浅谈V/V接线变压器差动保护

高飞

摘 要：随着我国电气化铁路的高速发展，牵引变电所采用的牵引变压器接线方式也在不断优化，同时对继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性提出了更高的要求。本文就目前铁路牵引变电所直供方式普遍采用的V/V接线变压器保护原理、接线方式、整定原则进行介绍，并针对神朔铁路管内某牵引变电所差动保护存在的问题进行分析，并提出解决方案。

关键词：牵引变电所；V/V接线变压器；差动保护；保护接线；整定原则

中图分类号：TM42 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0144-02

随着我国电气化铁路的飞速发展，牵引变压器也从原业的Y/△-11接线方式优化为以V/V接线和SCOTT接线为代表的接线方式。尤其是V/V接变压器以利用率高而在直供和BT供电方式中被广泛应用。它的特点是由两台单相变压器共轭组合在一起，组成三相变压器。这种变压器的特殊性也对差动保护的接线及保护特点提出不同要求。

牵引变电所变压器的故障一般分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。所谓油箱内部故障就是指变压器油箱内所发生的各种故障，如线圈间的相间短路、同相的匝间短路、铁芯线圈烧损以及对外壳的接地等。油箱内部故障时产生的电弧，会损坏变压器绕组的绝缘层、烧损铁芯，同时使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，如不迅速切除故障就有引起油箱爆炸的严重危险。变压器油箱外部故障主要指套管和引线发生的相间及接地短路故障。

电流差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律，当被保护元件正常运行或区外故障时，流入该设备的电流等于该元件的电流（乘以一个平衡系数后的电流），这时差动电流为零，差动保护不动作。当被保护设备内部发生故障时，差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。差动保护理论上具有绝对的选择性，而且无需与其他保护元件配合，能灵敏、快速地切除两流互之间的设备故障，所以在实际的保护中被广泛的应用。而比率制动特性差动电流定值随制动电流的增大随某一比率的提高。使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。而在内部故障时，制动作用最小。当差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的最小。

1 基本原理

以神朔铁路沿线目前采用的成都交大许继电气有限责任公司生产的WBH-892Z主变主保护装置作为牵引主变压器的主保护为例。差动保护动作特性分为两段，即差动速断动作区和比率差动动作区，差动保护动作特性如图1所示。

在图1中，IDIFF为差动速断整定值，IDIFF为比率差动整定值，I1、I2为制动电流整定值，Kres1、Kres2为斜率。

1.1 差动电流及制动电流

将引入保护装置的5路电流定义为 ，在变压器正常运行或外部故障情况下，5路电流有如式（1）所示的關系。

（1）

式（1）中，KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2为高低压侧电流平衡系数。可以根据实际情况设定这6个系数值，确定主变高低压侧电流的平衡关系。

当变压器内部故障时，式（1）所示的关系将不成立，差动电流按式（2）定义。

（2）

在式（2）中，分别为A、B、C三相差动电流。制动电流按工（3）定义。

（3）

在式（3）中，分别为A、B、C三相制动电流。

1.2 电流平衡系数

平衡系数由变压器类型、变压器变比、电流互感器接线方式以及高低压侧CT变比决定。当C相为中间相时电流平衡系数按表1计算。

在表1中，K定义为变压器高低压侧绕组匝数比，即K=W1/W2，K的取值如表2所示。

2 整定计算原则

2.1 差动速断保护

按躲过牵引变压器空载投入时或短路故障切除后电源电压恢复正常时的最大励磁涌流进行整定（最大励磁涌流按7～10倍变压器额定电流计算，一般取为8倍）。

对于三相V/V接线牵引变压器应按相别分别进行整定。

2.2 二次谐波闭锁的比率差动保护

（1）差动电流保护应可靠躲过区外故障最大不平衡电流，满足灵敏度要求。（2）二次谐波闭锁比例系数的整定按15%-20%进行整定。（3）平衡系数的整定根据厂家说明书进行计算。（4）制动电流（拐点）及制动系数（斜率）：比率制动一般有2段式、3段式，其中：I1为第一段比率制动电流，一般设置为Ie×Kj/高压侧流互变比；I2为第二段比率制动电流，一般设置为3Ie×Kj/高压侧流互变比；K1为第一段比率制动系数，整定为0.3～0.5；K2为第二段比率制动系数，整定为 0.5～0.7。

