变压器纵差保护校验及注意问题

变压器纵差保护校验及注意问题

陈艳

（宁夏沙坡头水利枢纽有限责任公司水力发电厂宁夏省中卫市755000）

摘要：变压器纵差保护作为变压器的主保护，变压器在正常运行、外部故障、变压器空投及外部故障切除后的暂态过程中，其流入与流出电流相差较大。其差动回路中有不平衡电流，在校验时，考虑变压器高低压侧相位补偿问题以及空载合闸时，励磁涌流对变压器差动保护引起的误动，校核二次谐波比率制动系数。

关键词：变压器；差动保护；相位补偿；励磁涌流

Transformerlongitudinaldifferentialprotectioncheckandattentionproblem

CHENYAN

Abstract：Thetransformerlongitudinaldifferentialprotectionisthemainprotectionofthetransformer.Inthetransientprocessofthetransformerinnormaloperation，externalfault，transformerairdropandexternalfaultremoval，itsinflowandoutflowcurrentarequitedifferentorlarge.Thereareunbalancedcurrentsinthetransformerdifferentialcircuit.Inthecheck，thephasecompensationofthehighandlowpressuresideofthetransformerandthemisoperationcausedbytheinrushcurrenttotransformerdifferentialprotectionshouldbetakenintoconsideration，andthetwoharmonicratiobrakingcoefficientshouldbechecked.

Keywords：transformer，differentialprotection，phasecompensation，magnetizinginrushcurrent.

引言

变压器差动保护是变压器的主保护，是保护变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障及单相匝间短路故障。发电机、母线差动保护范围是各侧的纵差CT之间设备，在外部故障及正常运行时，符合纵差保护的理论基础---基尔霍夫电流定律Σ=0。（式中----被保护对象第i个端子电流相量）而变压器纵差保护范围不仅包括各侧绕组外，还包含变压器的铁心，即变压器纵差保护区内不仅有电路还有磁路，违反了纵差保护的理论基础---基尔霍夫电流定律。而铁心电流是励磁电流，它是变压器纵差保护的不平衡电流原因之一，变压器的接线组别以及变比、二次负载不同等因素也会引起变压器不平衡电流造成纵差误动，变压器在空载合闸时及外部故障切除后的暂态过程中，励磁涌流引起保护的变压器纵差误动，鉴于以上因素，我们在校核变压器纵差保护时候，应该考虑怎样避免变压器纵差误动，以及采取的措施。

1、变压器纵差保护要实现，需要解决以下几个技术难点

1）变压器两侧电流的大小及相位不同

主变高、中、低压侧接线组别不一样，对于大容量、高压变压器的接线方式，均采用YNd方式。则流入变压器电流与流出变压器的相位不同，当连接组别为YNd11时，变压器两侧电流的相位相差300。

2）两侧差动CT的变比误差

变压器两侧差动CT型号、变比不同。将在纵差保护中产生不平衡电流；

3）两侧CT的二次负载相差大

变压测各侧CT端子箱引至保护盘CT二次电缆的长度相差很大，差动CT二次负载不同，二次回路的暂态过程就不同。则在外部故障或外部故障切除后的暂态过程中，由于两侧电流中的自由分量差别大，会造成差动CT二次电流之间的相位发生变化，从而可能在差动保护中会产生不小的不平衡电流。

4）空投变压器的励磁涌流

空投变压器时，变压器中会产生励磁涌流，励磁涌流中有很大二次谐波分量、直流分量等只由充电侧流入变压器，对变压器的差动保护会产生很大不平衡电流。

要实现变压器的差动保护，必须得解决差动回路中产生不平衡电流的问题。

2.实现变压器差动保护

1）由于变压器各侧电流相位不同，为了满足各侧电流的向量和等于零，即Σ=0。通常有以下方法：1）改变差动CT接线方式进行移相或在装置中设置一组辅助CT；2）用软件对变压器高压测或低压侧电流移相，则可消除变压器不平衡电流。

2）变压器两侧差动CT二次电流不同，此时引用一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，即平衡系数。

3）在变压器纵差保护中，利用涌流的各种特征量（含有直流分量、波形间断、二次谐波分量）作为制动量进行制动，躲过空投变压器时的励磁涌流。

3.变压器差动保护的校验

以沙坡头水电厂主变高压测对发电机侧组成的差动回路为实例：变压器绕组接线型式为Y/Δ11，高压测CT变比为800：1；低压侧CT变比是2000：1；变压器容量75000KVA；变压器高压侧额定电压121KV；低压侧额定电压10.5KV；差动定值如下：差动速断电流Idq=2.24A，差动最小动作电流Id=0.13A；比率最小制动电流Is=0.45A；比率制动斜率Kb=0.5

