变压器差动保护不平衡电流分析及应对措施

Electric Power System EquipmentElectric System电力系统

2018年第5期

2018 No.5

变压器差动保护不平衡电流分析及应对措施

朱 晟

（国网浙江义乌市供电公司，浙江义乌 322000）

［摘 要］文章分析了电力变压器差动保护在各种情况下的不平衡电流产生原因、以及对保护影响，并探讨分析了相应应对措施，消除不平衡电流对保护的影响，防止差动保护误动。［关键词］变压器差动保护；不平衡电流；应对措施［中图分类号］TM772 ［文献标志码］B ［文章编号］1001–523X（2018）05–0125–02

Analysis and Countermeasures for Unbalanced Current of

Transformer Differential Protection

Zhu Sheng

［Abstract］the article analyses the causes of the unbalanced current in the differential protection of the power transformer and the influence on the protection, and discusses the corresponding countermeasures to eliminate the influence of the unbalanced current to the protection and prevent the misoperation of the differential protection.

［Keywords］transformer differential protection; unbalanced current; Countermeasures1 变压器差动保护原理

差动保护基本原理是电流的基尔霍夫定理，∑i=0（i为标么值表示的变压器各侧电流），即流入变压器这个节点的电流和为0。

2 变压器差动保护不平衡电流产生的原因及对保护影响

变压器各侧电流之失量和∑i即为差动保护的差流，亦即不平衡电流。实际运行中变压器差动保护不平衡电流多不为0，究其原因，有些是普遍原因，是所有差动（横差、纵差、母差）保护都存在的；有些是特殊原因，是变压器差动保护所特有的。不同的不平衡电流对差动保护影响不同。

2.1 差动保护不平衡电流产生的普遍原因

电力系统一次电流本身不平衡（例如，电容电流等影响，

2.2.1 变压器各侧电压等级不同

电压等级不同，电流互感器的型号肯定不同，它们的励磁电流、饱和特性也就不同，变比特性相差较大，差动回路中所产生的不平衡电流就较大。

2.2.2 变压器各侧电流相位不同

变压器各侧绕组接线及排列方式不同，形成不同的接线组别。因此各侧电流相位不同。差动保护差流回路是用电流相量求和计算差流，因此，相位不同，计算结果也不同，相位相差较大时，不平衡电流会很大，使保护误动。

2.2.3 计算变比与实际变比不同

由于互感器都是根据产品目录有自己标准的变比，因此变压器各侧电流互感器的变比与变压器的变比很难完全匹配。

2.3 差动保护不平衡电流产生的其他原因

因为差动保护装置未将电容电流等计算在内），对于一般差动保护这个值很小，可以忽略；但对变压器来说，情况大为不同，一次电流不平衡有时会成为主要因素，如励磁涌流。

2.2 变压器差动保护不平衡电流产生原因

由于变压器特殊原理和构造，其差动保护不平衡电流产生的原因有其特殊之处，主要有以下方面。

除了设备和系统原因，还有一些其它情况会引起差动保护产生不平衡电流。

（1）差动CT断线（二次断线）。CT二次断线，相当于差流回路少了相应电流，即计算差流时未将该CT电流计算在内，故二次回路产生不平衡电流。其不平衡电流值对应于该差动

合闸分闸110134分闸22015䬚锁信号,D1TQ2󰀗HQTQ1;J1;J2102202图2 优化后的SF6气压低闭锁回路

对于110 kV及以下设备，其闭锁原理与220 kV断路器的设计思路是一致，其压力低闭锁回路则显得比较简单，两对气压低闭锁节点，一对用于驱动中间继电器闭锁控制回路闭锁，另一对用于直接发SF6气压低闭锁信号，不经过中间继电器，

提高闭锁回路的可靠性。

本方案虽没有从根本上解决SF6气压低闭锁回路缺少监视的缺陷。但是，以现场实际为基础，通过简单地改变中间继电器的接线方式。从一定程度上降低了SF6气压闭锁动作时闭锁功能不起作用而导致的风险，从而提高了闭锁回路的可靠性。4 结语

断路器SF6压力低闭锁回路作为断路器安全运行重要保护之一，其闭锁功能的可靠性直接影响着设备乃至整个电网的可靠稳定运行。本文针对常见断路器中压力低闭锁回路中存在的问题进行分析，并在原回路基础上提出了优化改进措施，为该回路的完善提供参考。也希望相关人员根据实际情况对闭锁回路动作的可靠性作出更合理的选择配合，进一步完善SF6气压低闭锁功能。

参考文献

[1] 史雷敏，郭伟伟，郝雁翔等.双重化配置继电保护的压力闭锁电源问题分析[J].电力系统自动化，2010（16）：97-99.

2018.5 电力系统装备丨125

2018年第5期

2018 No.5

Electric System电力系统

Electric Power System Equipment电力系统装备

CT流经的电流，一般是负荷电流。

（2）差动CT回路切换产生差流。对差动CT回路切换，以前用连接片和短接片，目前多用连接螺丝和短接螺丝。

由于差动CT大电流切换端子是三相回路，当进行切换操作时，必然存在同期性问题，例如退出差动CT，放短接螺丝时，先放第一个短接螺丝，一般是A、B相短接螺丝，此时，会将差动二次回路的A相回路和B相回路直接接通（差动保护的二次电流回路是按相平衡，A、B、C三相回路是的），显然，此时刻，不管该CT（A相、B相CT）是否有电流存在，只要C相CT有电流，差动回路中都会产生不平衡电流。该电流较大，可能引起保护误动。