3 存在的问题

神朔线某牵引变电所重新整定VV接线变压器差动保护定值，在刚送电通车时2#主变B相差动保护动作，将主变倒至1#主变，B相差动再次动作。随即对设备进行了排查分析，分析如下：

一次设备检查：（1）变压器内部无故障；（2）变压器套管及引出线正常。

二次设备检查：（1）电流互感器二次侧无开路或短路；（2）直流无两点接地；（3）保护装置没有误动作；（4）无二次接线错误及定值整定错误。

通过以上对设备排查，差动保护动作跳闸原因分析，发现将两主变的负荷相与接地相差动保护二者间接反。

正常情况下，高压侧对应低压侧，高压侧对应低压侧，高压侧对应低压侧接地相。当变压器正常运行或保护区外部故障时，差动电流为零，差动保护不动作。如果变压器套管、引出线及内部发生短路故障，流入保护装置的差动电流也就不再为零。差动电流大于整定的电流值，差动保护迅速动作。然而变压器高压侧相序要求面对出线方向，从左到右，按A、B、C相别排列的。而实际是按A、C、B相别排列，这时高压侧对应低压侧，高压侧对应低压侧接地相，高压侧对应低侧。

如表1所示，电流平衡系数无法匹配，导致B、C相主变高低压侧电流的平衡关系被打破。

这时主变主保护装置的电流平衡关系已从原来的式（2）变为如式（4）所示：

（4）

在式（4）中，IDIFF_A、IDIFF_B、IDIFF_C分别为A、B、C三相差动电流，KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2为高低压侧电流平衡系数。

这样就导致主变B、C相高低压侧电流的平衡关系被打破，电流平衡系数无法匹配。

4 解决方案

方案一：改变接线方式。

可以将两台主变压器高压侧一次侧接线B、C相互倒，以实现高低压侧电流的平衡关系，这样是最直观的方法。但由于一次接线是钢铝绞线，要想实现交叉接线，实施難度相对大一些。所以采取互倒变压器高压侧B、C电流互感器二次接线，即实现平衡关系。通过做差动保护传动试验，确认保护动作的可靠性、选择性、速动性和灵敏性，送电后设备稳定运行，经长时间观察差动保护各项电流参数，未发生误动现象，证明调整后的方案可行。

方案二：调整差动保护定值。

虽然变压器高低压侧一、二次接线无法与差动保护的平衡关系匹配，但是也可以在不改变一、二次接线的情况下，将高压侧B、C相差动保护电流定值互倒，从而实现三相电流对应的平衡关系。经过差动保护传动试验，保护装置也未发生误动现象，送电后设备运行良好，各项电流参数均正常，此方案运用结果良好。

5 结语

在牵引供电系统牵引变压器能把高电压变为用户所需要的接触网电压等级以实现向牵引网供电功能。同时，牵引变压器又是很贵重的生产设备，差动保护作为变压器的主要保护，其动作的性能在铁路牵引变电所继电保护中起着至关重要的作用。由于微机式综合自动化系统的大量应用，各保护装置厂家提供的装置类型略有不同，只有通过对差动保护的基本原理、整定原则、接线方式、电流分部不断分析探讨，才能更好的在牵引变压器发生故障的情况下，实现保护装置自动、迅速、有选择地动作。

参考文献

[1]陈小川.铁路供电继电保护与自动化[M].中国铁道出版社，2010.

[2]相振平.浅谈V/V接线方式牵引变压器的差动保护[J].甘肃科技，2011，27（10）：78-81.

[3]刘巍. V/V接线变压器差动保护方案研究[J]. 电力系统保护与控制，2011，39（10）：130-134.