第一步：算出高低压侧的二次额定电流及补偿系数

高压测二次额定电流为：In.h2=75000/（121×800×√3）=0.45A

低压侧二次额定电流为：Inl2=75000/（10.5×2000×√3）=2.06A

补偿系数：K=In.h2/Inl2=0.45/2.06=0.218

目前，国内生产及应用的变压器微机型差动保护主要由两部分组成，即分相差动元件和涌流判别元件。沙电厂使用许继集团公司WFB-800A型产品

微机变压器差动保护动作方程：Idz≧Idzo（Izd≦Izd0）

Idz≧Idzo+k（Izd-Izdo）（Izd≧Izd0）

说明：Idz---差动电流；Idz0---差动元件的初始动作电流；Izd---制动电流；Izdo---拐点电流；K---比率制动系数；

Y/Δ11的变压器11点钟接线：

图中

高压侧一次绕组（星形）三相电流分别表示为、、，

高压侧二次绕组（角形）三相电流分别表示为、、；

低压侧一次绕组（角形）三相电流分别表示为、、，

低压侧二次绕组（星形）三相电流分别表示为、、。

变压器以星形侧（高压侧）一次A相电流方向为12点指向，其三角形侧（低压侧）一次A相电流方向为11点指向，即超前30°。故三角形侧的电流比星形侧的同一相电流在相位超前30°。

因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护中也会出现不平衡电流。

为消除相位不一致导致的不平衡电流，许继公司采用了将二次做全星形接线，由软件进行相位补偿的措施。

具体措施如下：通过软件对所有一次绕组为Y型接线的二次电流进行相位和幅值补偿，补偿方式为：

其中、、为补偿后二次电流（即保护装置实时参数显示的电流），、、为输入的二次电流。采用以上的补偿方式，可保证转换后两侧电流相位一致，幅值不变。

实验操作如下：

动作电流测试：

在高压侧分别施加电流到A、B、C相中，电流从0开始升高，至保护动作，记录此时施加电流值为0.23A，0.234，0.226。验证：0.23/1.732=0.132>0.13，证明此时没有制动，制动电流小于最小制动电流，查看报告，发现制动电流为0.23，0.234，0.226。

同理，验证低压侧。

制动斜率测试：

做制动曲线上第一点，

在高压侧A相施加单相电流1.732A∠0º，按照许继装置测试说明，分别施加低压侧A相1.732/1.732/0.218=4.587A∠180º，C相1.732/1.732/0.218=4.587A∠0º。此时制动电流为1A>0.45，

降低低压侧A相电流至保护动作，记录此时低压侧A相电流值为3.09A。

此时制动电流值为0.83A>0.45，动作电流为0.32。

做制动曲线上第二点，

在高压侧A相施加单相电流1A∠0º，按照许继装置测试说明，分别施加低压侧A相1/1.732/0.218=2.65A∠180º，C相1/1.732/0.218=2.65A∠0º。此时制动电流为0.58A>0.45，

升高低压侧A相电流至保护动作，记录此时低压侧A相电流值为3.83A。此时制动电流值为0.71A>0.45，动作电流为0.26，比率制动系数k=（Id2-Id1）/（Ires2-Ires1）=（0.32-0.26）/（0.83-0.71）=0.06/0.12=0.5

验证正确。同理做其他各相。

多年的经验积累及理论分析得出，要想提高变压器差动保护动作的可靠性，应做好以下工作：

1、严防CT二次回路接触不良或开路

加强对差回路差流的运行监视及对保护装置维护。在保护装置安装调试之后，或变压器检修后投运前，应仔细检查CT二次回路，拧紧二次回路中各接线端子的螺丝。

2、严格执行反措要求

3、确保差动CT二次电缆各芯线之间及各芯线对地的绝缘

当主变检修时，将二次回路绝缘检查工作当成一个重点工作，检查差动CT二次电缆各芯线对地及各芯线之间的绝缘，用1000V绝缘电阻表测量时，绝缘电阻不小于1MΩ。

4、合理的整定保护定值

对变压器纵差保护各元件的定值进行整定时，应根据变压器的容量、变比及在系统中的位置等因素，合理且灵活地选择定值，以确保保护的动作灵敏度及可靠性。

5、差动保护CT的选择

保护装置内部辅助CT的特性应好，还可由软件设置防止CT饱和措施。

选择二次电缆时，差动CT二次回路电缆芯线的截面应足够大，对于长电缆，其芯线截面应不小于4mm2（铜线）。