关于变压器差动保护校验的几点研究
【摘要】差动保护是变压器内部故障的主保护，保护必须对所发生的故障能够灵敏地进行反应，这就涉及到差动保护的灵敏度问题。如何快速、正确地校验差动保护的灵敏度对继电保护定值整定工作非常重要。该文以本地区电网220kV变压器为模型，以本地区应用广泛并有代表性的四方CSC326D和南瑞RCS978E两种型号的变压器保护为例对差动灵敏度校验的方法和步骤进行了论述，并总结出了简便、实用的校验方法。
【关键词】变压器；差动保护；灵敏度；校验；电网
1.引言
继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠动作的能力，是电力系统对继电保护的基本性能要求之一[1]。差动保护作为变压器的主保护之一，主要反应变压器绕组和引出线多相短路及绕组匝间短路故障。目前变压器差动保护多采用利用变压器励磁涌流特征的制动特性躲过涌流对差动保护的影响，这一措施大大提高了变压器差动保护的灵敏性[2]，也因此在整定计算过程中往往容易忽略了变压器差动保护的灵敏度校验。
2.变压器差动保护灵敏度校验的必要性
220kV变压器10kV侧故障时短路电流较高，一般在低压侧加装限流电抗器，降低低压侧故障时短路电流水平，短路电流水平降低的同时，在相同定值的情况下，变压器差动保护的灵敏度也降低。电抗器在变压器差动保护的范围之内，电抗器下端故障时，差动保护灵敏度应满足要求，但受系统结构、运行方式等方面影响，低压侧差动范围内故障，差动保护灵敏度是否能满足要求必须通过计算。
同时变压器作为电网中的重要组成部分，掌握其保护定值是否满足灵敏度要求也是必不可少的，因此主变差动保护的灵敏度校验是非常必要的。
3.校验方法探讨
3.1 校验步骤分析
变压器整定计算导则上关于制动特性的变压器差动保护灵敏度计算的规定：纵差保护的灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据计算最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ires，在制动特性曲线上查得对应的动作电流I’op，灵敏系[3]。根据变压器保护整定计算导则和微机变压器保护说明书中关于灵敏度计算的说明，灵敏度校验可归纳为如下步骤：
（1）计算系统最小方式下差动保护范围内变压器引出线上两相金属性短路
时流过变压器各侧的故障电流Ik.min。
（2）根据装置电流校正方法计算校正后流入装置的故障电流Id，为计算方便将该电流折算成主变额定电流的倍数。
（3）根据装置算法计算差动电流Idzmin及制动电流Izd。
（4）根据动作方程及以上求得的制动电流Izd计算出相对应的动作电流Idz。
（5）计算灵敏度=Idzmin/Idz。
3.2 校验中的关键问题分析
3.2.1 最小运行方式选择
如何快速、正确地计算出差动保护的最小灵敏系数，系统最小方式的选择是关键。所谓最小方式，就是故障时短路电流最小的方式。廊坊电网为单侧电源系统且主变高压侧为电源侧，变压器分列运行的情况下，只有高压侧提供短路电流，其它侧不会提供。而变压器并列运行时，在低压侧差动范围内故障时另一台变压器通过联络开关也会提供短路电流。在系统方式一定的情况下分列运行时流入差动保护的故障电流比并列运行时要小。10kV侧短路电抗大，因此10kV侧故障时的短路电流比110kV侧故障时要小。总之，变压器分列运行时差动保护灵敏度满足要求，并列运行时一定能满足；低压侧故障时灵敏度满足要求，中压侧故障时也一定满足。因此最小方式选变压器分列运行时，低压侧两相故障。
3.2.2 校验灵敏度用的电流表示形式
微机变压器差动保护中的动作方程均以变压器额定电流的形式表示，因此，校验灵敏度用的故障电流要用变压器额定电流的倍数表示，这样不需折算到同一电压等级，不需靠考虑平衡系数的影响，但必须考虑差动保护装置相位校正对电流的影响。相位校正的影响与具体的保护装置有关，目前只有两种类型，Y/△接线的变压器，一种是Y侧倒相位，一种是△侧倒相位。下面分析的CSC326D型微机变压器保护和RCS978E型微机变压器保护是两种类型的代表。
3.3 校验实例分析
下面就以某220kV变电站的变压器为例对变压器差动保护灵敏度校验方法进行论述。该站基本情况如下：主变接线组别为YNyn0d11；配置CSC326D型微机变压器保护和RCS978E型微机变压器保护。
3.3.1 CSC326D型保护灵敏度校验
CSC326D型变压器差动保护计算以高压侧为基准，中、低压侧各相电流应乘以相应的平衡系数，得到幅值补偿后的电流。变压器各侧TA接线采用星型接
线，二次电流直接接入装置，TA二次电流相位由软件自动在Y侧进行校正，对于Y/△-11接线，其校正方法如公式（1-1）、 （1-2）、（1-3）所示：
式中，，为Y侧校正后的各相电流，，，为Y侧TA二次电流，差动电流与制动电流计算都是在相位校正和平衡补偿后的基础上进行的。校验时按一次电流进行计算，故计算过程中不考虑变压器各侧电流幅值补偿，只考虑相位补偿。
动作电流Idz（各相差动电流）和制动电流Izd的计算方法如式（2-1）（2-2）所示：
式中：为所有侧中最大的相电流，为其它侧（除最大相电流侧）相电流之和。
比率差动保护动作判据如式（3-1）所示：
其中：Icd为差动保护启动电流定值，Idz为动作电流，Izd为制动电流，为第一段折线的斜率（固定取0.2），KID为第二段折线斜率其值等于比率制动系数定值，为第三段折线斜率（固定取0.7）[4]。保护装置程序中按相判别，任一相满足上述条件，比率差动动作。灵敏度校验过程如下：
（1）系统小方式下10kV侧差动范围内VW相间故障，只有高压侧提供短路电流。高压侧三相故障电流：
（2）根据式（1-1）、（1-2）、（1-3）计算装置相位校正后故障电流为=0，，=。
（3）根据公式（2-1）计算三相差流：
IdzminU=0，IdznimV=，IdzminW=。装置按相计算，以W相为例。由公式（2-2）计算W相制动电流：IzdW=0.5×=。
其中IdzminU、IdzminV、IdzminW分别为故障时各相的最小差动电流Idzmin。
（4）根据公式（3-1）及第（3）步计算出的制动电流，计算相对应动作电流IdzW。
（5）计算灵敏度Klm=。
3.3.2 RCS978E型保护灵敏度校验
RCS978E型变压器保护，变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入装置。变压器各侧TA二次电流相位由软件调整，装置采用Δ->Y变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，加快保护的动作速度。对于Y0/Δ-11的接线，其校正方法为：
式中：U、V、W为Y侧TA二次电流U’、V’、W’为Y侧校正后各相电