35kV主变差动保护原理分析及应用

摘要：差动保护主要用于电力变压器的保护，其原理是监测主变各侧不同监测点电流的变化，当异常值达到整定值时，动作断路器会将设备从系统中切除，防止事故进一步扩大。文章主要阐述西门子差动保护装置7UT686的基本原理、特性及其在35kV主变的应用。

关键词：差动保护；CT极性；继电保护技术

0引言

为解决某35kV变电所主变的差动保护装置超期服役，容易造成保护误动，致使生产装置停工，遂采用西门子7UT686系列变压器差动保护装置替代原有保护装置，该装置包含纵联差动保护、复压闭锁的后备过流等保护功能，可快速而有选择性地切除发生在各种变压器上的内部故障。

1变压器差动保护的基本原理

变压器差动保护是通过比较变压器一次侧和二次侧电流的相位及大小，以判断变压器是否正常运行的。在正常运行或外部故障时，流经变压器差动保护回路的电流为零；在保护范围内发生故障时，差动保护回路内有不平衡电流流通，引起差动保护装置动作，断开变压器两侧断路器，切除故障，差动保护其基本原理如图1所示：

差动电流定义：Idiff=|I1+I2|

制动电流定义：Istab=|I1|+|I2|，式中I1和I2分别为变压器一次侧和二次侧电流。

1.1电流制动

如果电流互感器CT1和CT2在饱和状况时的磁化特性不同，则发生外部故障引起大电流穿越差动保护区时，可能会在测量元件M中产生明显的差流值，从而导致差动保护动作跳闸。为了防止差动保护在这种状况下发生误动作，就引入制动电流，采用模值计算制动量。以下通过2个测量点来进行说明：跳闸电流或者差动电流Idiff=|I1+I2|；制动电流Istab=|I1|+|I2|以上定义可扩展两个以上的测量点，Idiff采用电流的基波分量进行计算，作为保护的跳闸量，而Istab却与此相反用于制动。

1.无扰动状况或者外部故障时的电流穿越：I2反方向，符号改变，即I2=–I1；同时|I2|=|I1|；Idiff=|I1+I2|=0、Istab=|I1|+|I2|=2|I1|没有跳闸量Idiff，而制动量Istab为穿越电流的两倍。

2.内部短路故障，电流只从一侧馈入：

因此I2=0，Idiff=|I1+I2|=|I1|，Istab=|I1|+|I2|=|I1|；跳闸量Idiff等于制动量Istab，等于总的故障电流。

这个结果表明，内部故障时Idiff=Istab。从而，内部故障时的特性曲线是一条与坐标横轴成45°夹角的直线，如图2所示。

1.2区外故障时的附加制动：

短路情况下产生的大故障电流或系统引起的电流互感器饱和，对区内故障（保护范围内的故障）并无影响，因为差动电流和制动电流出现相同程度的波形失真。从原理上来看，这种情况下图2中所示的跳闸特性仍然适用，但是基波电流幅值必须至少大于启动定值（特性a）。当外部故障产生的穿越性大故障电流引起CT饱和时，尤其是在两个测量点的饱和程度不一致的情况下，回路中就会模拟出相当可观的差动电流。外部故障情况下一侧CT饱和时，差动电流和制动电流的瞬时值发展轨迹如图2中的虚线所示。

故障（A）发生后，短路电流将会显著增大，产生相应的大制动电流（2倍的穿越电流）。发生在一侧的饱和（B）此时将会导致差动电流增加，制动电流减小。因此，运行点Idiff/Istab可能会进入差动保护的动作区（C）。而与此相反的是，发生内部故障时运行点（Idiff，Istab）将会很快地沿着故障特性（D）移动。这是由于，制动电流几乎不可能大于差动电流。因而，一旦Idiff/Istab的比值在某个固定的最小时间之内超过了内部门槛值，那么就判定变压器发生了内部故障，差动保护动作。

