变压器差动保护不平衡电流相关问题研究

变压器差动保护不平衡电流相关问题研究

变压器差动保护装置是电力系统中一个极其重要的组成部分。但是由于不平衡电流的存在，严重影响了差动保护装置的可靠运行，本文主要分析了差动保护装置不平衡电流产生的原因及消除方法。

标签：变压器 差动保护 不平衡电流 相位补偿 平衡系数 励磁涌流 1 变压器差动保护原理分析

变压器的差动保护是利用比较变压器各侧电流的差值构成的一种保护，以两卷变压器为例其单线原理图如图1所示。

变压器装设有电流互感器CT1和CT2，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器KD 并接在差回路中。具体参数如下：

I1’为流过变压器高压侧的一次电流。 I1”为流过变压器低压侧的一次电流。

I2’为流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流。 I2”为流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流。

变压器在正常运行或外部故障时，电流由电源侧Ⅰ流向负荷侧Ⅱ，在图1所示的接线中，CT1和CT2的二次电流I2’、I2”会以反方向流过继电器KD的线圈，KD中的电流等于二次电流I2’、I2”之差，故该回路称为差回路，整个保护装置称为差动保护。若电流互感器CT1和CT2变比选得理想且在忽略励磁电流的情况下，则I2’=I2”，继电器KD中电流I=0，亦即在正常运行或外部短路时，两侧的二次电流大小相等、方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动保护不动作。

如果故障发生在CT1和CT2之间的任一部分(如变压器内部故障)，且母线Ⅰ和Ⅱ均接有电源，则流过CT1和CT2一二次侧电流方向如图1(b)所示，于是I2’、I2”按同一方向流过继电器KD线圈，即I’=I2’+I2”，使KD动作，瞬时跳开变压器两侧开关。如果只有母线Ⅰ有电源，当保护范围内部有故障时，I2”=0，此时继电器KD仍能可靠动作。

2 不平衡电流产生原因

2.1 稳态不平衡电流产生的原因：①变压器高低压侧绕组接线方式不同；②变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同；③带负荷调分接头引起变压器变比的改变。

2.2 暂态不平衡电流主要是由于变压器空载投入电源或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。

3 不平衡电流的消除方法

3.1 高低压侧接线方式不同产生的不平衡电流

对于变压器高低压侧绕组接线方式不同而产生的励磁涌流我们采用移相法进行相位补偿，从而消除不平衡电流，具體做法以南瑞继RCS978装置保与南自PST1200装置为例描述如下。如图2所示为Y，d11两卷变压器两侧绕组及电流互感器接线方式及其中通过的一次、二次电流流向（各电流均为向量值）。

变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。RCS978变压器保护采用Δ→Y相位变换，变换后相量图如图3所示。

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，大大加快保护的动作速度。对于Yd/Δ-11的接线，其校正方法如下：由于RCS978变压器保护采用标幺值计算，变换过程不受变压器变比的影响。

Y0侧：I’a=Ia-I0 I’b=Ib-I0 I’c=Ic-I0

Δ侧：I’a=■（Ia-Ic） I’b=■（Ib-Ia） I’c=■（Ic-Ib）

其中：Ia、Ib、Ic为Δ侧TA的二次电流，I’a、I’b、I’c为Δ侧TA校正后的二次电流。

IaY、IbY、IcY 为Y侧TA的二次电流。

对于PST1200保护装置则采用Y→Δ变化调整差流平衡。对于Yd/Δ-11的接线，其校正方法如下：

Y0侧：I’a=（Ia-Ic）/■ I’b=（Ib-Ic）/■ I’c=（Ic-Ia）/■ Δ侧：Ia△=I’a Ib△=I’b IC△=I’C

其中：Ia、Ib、Ic为Y侧TA的二次电流，I’a、I’b、I’c为Y侧TA校正后的二次电流，Ia△、Ib△、Ic△为Δ形侧的二次电流。

3.2 电流互感器的型号和变比不相同产生的不平衡电流

在正常运行和外部故障时变压器两侧差动CT的二次电流幅值不完全相同，即使经过相位校正，从两侧流入各相差动原件的电流幅值也不相同，在正常运行与外部故障时无法满足∑I=0关系。

在微机型变压器保护装置中采用软件进行幅值调整。引入了一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同的电流的折算系数，将该系数称作平衡系数。将一侧电流作为基准，将另一侧电流乘以该侧的平衡系数，使正常运行或外部故障时经过相位校正额幅值校正后的两侧电流幅值相等，满足∑I=0。

根据变压器的容量、接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。

设变压器的容量为Se，接线组别为YN，d11，两侧的电压（指线电压）分别为UY及U△，两侧差动CT的变比分别为ny及n△，以变压器的d侧为基准侧，计算变压器Y侧的平衡系数K。

①差动CT的接线为△/Y(变压器Y侧的差动CT为进行移相)。

变压器绕组Y接线和d接线两侧流入差动元件的二次电流IY及I△分别为： IY＝■Se /■UYny＝Se /UYny I△＝Se /■U△n△

如果以变压器d侧的电流I△为基准，要使KIY＝I△，则变压器Y侧的平衡系数K：

K＝I△/IY＝UYny/■U△n△

②差动CT接线为Y/Y，由软件在变压器高压侧（Y侧）移相。 变压器两侧流入差动元件的二次电流分别为：

IY＝Se /■UYny I△＝Se /■U△n△ 每相差动元件两侧的计算电流分别为：

高压侧：经软件移相，得到的是两侧电流之差I′Y=Se/UYny