６０ 供 用 电 第２７卷第６期 ２Ｏ１０年１２月 消除变压器微机差动保护中不平衡电流方案研究 徐良骏 。，李 坚。 （１．上海交通大学，上海２００２４０；２．上海市电力公司市区供电公司，上海２０００８０； ３．上海市电力公司技术与发展中心，上海２０００２５） 摘要：目前有些微机保护继电器受多种因素的制约，软件存在通用性方面不足的问题。针对用于某型号变 压器的微机差动保护无法消除电流互感器二次回路中不平衡的问题，分析了变压器差动保护中产生不平衡 电流的因素，根据电磁型和微机型差动保护继电器消除变压器差动保护不平衡电流的原理，提出了采用改变 微机差动保护电流互感器二次回路的接线方式来解决这个问题的方案。 关键词：变压器；差动保护；不平衡电流 中图分类号：ＴＭ７７４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—６３５７（２０１０）０６—３ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－Ｂａｓｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ＸＵ Ｌｉａｎｇｊｕｎ ，Ｌｆ Ｊｉａｎ （１．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｉｎａ； ２．Ｕｒｂａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＳＭＥＰＣ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００Ｏ８０，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ，ＳＭＥＰＣ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００２５，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ ｓｏｍｅ ｍｉｃｒｏｐｒ０ｃｅｓｓｏｒ—ｂａｓｅｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｙｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ， ｓｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ．Ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｎｏｔ ｔｏ ｂｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｉｒ— ｃｕｉｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆｒｏｍ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｙｐｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒ ｃａｕｓｅｄ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｒｅｌａｙｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｈａｎｇｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓ０ｒ ｂａｓｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｒａｉｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ 随着技术的进步，微机保护在电力系统中运 流。本文针对这一问题进行分析研究。 用越来越广泛。虽然微机保护相对于传统电磁型 保护有很多优点，但有些微机继电器为了简化软 ｌ 变压器差动保护中产生不平衡电流的 件，提高内部计算速度，或由于软、硬件配置上的 因素分析 限制，造成了在实际使用中通用性欠缺。 变压器的差动保护中产生不平衡电流的因素 有些微机差动保护继电器没有把所有接线组 主要有：①变压器的励磁涌流；②变压器两侧电流 别的变压器不平衡电流补偿矩阵都写入计算处理 相位不同；③计算变比与实际变比不同；④两侧电 软件，只是针对几种最常用的变压器开发相应的 流互感器型号不同；⑤变压器带负荷调整分接头 补偿算法，而对于定值菜单范围外的变压器接线 等。在上述因素中，因素①、④、⑤引起的不平衡 组别，微机继电器本身就无法对电流互感器的二 电流实际上是不可能消除的，所以在保护整定计 次电流进行校正，上海市电力公司市区供电公司 算时都会予以考虑。对于因素③，可以采用平衡 在实际运用中就碰到了这个问题，按照微机差动 线圈的方法将不平衡电流降到最小。只有因素② 保护继电器两侧电流互感器说明书上的接法，无 引起的不平衡电流，需要通过电流互感器采用适 论如何整定都无法消除二次回路中的不平衡电 当接线，或者选择适当微机差动保护继电器参数 徐良骏，等：消除变压器微机差动保护中不平衡电流方案研究 ６１ 设置予以消除，错误的电流互感器二次回路接线 或者微机差动保护继电器的参数设置都会使不平 衡电流进入纵差线圈引起保护误动。 需将两侧纵差电流互感器二次侧都接成星形，对 于高压侧输入其继电器端口的电流不做处理，对 于低压侧输入其继电器端口的三相电流，继电器 使用下面的矩阵： ２ 电磁型差动保护继电器消除变压器差 动保护中不平衡电流的原理 对于常用的Ｙｄｌ１联结组别的三相变压器， 其两侧一次电流相位差为３Ｏ。，如果两侧纵差电 ｎｃ］ ｆ ０ ］ ０ ｌ Ｉ．『ｂ ｌ （１） ｉ Ｂｃ ｌ一｛ｌ一１ １ ｛ ｃｃ ｌ ｌ０ —１ １ ｌ Ｉ Ｉ 式中：Ｊ 、Ｉ 、ｆ 是流人继电器端口的三相输入电 流互感器二次侧都接成星形，则即使两侧纵差电 流互感器二次电流相等，但由于两侧电流存在相 位差也将在差动保护绕组中产生较大的不平衡电 流。