浅析差动保护在变压器保护中的应用

摘要：随着电网互联的迅猛发展，大型电力变压器在电力系统中的作用日益凸显，其自身结构复杂、造价不菲，且承载着区域电网内全部的能量转换。一旦变压器因故障遭受破坏时，将引起长时间的大面积停电，势必会造成极大的经济损失。因此，提高变压器保护动作的正确率，对创建一个安全稳定的电力系统，有着举足轻重的意义。

差动保护一直作为变压器内部故障的主保护之一，但当变压器空载合闸或切除外部故障电压恢复时，将会造成励磁涌流的激增，极有可能引起该保护误动作。为了有效提高变压器保护动作的正确率，通常用比率制动式差动保护作为变压器主保护。

关键词：变压器；主保护；比率差动保护；正确率

1.电力变压器保护配置现状

实际应用中，应根据变压器容量和其重要性配置性能良好，来选取动作可靠的继电保护装置。

变压器故障主要可以分为油箱外部故障和油箱内部故障。油箱外部故障主要有引出线和套管上发生的相间短路及接地故障；油箱内部故障主要有绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。同时，变压器保护分为电气量保护和非电气量保护两大类。电气量保护主要有差动保护、相间阻抗与接地阻抗保护、负荷电压闭锁方向过流保护、主变压器过励磁保护、零序电流保护、过负荷保护等；非电气量保护主要有瓦斯保护、压力释放、油/绕组温度保护等。

2.差动保护原理分析

2.1差动保护原理

差动保护是按比较各侧电流大小和相位而构成的一种保护。差动保护由于能灵敏地辨别区内和区外故障，且不需与其他保护配合，迅速无延时地切除区内各种故障。因此广泛应用为变压器的主保护。

大电网中通常采用三相三绕组变压器，并且采用YYd11接线方式。因各侧电流相位不一致，则需要改变差动保护接线方式，来消除因电流相位不一致产生的不平衡电流。對于数字式保护，一般将星形侧三相电流直接接入保护装置内，应用程序实现折算，以简化接线。在该变压器中，接入差动继电器的差动电流为

变压器差动保护整定需要躲过差动回路的不平衡电流 ，产生不平衡电流的原因有：计算变比与实际变比不一致；由变压器带负荷调节分接头；电流互感器传变误差；变压器励磁涌流。

防止不平衡电流产生的措施有：

1）主变差动保护采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲过变压器励磁涌流的影响；

2）增大启动电流值以躲开主变保护范围外部短路时最大不平衡电流；

3）采用软件进行相位补偿及电流数值补偿，使电流趋于平衡。

2.2比率差动保护原理

变压器差动保护整定需要躲过流经差动回路的不平衡电流，该不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平衡电流也越大，比率差动保护正是根据这一特点，在差动继电器中引入一个能反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器动作电流不再是按躲过最大不平衡电流整定，而是根据制动电流自动调整。稳态比率差动保护动作特性如图2-2。

在各种运行方式下，比率差动保护的动作电流均为稳态比率启动定值电流 ，采用比率差动保护可根据制动电流的选择。当区内故障时，希望制动量尽量小，以提高保护的灵敏度；当区外故障时，又希望增大制动量以确保保护不误动。通过整定比率制动系数和拐点选择，提高保护的灵敏性。

3.比率差动保护在实际保护配置中应用

RCS-978系列数字式变压器保护适用于220kV及以上电压等级，且需配置双套主保护、双套后备保护的各种接线方式的变压器。这里就以广泛应用的RCS-978为例，来说明比率差动保护在变压器保护装置中的配置情况。

3.1 RCS-978配置的变压器主保护

1）稳态比率差动保护

稳态比率差动保护按相判别，满足动作条件后，式2-4所描述的比率差动保护经TA饱和判别，TA断线判别（可选择），励磁涌流判别后出口。它可以保证灵敏度，同时由于TA饱和判据的引入，区外故障引起TA饱和不会误动。式2-5所描述的比率差动保护只经TA断线判别（可选择），励磁涌流判别后出口。它利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作。

2）差动速断保护

当任一相电流大于差动速断整定值时瞬时动作跳开变压器各侧开关。

3）工频变化量比率差动保护

该保护制动电流工频变化量，通常取最大相制动。装置中按相判别，当满足条件时，工频变化量比率差动保护动作。工频变化量比率差动保护经涌流判别元件，过励磁元件闭锁后出口。

4）零序比率差动/分侧差动保护

零序比率差动和分侧差动保护主要用于自藕变压器，零序差动保护各侧零序电流通过装置自产得到，可避免各侧零序TA校验问题。

RCS-978微机型变压器保护装置的差动保护采用△→Y移相校正方式，即用软件在△侧进行电流相位校正，而在Y侧进行零序电流补偿。

3.2 RCS-978配置的变压器后备保护

通常有负荷电压闭锁方向过流、零序方向过流、间隙零序过流等保护。

3.3 异常告警

通常设置有过负荷报警、启动冷却器、过载闭锁有载调压、零序电压报警、差流异常报警、零序差流异常报警、差动回路TA断线、TA异常报警和TV异常报警等。

4.结论

变压器差动保护是主变压器最重要的保护之一，但由于变比和联结组别不同，各侧电流大小及相位也不同，将会产生不平衡电流。在构成保护前必须消除这些干扰。稳态比率差动保护用来区分差流是内部故障亦或是不平衡输出所引起的，具有良好的可靠性和灵敏性。因此，根据电网实际配置合适的差动保护，对提高保护可靠性、保证电力系统稳定运行具有重要意义。

作者简介：

陈国雄：广东电网有限责任公司惠州供电局