11接线为例，进行分相差动试验时，差动回路电流表达式为

式中：Ihar为高压侧A相加入差动回路电流；Imar为中压侧A相加入差动回路电流；Ila为低压侧A相加入差动回路电流；U1N，U2N，U3N分别为高压侧、中压侧、低压侧的额定电压。平衡系数归一化处理后为

式（7）的一般式为

对YY绕组进行分相试验时，两侧加入对应相别分别进行三相试验；当进行Yd绕组分相试验时，由公式（4）得出，如果进行A相差动试验时，因为在Y侧相位补偿，Y侧引入－I1b电流，实际上分相试验时并未加入B相电流，三角形侧为得到相应相位，需引入C相电流，亦即相当于三角侧绕组的A相电流，保持相位一致，其他各相试验时的接线方式依此类推。分相试验的YY和Yd接线A相差动试验接线如图4所示，其余相别的试验接线依此类推。

图4 分相试验A相接线图Fig 4 Phase A lining in phase test

如果测试仪同时可接入高压侧ABC、中压侧或 低压侧abc三相电流进行差动试验，则试验接线大大简化，直接将试验电流Iabc1引入保护的高压侧、Iabc2引入保护的中压侧（或低压侧）。

显然只要有两相电流或以上，配置的继电保护测试仪都能完成变压器差动保护试验，并且能将制动曲线完整地测试出来。

5 结论

永安市供电公司继电保护班，对所辖110kV和220kV变电站10台变压器在近期应用了新的测试方法，显示出该方法的可靠性高、节省时间等优点。

采样值电流差动保护能保证在大于90°的角度范围内满足动作判据，由于动作边界变化区的存在，宜采用两折线式简单的制动特性曲线。

中、大容量比率制动式变压器差动保护采用三折线特性曲线性能较佳。

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