2现场35kV主变差动保护实际接线

变压器接线组别Yd11，容量为20MVA，差动电流互感器变比为400/5（主变一次侧）、2500/5（主变二次侧），具体差动保护接线如图3所示。

3主变差动保护定值整定

3.1  测量值匹配

电流流经电力变压器时，各侧电流互感器显示二次电流并不相等。根据被保护变压器的变比和联结组形式不同及各侧电流互感器的一次额定电流不同，电流互感器有不同的二次电流。要进行电流比较，就必须要对这些数据进行匹配。

7UT686这个转换过程需要采用输入到保护装置的电力变压器铭牌数据，如额定视在功率额定电压，还有电流互感器一次侧额定电流等；由于电流互感器的一次额定电流与电力变压器各侧的额定电流不同，因此必须对二次电流乘以平衡因数k1（变压器一次CT额定电流/变压器一次额定电流）和k2（变压器二次CT额定电流/变压器二次额定电流）。匹配后，输入保护装置的二次电流会对应转换到电力变压器各侧的实际电流，正常情况下保护装置内部得到的电力变压器各侧电流值相等。

3.2  35kV主变差动保护定值整定

差动保护启动电流为0.3I/InO，差动速断电流为6I/InO，折线1斜率为0.5，折线1基点为0，折线2斜率为0.95，折线2基点为1.5I/InO，2次谐波制动系数为15%，2次谐波制动交叉闭锁时间3Cycle，CT断线监视：闭锁，CT断线告警时间：5s，CT断线自动解锁差流定值：5.00I/Ino。

这里重点强调一下谐波制动：

1.二次谐波涌流制动功能可通过参数2次谐波制动切换为退出或投入，它是基于励磁涌流的二次谐波。2次谐波制动系数用于设定差动电流中二次谐波与基波的比值。在某些特殊情况下，如果空投变压器时涌流很小，则可以把上述参数整定得较小。谐波制动不会影响差动速断。

2.二次谐波制动也可以设置所谓的交叉闭锁，就是说只要一相的谐波含量超过定值，那么差动保护Idiff>的三相就会全部闭锁。参数2次谐波制动交叉闭锁时间用于定义交叉闭锁功能的作用时间，按交流信号的周波数整定。如果整定为0周波，则表示不投交叉闭锁，如果检测到的话，此时仅闭锁相应相，如果整定为大于0周波的话，检测到则闭锁三相。如果设置∞，那么只要任何一相中检测到谐波，则交叉闭锁功能始终有效。

3.除二次谐波外，7UT686还提供其它高次谐波制动。参数n次谐波制动用于退出高次谐波制动，或投入3次谐波和5次谐波。变压器稳态过励磁主要表现为高阶奇次谐波，3次谐波和5次谐波都适用于检测过励磁。由于3次谐波在变压器中（如三角形侧绕组）被消除，因此通常选用5次谐波。参数n次谐波制动系数用于设定差动电流中高次谐波与基波的比值。例如，如果5次谐波用于防止变压器过励磁时差动跳闸，通常整定为30%（现场大量试验数据所得）。

所以根据此台35kV主变实际运行工况只设置2次谐波制动，交叉闭锁时间为3cycle。

4结语

西门子7UT686差动保护原理较完善‚考虑周到其动作特性曲线可更好地与CT饱和特性相匹配能同时满足保护装置的可靠性和灵敏性其对电流相位匹配的处理方法简洁方便对CT饱和的附加制动功能有独到之处，确保了35kV主变的可靠运行。

参考文献：

［1］王轶．变压器一次接线组别对二次差动保护接线方式的影响[J]．南方电网技术，2010（3）：96－98．

［2］吴高飞．差动保护电流互感器二次接线方式探究［J］．企业技术开发，2016（25）：83－86．

［3］甘辉霞．差动保护不平衡电流的产生机理及措施［J］．机电工程技术，2014（12）：133－136．