从变压器差动保护的功率差动特性谈其现场应用

河南省永城市供电有限责任公司 孙钰

[摘 要]从变压器差动保护为功率差动这一本质特征，论述了微机变压器差动保护的实现原理。并分析了变压器差动保护功率差动原理缺陷带来的应用问题及解决防范措施。从变压器差动保护功率差动特性着手，提出了变压器差动保护现场调试方法和技巧。

[关键词]变压器；差动保护；功率差动；应用

变压器差动保护和电机、线路等元件差动保护不同，其差动保护不是基于基尔霍夫定律的电流差动，而是一种基于能量守恒定律的功率差动保护，其原理独特性决定其现场应用也具有一定的特殊性和复杂性。

1. 变压器差动保护的功率差动特性

变压器是一个功率转换元件，通过铁芯磁链将电源侧能量传递到负荷侧，其一次、二次侧电流与变比成反比，没有直接可比性。但是变压器遵守能量守恒定律，其一次、二次侧功率近似相等。其差别仅在于包括励磁无功损耗及铁损、铜损等有功损耗的变压器电源侧损耗，对于电力变压器正常运行时这些损耗均能控制在1%额定容量之内，只是受到冲击时产生的励磁涌流功率损耗往往达到额定容量的数倍之多。如果处理得当，以功率差动特性为基础的变压器差动保护仍能成为一种高灵敏度的快速主保护。

2. 现代微机变压器功率差动保护的实现

现代微机型变压器差动保护对变压器各侧CT变比和接线不再有特殊要求，只需用户输入变压器的连接组别、各侧额定电压、各侧CT变比等基本信息，其就能实现智能转换。以110KV/35KV，YD5，31500KVA变压器为例，其接线如图一所示。

（图一）

一次侧绕组中：

I.A=I.L1，I.B=I.L2，I.C=I.L3

二次侧绕组中：

I.L1’=I.b-I.a，I.L2’=I.c-I.b，I.L3’=I.a-I.c

所以：

I.L1’-I.L3’=I.b-I.a-I.a+I.c

=-3I.a

I.a=1/3（I.L3’-I.L1’）

同理：

I.b=1/3（I.L1’-I.L2’） I.c=1/3（I.L2’-I.L3’）

A绕组和a绕组在同一铁芯柱上，通过共同磁链，完成能量交换。正常运行及外部故障时在忽略损耗的前提下：

I.AΧ（110KV/

3）=I.aΧ35KV

即：IAΧ（110KV/3）-IaΧ35KV=0

IA-IaΧ

....3Χ(35KV/110KV)=0

当内部故障时，故障损耗功率功率类同变压器损耗，且难以忽略，此时：

ID=IA-IaΧ

...3Χ(35KV/110KV)≠0

此值由变压器两侧电流经存储于保护装置对应整定参数的转换规则转换而来，做为差动量可构成反映变压器内部故障的电流形式的功率差动保护。

3. 微机变压器差动保护整定中的特殊问题 3.1 分接头的影响

变压器差动保护整定除考虑互感器变比误差的影响外，还应考虑变压器分接头的影响。从上部分推导可知：

ID=IA-IaΧ

...3Χ(35KV/110KV)

式中“35KV/110KV”等于变压器变比的倒数，可见变压器变比代表变压器运行电压参与差流计算。当变压器非额定分接时，变压器各侧电压仍按额定电压整定就会造成ID计算误差。对于无载调压变压器，保护整定时可按实际分接整定，如+5%分接，变压器额定电压可整定为110KV/（35KV/1.05）或(110Χ1.05)KV/35KV。对于有载调压变压器，如±8Χ1.25分接，则取平均分接为2/（1/0.9+1/1.1）=0.99，变压器额定电压可整定为110KV/（35KV/0.99）或(110Χ0.99)KV/35KV，启动值计算时另记入10%的变比误差。

3.2 励磁涌流及过激磁电流的影响

.变压器在电源开关合闸及受到电压冲击时，会产生数倍于额定电流的励磁涌流，消耗能量用于建立主磁通。根据变压器差动保护原理，如无可靠闭锁，励磁涌流必然造成差动保护动作。励磁涌流的闭锁可以采用二次谐波及波形判别两种形式，二次谐波制动系数一般取0.15~0.2，波形判别中间断角则可整定为60o~70o。

不同型号的变压器差动保护又派生出“交叉闭锁”、“2/3”、“平均”等多种形式的相间励磁涌流闭锁，在增加了闭锁可靠性的同时，也降低了合于故障变压器时的保护快速性和可靠性，要根据变压器运行状况、运行环境等综合考虑采用何种形式。

对于220KV以上额定电压的变压器，易发生过激磁，当电压达到110%~140%额定电压时，励磁电流达到额定电流的10%~43%，如如无可靠闭锁，可能造成差动保护误动。过激磁电流中含有大量五次谐波分量，可达50%~35%，五次谐波含量可做为差动保护的过激磁闭锁，可整定为35%。

4. 微机变压器差动保护的现场调试 4.1 通道平衡检验

微机差动保护现场调试除进行常规检查项目外，还应进行通道平衡检查，以验证接线设计、保护整定、装置配线选型的正确性。仍以110KV/35KV，YD5，31500KVA变压器为例，110KV侧CT变比为300/1，35KV侧CT变比为1000/1，差动保护为“电流差接线”，如图二所示：

微机变压器差动保护装置（图二）通道平衡试验时，首先保护装置通入基准侧

（如110KV侧）IL1、IL2、IL3幅值1A，角差1200；35KV侧IL1’、IL2’、IL3’幅值为1AΧ300Χ（110KV/35KV）/600=1.57A，滞后110KV侧同名相1500的电流模拟110KV、35KV侧功率平衡的运行方式，此时差动电流应为零。若不为零，可根据三相差动电流的对称性，与1A的比例等查找设计、接线、整定等错误。错误更正后，保护装置依次通入35KV侧IL1’、IL2’、IL3’幅值1A的电流，根据ID计算公式计算出各相差流，和装置计算差流对比进一步排除潜在错误。

4.2 微机差动保护的带负荷试验

根据《DL/T995-2006继电保护和电网安全自动装置检验规程》的规定，变压器差动保护需要在变压器全压投入的情况下检验其躲过励磁涌流的能力。对于新安装变压器，在变压器投入前投入差动保护，待一次设备运行正常，且带负荷之后，再检验差动保护的正确性。根据现场经验，在变压器差动保护带负荷试验时，变压器投入前投入差动保护，带负荷前考虑到冲击负荷的存在宜退出差动保

护，以减少不必要的误动。变压器带负荷后迅速检查各相差流及制动电流，如正常可投入差动保护。如个别相差流不为零，但各侧电流大小与其它相一致，则应重点检查本相CT回路接线。如三相差流均不为零，但三相差流大小一致，则可用相位表检查各侧电流夹角，夹角应与变压器接线组别一致（相同或1800），一致则为变压器差动保护变压器组别或变比设置问题，不一致则为一次、二次接线相序问题。如三相差流均不为零，各相差流大小也不一致，可采用上述思路逐步排除。带负荷更正接线错误时，在作业点与CT根部之间要做好短接接地措施，当保护装置与其它装置公用电流回路时还应做好跨接措施。

5. 结束语

抓住变压器差动保护为功率差动这一本质特征，去理解其实现原理，进而指导变压器微机保护的运行、维护、故障排查，可大大拓宽我们解决问题的思路，迅速深入问题本质，达到复杂问题处理简单化的最佳效果。