主变差动保护原理分析

1　引言

主变差动保护是变压器的主要保护手段，基本原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差，在保护区内故障，差动回路中的电流值大于整定值，差动保护瞬时动作，而在保护区外故障，主变差动保护则不应动作。受变压器励磁电流、接线方式、电流互感器误差等因素的影响，使差动回路中产生不平衡电流，而不平衡电流中励磁涌流的存在，常可导致变压器差动保护误动，给变压器差动保护的实现带来困难，因此采用措施减少不平衡电流及其对保护的影响是实现主变差动保护需要解决的主要矛盾。

2　主变差动保护分析

在主变差动保护所用电流互感器选择时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，还应适当地增大电流互感器变比，以降低短路电流倍数，这样可以有效削弱励磁涌流，减少差动回路中产生的不平衡电流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。下面将通过实例进行分析：

实例：一台三相三绕组降压变压器，容量S_e=40.5MVA，电压110±2×2.5%kV/385±2×2.5%kV/11kV，接线方式：Ydd11-11，变压器额定电流：213A/608A/2130A。主变差动保护采用BCH-2型差动继电器。基本计算如表1所示，已确定110kV侧为基本侧。

主变差动保护部分整定值如下(计算过程略)：

差动线圈的计算匝数：W_cd.js=6.3匝，实际匝数向下取整，取W_cd.js=6匝；

继电器的实际动作电流：I_dz=10A；

灵敏度K_1m=2.1。

该变电所曾发生10kV线路出线处因外力破坏导致三相金属性短路，10kV线路电流速断动作，相继引起主变差动保护误动作。我们初步分析因短路点离保护太近，又是最严重的三相金属性短路，短路电流极大，当外部故障切除，电压恢复时，出现数值很大的励磁涌流，从而使差动回路产生的不平衡电流大于整定电流值而导致主变差动保护误动作。但如果提高保护定值，如保护定值增大为11A，则灵敏度变小K1m=1.91＜2，不能满足灵敏度的要求。

表1

项目	高压侧	中压侧	低压侧
额定电压(kV)	110	35	11
额定电流(A)	213	608	2130
电流互感器接线	D	Y	Y
电流互感器计算变比		608/5	2130/5
电流互感器选择变比	400/5	750/5	3000/5
流入差动回路中的电流(A)	213/(400/5)×3=4.6	608/(750/5)=4.05	2130/(3000/5)=3.55
不平衡电流(A)	0	4.6-4.05=0.55	4.6-3.55=1.05

后经综合分析，认为采用BCH-2型具有速饱和变流差动继电器来避免励磁涌流存在一定缺陷。从励磁涌流的特性看，对三相变压器，电压恢复时，至少有两相出现程度不同的励磁涌流，即三相励磁涌流中可能有一相没有非周期分量，这时速饱和变流器将失去作用。分析保护定值，差动保护电流互感器变比选得有些偏低，且趋于饱和。这样当发生最严重的三相金属性短路时，电流互感器因饱和其误差增大，不但增大不平衡电流，而且使电流互感器严重过载。而增大电流互感器变比，可降低短路电流倍数，减少差动回路中的不平衡电流，因而能有效地削弱励磁涌流和区外故障产生的不平衡电流。

根据以上分析，采用增大电流互感器变比的方法，其数据如表2所示(与表1相同部分略)。

表2

项目	高压侧	中压侧	低压侧
电流互感器选择变比	500/5	900/5	4000/5
流入差回路中的电流(A)		608(900/5)=3.38	2130/(4000/5)=2.66
不平衡电流(A)	0	3.69-3.38=0.31	3.69-2.66=1.03

主变差动保护部分整定值如下(计算过程略)：

差动线圈的计算匝数：W_cd.js=8.1匝，实际匝数向下取整，取W_cd.js=8匝；

继电器的实际动作电流：I_dz=9A；

灵敏度K_1m=2.44。

由表1、2及部分整定数据可知：电流互感器变比增加后，其二次电流110kV侧由4.6A减为3.69A，35kV侧由4.05A减为3.38A，10kV侧由3.55A减为2.66A；差动回路中的不平衡电流：35kV侧由0.55A减为0.31A，10kV侧由1.05A减为1.03A；灵敏度由2.1增为2.44。即减少了电流互感器二次回路电流和差动回路中的不平衡电流，提高了保护装置的灵敏度，使主变差动保护区外发生最严重的三相金属性短路时，电流互感器不致于严重过载而使误差增大，有效地削弱励磁涌流和区外故障产生的不平衡电流。该所自增大电流互感器变比后，10kV线路再发生类似短路故障时，主变差动保护再未误动过。

3　结论

为防止主变差动保护因不平衡电流的影响造成的保护误动作，在选择保护用电流互感器时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，适当增大电流互感器变比，这样可以降低短路电流倍数，减少差动回路中产生的不平衡电流，有效削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作不失为有效的方法之一。