1、变压器差动保护中不平衡电流的产生及防范一、差动保护原理简述变压器差动保护作为变压器的主保护,目前电网中的 110kV 变压器的差动保护大多采用由多微机实现的比率差动保护。之所以采用比率制动特性，是为了防止区外故障引起不平衡的差动电流造成保护误动。由多微机实现的比率差动保护的动作特性如图 1.1 所示（以南瑞 RCS-9000 变电站综合自动化系统为例，其主变的差动保护采用三折线比率差动原理），其动作方程如下：其中 Id 为差动保护动作电流，Ir 为制动电流，Icdqp 为差动保护电流启动值，Kbl 为比率差动制动系数，Ie 为变压器的额定电流， Ir=0.5*(|I1|+|I2|+|I3|)，
2、图中的阴影部分为保护动作区。如图 1.2 所示，输入变压器的电流：I1，I2，I3，由（I1+I2+I3）构成变压器的差动电流，即 Id=（I1+I2+I3）作为差动继电器的动作量。在正常运行或外部故障时，在继电器中电流 Id 在理想状态下等于零，因此差动保护不动作。然而，由于变压器实际运行中引起的种种不平衡电流，使得差动继电器的动作电流增大，从而降低了保护的灵敏度。二、产生不平衡电流的原因不平衡电流的产生有稳态和暂态两方面。1、稳态情况下不平衡的电流（1）变压器各侧绕组接线方式不同。（2）变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同，实际的电流互感器变比和计算变比不相同。（3）带负荷调分接头引起变
3、压器变比的改变。2、暂态情况下不平衡的电流（1）变压器空载投入电源时或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。（2）短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁涌流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。三、不平衡电流的影响及相应的防范措施变压器差动保护的不平衡电流直接影响到差动保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。故此，分析其影响并采取相应的防范措施对提高变压器差动保护性能是十分重要的。1、变压器高低压侧绕组接线方式不同的影响及其防范措施（1） 变压器接线组别对差动保护的影响如 Y， y0 接线的变压器，因为一、二次绕组对应相的电压同相位，所以一、二次两侧对应相的相位几乎完全相同。但当变压器
4、采用 Y，d11 接线时，因为三角形接线侧的线电压，在相位上相差 30，所以其相应相的电流相位关系也相差 30，即三角形侧电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前 30，因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中就会出现不平衡电流。（2） 变压器接线组别影响的防范措施消除由变压器 Y，d11 接线而引起的不平衡电流的措施，我们采用相位补偿法，也就是通常所说的 Y/转换。即将变压器星形侧的电流互感器二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形,从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。相位补偿后，为了使每相两差动臂的电流数值近似相等，三角形，而将变压器三角形侧
5、的电流互感器二次侧接成星形,从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。相位补偿后，为了使每相两差动臂的电流数值近似相等，在选择电流互感器的变比 Kn 时，应考虑电流互感器的接线系数 Kjx，即差动臂的电流为 其中，I1N 为一次额定电流值，I2c 为二次电流，电流互感器按星形接线时则 Kjx=1，按三角形接线时 ，如电流互感器的二次电流为 5A 时，则两侧电流互感器的变比按以下两式选择： 变压器星形侧的电流互感器变比按 计算；变压器三角形侧的电流互感器变比按 计算。式中 I1N(Y)变压器绕组接成星形侧的额定电流；I1N() 变压器绕组接成三角形侧的额定电流。实际上选择电流互感器时，是根据电流互
6、感器定型产品变比确定一个接近并稍大于计算值的标准变比。对于由多微机实现的变压器差动保护，由于软件计算的灵活性，允许变压器的各侧互感器二次都按 Y 型接线，在进行差动计算时由软件对变压器 Y 型侧电流进行相位校准及电流补偿。即 Y/转换可由程序软件实现。整定人员可以通过对接线方式定值的整定（置 1 或置 0）来选择是否需要进行 Y/转换。2、变压器各侧电流互感器型号和变比不相同或实际的电流互感器变比和计算变比不相同的影响及其防范措施。由于变压器各侧额定电压不同，装设在各侧的电流互感器型号也就不同，所以他们的饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）也不相同。因此,在外部短路时也会引起较大的不平衡电流，对
7、这种情况可以采用适当增大保护动作电流的办法来解决。另一方面，由于电流互感器都是标准化的定型产品，所以实际选用的变比，与计算变比不可能完全一致，而且各变压器的变比也不可能完全相同，这是在差动保护回路引起不平衡电流的又一原因。这种由于变比选择不完全合适而引起的不平衡电流，可利用磁平衡原理在差动继电器中设置平衡线圈加以消除，一般平衡线圈接于保护臂电流小的一侧，因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上，适当选择平衡线圈的匝数，使它产生的磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消，这样，在二次绕阻就不会感应电势了，流经差动继电器的执行元件的电流为 0。不过接线时要注意极性，应使小电流侧在平衡线圈与差
8、流在差动线圈产生的磁势相反。对于由多微机实现的变压器差动保护，这部分功能也可以由程序软件来实现，即通过调整平衡系数 Kb 来控制。具体计算时,只需根据变压器各侧一次额定电流、差动互感器变比求出电流平衡调整系数 Kb，将 Kb 值当作定值输入微机保护，由保护软件实现电流自动平衡调整，消除不平衡电流。计算步骤可参照以下方式。计算变压器各侧的一次额定电流 I1N式中 S变压器额定容量（kVA），取最大容量侧的容量；UN本侧额定电压（kV），有调压分接点的，取中间抽头电压。计算变压器各侧互感器二次计算电流 I2c式中 Kn本侧互感器变比，当用于高压侧时记为 KH，中压侧记为 KM，低压侧记为 KL。K
9、jx接线系数。由于微机保护要求变压器 Y 型侧 TA 也接成 Y 型，由软件内部进行 Y/转换，所以变压器 Y 型侧 ；型侧 Kjx = 1。需要说明的是，式中规定的 I2c 实质上是由软件计算的二次计算电流，对于都按 Y 接线的微机保护来说，它与 TA 二次额定电流是有区别的。计算电流平衡调整系数 Kb首先规定变压器高压侧的 I2c 为基准电流值 In（有的保护以 5A 为基准），然后对其它各侧的 TA 变比进行计算调整，其调整系数为 Kb 值。将 Kb 值作为整定值输入保护，由保护软件完成差动 TA 自动平衡。其它各侧调整系数的计算方式如下。式中下标 H、L、M 分别表示高压侧、低压侧、中
10、压侧。对于 Y0/Y/1211三绕组变压器 则：3、带负荷调压在运行中改变分接头的影响及其防范措施电力系统在运行中，通常利用调节变压器分接头的方法来维持电网的电压水平。改变的变压器分接头，也就改变了变压器的变比。但差动保护中电流互感器变比的选择以及差动继电器平衡线圈已经确定。当变压器分接头改变时，差动回路原先的平衡被破坏了，即出现了新的不平衡电流 Ibp，Ibp 与一次电流 Id.max 成正比,即 :Ibp UId.max/Kn式中 U调压分接头相对于额定抽头位置的最大变化范围Id.max通过调压侧的最大外部故障电流。为了消除这一不平衡电流的影响，在整定保护的动作电流时应给予相应的考虑，即提高保护的动作整定值。
