变压器差动保护动作判据研究

1变压器差动保护简介变压器差动保护的动作特性如所示，它是一个带比例制动的差动保护。

在此特性图上：折线上方为动作区，下方为制动区。

由图可知，随着流过的制动电流增大，其要求的动作电流也进一步变大，下面来详细分析这个问题。

差动保护动作方程如下：其中：在此保护特性中，根据短路电流的不同，动作电流共分为三段。其中一段和二段为比例差动制动。

方程式（1）、（2）中，Ico为差动动作电流，Ires为差动制动电流，TA的极性取母线侧为正极性。Kbl为比例制动系数，在工程实际中，许多公司如国电南瑞（NARI）、国电南自（NAEF）、许继四方和ABB等多家厂家建议，根据具体变压器的不同，可以取在0.2到0.75之间。

IcdSD为差动速断保护为差动保护第三段，它无制动约束，可以快速切除严重的内部故障，和带制动差动互为补充，防止由于电流互感器饱和而引起的差动保护延时动作，其整定值应按躲过变压器的励磁涌流来整定：IcdSD=K*Ie，其中K为倍数，40~120MVA的变压器K值可取3.0~6.0，可以视变压器容量和系统阻抗的大小而定。

2变压器差动保护动作行为分析2.1变压器区内故障2.1.1单侧电源供电时发生变压器区内故障由于单侧供电，因此低压侧电流为0.变压器发生内部短路时Im要远大于Ie，其ICO/Ires的值约为2由此可以满足判据（1），差动保护能够可靠动作。

2.1.2双侧电源供电时发生变压器区内故障由于双侧供电，因此高低压侧同为从母线侧向变压器流入故障电流，Im和In是同相位。

发生内部短路时Im要远大于Ie，因此ICD的值很大，而此时制动电流为0，即使考虑到TA饱和的影响其制动电流也很小，由此也可以满足判据（1），差动保护能够可靠动作。

2.2变压器发生区外故障变压器区外故障系统示意图如，当变压器低压侧发生区外短路故障（K1）时，变压器流过穿越电流，此时Im和In两侧电流互为反相位，在此情况下变压器差动保护不应该误动，而应该由相应的线路保护动作去切除故障。

考虑到在巨大的短路电流作用下，电流TA将会发生饱和，变压器的差动回路要承受很大的不平衡电流，这对差动保护的安全性是个考验。一般TA的选型上已经保证TA的大误差不超过10，由此考虑到严重的情况：在外部大故障电流Idmax的情况下，低压侧的CT由于容量较小而In发生饱和，另一侧高压侧TA而Im不饱和的情况下：此时的In也就是Idmax已经很大，差动回路的差流亦会很大，因此在工程中必须选取适当的差动制动比例系数Kb/，使其ICD/Ires的值小于动作值，让差动保护能够可靠闭锁保护不动作，保证保护的安全性。

2.3变压器区外故障的同时发生变压器内部故障2.3.1流出电流对差动保护灵敏度的影响如所示，当系统发生变压器区外线路（K1）故障时，或者在低压侧带很重的负荷这两种情况下，同时变压器内部发生匝间短路故障（K2），这时由于变压器流过大量的穿越电流，将会有制动电流Ires出现，在此情况下变压器差动保护不应该被闭锁制动，而应该能够解除闭锁，可靠出口动作，下面就对这种流出电流对差动保护灵敏度影响的情况进行重点分析。将动作方程（1）进行处理，从而得出在区外线路故障的同时发生变压器内部故障，在保护正确动作的情况下，来研究与允许流出的大电流之间的关系DQ为低压侧流出电流In与高压侧电流Im的比值：其中K=im/le；也就是高压侧故障电流对额定电流的比值倍数。在本研究课题中选择一个如上图所示电力系统，选取变压器容量40~120MVA的变压器进行数字仿真分析，模拟系统发生区外故障，而在同时变压器内部也发生了内部短路故障，分析此时的差动保护的动作行为。工程实际，在仿真中取Is1二0.5Ie，Is2=6Ie.并且分别选取多组差动起动电流icdqd二0.2Ie，0.体仿真结果如下。（其中Q由可知，在变压器区外故障的同时也发生区内故障的情况下，随着差动制动比例系数Kb/的增大，其流出电流Q值也越来越小；同时发现，随着差动起动电流icdqd的增大，其流出电流Q值也会变小；即在保证差动保护正确动作的前提下，其允许的低压侧流出电流也会变小，如果低压侧流出电流超过此Q值就会导致保护闭锁不动作。

为了争取变压器在匝间短路时差动保护有足够大的灵敏度，应该适当的选取差动保护的差动制动比例系数Kb/和差动起动电流Icdqd系数，使之在区外故障时可靠制动，内部短路可靠动作并允许更大的流出电流Q在保证不误动的前提下提高它的灵敏度。

3变压器差动保护的建议从以上数据图表分析可知，在保证变压器内部故障时可靠动作的前提下，如果要允许低压侧穿越电流增大，以及区外故障的同时发生变压器内部故障的情况时也能灵敏动作，必须减小Kb/和Ihttp://www.bianya.org/news/，这样一来又增大了区外故障时有可能躲不过差动不平衡电流而误动的可能性。对变压器保护而言，要兼顾安全性和灵敏性的前提下来选择一个合适的Kb/的值。

在广泛研究了国电南瑞公司、国电南自、许继四方和ABB的保护后，发现Kb/设在0.5是个比较好的选择，Ic/qd可选取在（0.2/e~0.5/e），建议在实际工程中，根据大负荷时的实际差动回路中的不平衡电流而定。

3.1保护安全性校验当变压器低压侧发生区外短路故障时，如高压侧电流Im为8，考虑到在巨大的短路电流作用下，电流CT将会发生饱和的影响，此时保护的差动回路要承受很大的不平衡电流，由（7）、（8）式得：11，当取Kbl为0.5时能够保证保护区外故障不误动，保护的安全性能够得到保证。

3.2保护动作灵敏性校验本课题选取的系统（系统参数同上）来进行数字模拟仿真研究，结果如下：表1区外故障数字仿真分析比例制动高压侧故障电流值差动可靠动作，允许低压流出的大电流Q=/*/系数表1为差动保护取比例系数Kbi为0.5时的数字仿真结果，结论如下：当变压器低压侧正常带负荷运行时，高压侧电流/m为/<，低压侧电流/n达到0.4/，时，又发生变压器轻微区内匝间短路的情况下，保护可以正确动作出口跳闸；当变压器低压侧发生一般区外短路故障，高压侧电流/m为2.5/<，低压侧电流/n达到1.3/，时，又发生变压器轻微区内匝间短路的情况下，保护依然可以正确动作出口跳闸；当变压器低压侧发生严重区外短路故障，高压侧电流/m为8/<，低压侧电流/n达到4.5/e时，又发生变压器区内匝间短路的情况下，保护依然可以正确动作出口跳闸。因此保护的灵敏性是可以得到保证的。4结束语变压器是电力系统中重要的主设备，变压器保护必须在区内故障时能够可靠动作切除故障，在区外故障时能够可靠不误动，因此在变压器差动保护的参数设置时要考虑到多重因素，设置参数是个相互协调和制约的过程。在工程中可以通过减小差动起动电流/，dqd和差动比例系数Kbi的方法来提高保护在区内外复合故障的灵敏度；但同时必须要兼顾到保护区外故障不误动的安全性，这二者必须综合考虑。