为消除纵差保护两侧电流互感器在正常运行 中因变压器接线而造成的相位差，在电磁型差动 保护中，常采用相位补偿的方法来消除。即将变 压器星形侧的纵差电流互感器二次侧接成三角 形，将变压器三角形侧的纵差电流互感器二次侧 接成星形，以便将变压器两侧纵差保护电流互感 器二次电流的相位矫正过来。 纵差保护绕组接线中还存在着极性问题：① 当变压器高、低压两侧纵差保护绕组的电流极性 接线正确时，通过相位表测量、绘制出的相量图， 就能够反映出纵差保护绕组高、低压两侧电流大 小相等、相量和为零，两侧差动电流抵消为零，纵 差保护不动作；②当差动保护绕组高、低压两侧电 流极性接反，测量绘制出的相量图反映高、低压两 侧电流大小相等、方向相同，所叠加出的不平衡电 流为任一侧电流的近两倍，从而造成差动保护的 误动。 可见，对于不同接线组别的变压器，电流互感 器二次侧要选择适当的连接方式、正确的极性才可 将电磁型差动保护的二次电流的相位校正过来。 ３微机型差动保护继电器消除变压器差 动保护不平衡电流的原理 与电磁型差动保护继电器无法对输入继电器 的电流进行处理不同，微机差动保护继电器依靠 其强大的计算、处理能力，灵活的逻辑编程能力， 可根据装置参数设置、定值菜单整定对输入其内 部的变压器高、低压两侧电流互感器二次电流先 进行一定的处理（包括相位、大小等），再求差动电 流的大小。 例如，对于Ｙｄｌ１联结组别的三相变压器，只 流；ｆ 、ＪＢｃ、 是经过补偿后的相关电流。 利用式（１）对低压侧输入其端口的三相电流 进行顺时针３Ｏ。的补偿，低压侧补偿后的电流与 高压侧的电流进行差流计算就没有相位差了。同 理，无论针对哪种接线组别的变压器，两侧纵差电 流互感器二次侧都可以接成星形，利用继电器内 部对应的补偿矩阵，可以校正任意相位角度差的 二次电流。这样现场工作人员在电流互感器的安 装和继电器的接线上，就不用将电流互感器再进 行Ｙ／△接线的转换，基本杜绝了由于电流互感器 接线错误引起的差动保护误动事故。 ４改进方案 通过对上述两类保护继电器中消除不平衡电 流方法原理的分析，借鉴对输入差动保护继电器 二次电流相量的分析，以及在电磁型差动保护继 电器上改变电流互感器二次回路接线来消除两侧 的不平衡电流的方法。在本文中将这两种方法相 结合，应用到微机差动保护继电器上，来弥补微机 型保护继电器中软件这方面不足，完全消除变压 器差动保护的不平衡电流。 上海市电力公司市区供电公司所用的１１Ｏ ｋＶ变压器的联结组别均为ＹＮｙｎｌ０ｄｌ１选用 ＷＢＨ一８１２／Ｒ２微机差动保护继电器作为变压器 主保护。该保护装置在外省市应用十分广泛，而 且外省市该电压等级的变压器联结组别均为 ＹＮｙｎｌ２ｄｌ１，因此该保护装置设定中符合外省市 的情况而缺乏上海这种联结组别的变压器的选 型。上海在进行保护整定时发现了这个问题，要 换继电器已经不可能，要求厂家将继电器软件升 级，也要较长的时间会延误工程进度。通过研究 分析正常运行时变压器ＹＮｙｎｌ０两侧电流的相 量图，决定在微机差动保护继电器中，两侧电流互 感器一次侧均以电流流入变压器为极性端，高压 ６２ 徐良骏，等：消除变压器微机差动保护中不平衡电流方案研究 侧电流互感器二次侧正极性接人保护装置，Ａ、Ｂ、 Ｃ相分别相应接人保护装置的Ａ、Ｂ、Ｃ相端子；而 ５ 结语 微机保护在电力系统中的全面应用是技术发 展的趋势，虽然微机保护功能全面、运算能力强， 低压侧电流互感器二次侧反极性接入保护装置， Ａ、Ｂ、Ｃ相分别相应接人保护装置的Ｂ、Ｃ、Ａ相端 子。而ＷＢＨ一８１２／Ｒ。保护装置差动保护定值按 ＹＮｙｎｄ１２来选型，“变压器联结组别时钟序数”整 定为“０”选为１２点；“第１侧接线型式”整定为 “１”，为星形接线；“第２侧接线型式”整定为“０”， 可以简化接线，但其还处于发展的初期，仍然是基 于传统的继电保护原理上的，在它不断完善发展 的过程中不可避免地存在软件上的缺陷或程序上 的限制。此时，继电保护工作人员可以依靠理论 表示没有相应侧电流引入；“第３侧接线型式”整 分析，结合传统继电保护技术，灵活运用微机保护 定为“１”，为星形接线；“第４侧接线型式”整定为 的各项功能来解决问题。 “０”表示没有相应侧电流引入。 如此整定定值后，微机差动保护继电器装置 参考文献 的软件缺陷就能依靠外部电流互感器二次接线来 ［１］沙声强，姚伟，孙世忠．变电站３５ ｋＶ及以下馈线 弥补，提高了该装置的适用范围。最终现场安装 不停电微机保护改造ＥＪ］．供用电，２００８（３）． 调试人员按照此方法接线，实践证明了该方法有 收稿日期：２ＯｌＯ年１１月 效地消除了不平衡电流，保证了变电站按时可靠 徐良骏 （１９７８一），工程师，从事继电保护整定工作 投运。 ． 李坚（１９７３一），工程师，经济师，主要从事技术管理工作 （上接第４９页） 筑面积约３２ ，减少了土建费用，为变电站规划 ５ 结语 选址和征地工作提供了方便。 参考文献 １）在城区变电站建设用地越来越困难的情 况下，变电站设计优化布置是非常必要的。郑州 ［１］刘振亚．国家电网公司输变电工程典型设计ｔ１０ ｋＶ 电力设计院在满足１１０ ｋＶ变电站设计规程规范 变电站分册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００７． 及功能性要求的前提下，通过在变电站设计中采 Ｅ２Ｊ河南省电力公司．河南省电力公司城区１１０ ｋＶ变 用新技术、选用新设备，通过合理的综合建筑物和 电站典型设计实施方案［Ｍ１．北京：中国电力出版 总平面的优化布置，减少了变电站建设面积和占 社，２００８． 地面积。 收修改稿日期；２ＯｌＯ年ｌＯ月 ２）ＨＬ变电站优化布置设计与典型设计方 王定红（１９６０一），高级工程师，从事电气一次设计和设计 案相比，可减少变电站占地面积约２７ ，减少建 项目管理工作 广 告 目 次 单位…………………………………………版面 亚力克（上海）能源设备租赁有限公司……广３ 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