3 差动保护不平衡电流应对措施

差动保护不平衡电流会影响保护正确性，造成保护误动，CT不存在，从而消除CT影响）。

3.2.3 采用比率制动

对于穿越性故障引起CT饱和，误差增大导致的不平衡电流，目前普遍采用比率制动差动保护来消除这种影响。比率制动是可靠性比较高的方法。

比率制动差动保护原理是用差电流与和电流比值，来判断是区内故障还是区外故障（即穿越性故障），若区内故障，制动闭锁开放，否则闭锁不开放。

比率差动动作原理方程：

Id>kIr

Ir其中，Id是差动保护差电流（即电流向量和），动作量；

是差动保护和电流（即电流数值和），制动量。

因此，针对各种不平衡电流及其产生的原因，必须采取相关措施，消除差动保护不平衡的电流影响。

3.1 普遍措施

3.1.1 差动CT回路切换时，退出差动保护

为防止差动CT回路切换，由于不平衡电流造成差动动作，规程规定必须短时退出差动保护。待切换完毕，测量保护不平衡电流在允许范围内，方可投入差动保护。

3.1.2 提高差动保护动作整定值

CT二次断线时，差动保护中不平衡电流是负荷电流。因此，所有差动保护，当然包括变压器差动保护，其启动值都是按躲过最大负荷电流整定，就是为防止CT断线时保护误动。

如此整定后，如果CT断线时，又发生穿越性故障，则差动保护仍将可能误动（除非该差动CT所在线路是无源线路，即不流经故障电流），因为此时差动二次回路中差流为该断线CT流经的故障电流，超过差动保护动作定值。所以，差动保护应设置CT断线告警信号，以便CT断线后运行人员能及时发现，退出差动保护，防止穿越性故障引起差动保护误动。

3.2 针对变压器差动保护的应对措施3.2.1 采用相位补偿

对于传统电磁型差动保护，通常将变压器的星形侧的3个

电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的3个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式，把二次电流的相位校正过来。目前普遍使用微机保护中，通过程序中自动换算，将两侧相位换算过来。

3.2.2 引入平衡系数

对于由于CT计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流，对传统电磁型保护，是采用调整差动保护平衡线圈匝数来实现。对目前微机变压器差动保护，这部分功能由程序软件来实现，通过调整平衡系数Kph来控制。

电流平衡系数Kph计算如下：

如前所述，变压器差动保护电流平衡实际上是功率平衡，即

3U1I1+3U2I2+3U3I3=0如果用保护电流二次值来表达变压器功率，则有

P1=3U1I1=3U1I″1Kct1其中Kct1为高压侧CT变比，I″1

为高压侧电流二次值（即微机差动保护装置采样到的差动CT二次回路电流值）。

同样，P2、PU3类似处理代入P1+P2+P3=0，1I″消去，得下式：

1Kct1+U2I″2Kct2+U3I″3Kct3=0整理形式，即为：U1Kct1I1″+U2Kct2I2″+U3Kct3I3″=0也就是说，变压器（包括两圈变）微机差动保护计算差

流时，是将各侧二次电流各自乘以一个系数U1Kct1、U2Kct2、U3Kct3，用乘以系数后的电流值来计算差流。这些系数称为平衡系数。可见，引入平衡系数目的就是消除CT变比不同带来的差流误差（实际上就是用一次电流值来计算差流，相当于

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K为比率制动系数，一般取0.5。显然，采用如此制动，差动保护具有较高的灵敏度和可靠性。

实际变压器微机比率制动差动保护为折线，即对不同的短路电流，采用不同的比率制动系数。

3.2.4 采用二次谐波制动

二次谐波制动是为防止励磁涌流影响。它与比率差动，一起构成完整的二次谐波制动比率差动保护。

由于励磁涌流中含有大量二次谐波分量，故一般微机型比率差动保护都利用差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，用于区别是故障电流还是励磁涌流。若二次谐波分量较大，则被判定为励磁涌流，比率差动动作原件被闭锁，否则比率差动原件开放。二次谐波制动比一般取0.12。

二次谐波制动保护可采用按相闭锁的方式，也可采用三相闭锁方式（即任一相差流中，二次谐波越限，则闭锁该相或三相差动启动）。

3.2.5 采用波形对称原理制动

由于二次谐波制动仍有其不足之处，随着微机保护的发展，对波形分析能力提高，又发展出了波形对称原理制动的差动保护。目前，电力系统大型变压器（220 kV及以上），按保护双重化原则，都配置两种不同原理的差动保护，一般是二次谐波制动差动保护和波形对称原理差动保护（如PST1200型差动保护）。

波形对称原理差动保护是由保护装置对采样的电流值进行计算，分析波形是否对称，以判断是故障电流还是励磁涌流。具体方法是：

其中，T是工频正弦波周期，当上式满足时，判为该点对称（即前半波和后半波关于X轴对称）。若一个采样周期内有50％（对具体保护，取值不同）的点对称，则认为波形为对称，开放差动保护。K为对称门槛，可取为1/3。

波形对称制动采用按相闭锁。4 结语

不平衡电流是变压器差动保护重点分析内容，尤其是变压器励磁涌流。研究新的技术、方法，以分析、判断励磁涌流特性，有效区分励磁涌流与故障电流，以便能在出现涌流时可靠闭锁变压器差动保护，防止误动，目前仍是电力技术领域不断研究、探讨的热门课题。通过对上面变压器差动保护不平衡电流及其影响的分析和总结，期望能在运行中降低变压器差动保护不平衡电流影响，避免差动保护误动，提高差动保护可靠性。

参考文献

[1] 董洁，于莉萍.变压器差动保护涌流制动原理的研究[J].电力系统自动化，1997（12）：30-33.