南瑞主變差動保護調試篇

本文格式為Word版，下載可任意編輯——南瑞主變差動保護調試篇經驗總結-主變差動保護部分

一、從工程角度出發(fā)所理解的主變差動保護

關于接線組別和變比的歸算思路

1、影響主變差動保護的幾個因素

差動保護由于其具有的選擇性好、靈敏度高等一系列優(yōu)點成為變壓器、電動機、母線及短線路等元件的主保護。這幾種差動保護原理是基本一致的，但主變差動保護還要考慮到變壓器接線組別、各側電壓等級、CT變比等因素的影響。所以同其它差動保護相比，主變差動保護實現起來要更繁雜一些。

變壓器變比的影響：由于變壓器變比不同，造成正常狀況下，主變高低壓側一次電流不一致。譬如：假設變壓器變比為110KV/10KV，不考慮變壓器本身勵磁損耗的理想狀況下，流進高壓側電流為1A，則流出低壓側為11A。這很好理解，三相視在功率S=√3UI。不考慮損耗，高低壓側流過功率不變，各側電壓不同，自然一次電流也不同。

CT變比的影響：還是用上面的舉例，假使變壓器低壓側保護CT的變比是高壓側CT變比的11倍，就可以恰好抵消變壓器變比的影響，從而做到正常狀況下，流入保護裝置（CT二次側）的電流大小一致。但現實狀況是，CT變比是根據變壓器容量來選擇，況且CT變比都是標準的，同樣變壓器變比也是標準化的，這三者的關系根本無法保證上述的理想比例。假設變壓器容量為20MKVA，110KV側CT變比為200/5，低壓側CT變譬假如為2200/5即可保證一致。但實際上低壓側CT變比只能選2000/5或2500/5，這自然造成了主變高低壓側CT二次電流不同。

變壓器接線組別的影響：變壓器不同的接線組別，除Y/Y或△/△外，都會導致變壓器高低壓側電流相位不同。以工程中常見的Y/△-11而言，低壓側電流將超前高壓側電流30度。另外假使Y側為中性點接地運行方式，當高壓側線路發(fā)生單相接地故障時，主變Y側繞組將流過零序故障電流，該電流將流過主變高壓側CT,相應地會傳變到CT二次，而主變△側繞組中感應出的零序電流僅能在其繞組內部流過，而無法流經低壓側開關CT。2、為消除上述因素的影響而采取的基本方法

主變差動保護要考慮的一個基本原則是要保證正常狀況和區(qū)外故障時，用以比較的主變高低壓側電流幅值是相等，相位相反或一致（由差流計算采取的是矢量加和矢量減決定，不過一般是讓其相位相反），從而在理論上保證差流為0。不管是電磁式或集成電路

及現在的微機保護，都要考慮上述三個因素的影響。（以下的探討，都以工程中最常見的Y/△-11而言）

電磁式保護（譬如工程中常見的LCD-4差動繼電器），對于接線組別帶來的影響（即相位誤差）通過外部CT接線方式來解決。主變?yōu)閅/△接線，高壓側CT二次采用△接

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線，低壓側CT二次采用Y接線，由保護CT完成相角的歸算同時消除零序電流分量的影響。電流由主變高壓側傳變到低壓側時，相位前移30度，低壓側CT接成Y/Y，角度沒有偏移。高壓側CT接成Y/△，CT二次側比一次側（也即主變高壓側）相位也前移了30度。這樣就保證了高低壓側CT的二次電流同相位。高壓側CT接成Y/△后，電流幅值增大了√3倍（實際上是線電流），在選擇CT變比時，要考慮到這個因素，盡量讓流入差動繼電器的主變高低壓側電流相等。由于CT都是標準變比，尋常不能保證高低壓側二次電流相等，對此一般采取在外回路加裝電流變換器（可以理解為一個多變比抽頭的小CT）或著對具有速飽和鐵芯的差動繼電器，調整它的平衡線圈的匝數。不過這兩種方法，精度都不高。

微機保護同傳統(tǒng)保護相比，保護原理并沒有太大的變化，主要是實現的方法和計算的精度有了很大提高。早期有些微機差動保護，可能是運算速度不夠的起因，相角歸算還是采用外部CT接線來消除（如DSA早期某型號產品）?，F在的微機差動保護，CT都是采取Y/Y接線，相角歸算由內部完成：通過電流矢量相減消除相角誤差。主變差動為分相差動，對于Y/△-11接線，同低壓側IAl相比較運算的并不是高壓側Iah，而是Iah*=Iah-

Ibh(矢量減)，這樣得到的線電流Iah*，角度左移30度，同低壓側Ial同相位。對于Y/

△-11接線，參與差流計算的Y側3相電流量分別是：Iah*=Iah-Ibh、Ibh*=Ibh-Ich、

Ich*=Ich-Iah(都為矢量減)。對于Y/△-1接線，參與差流計算的Y側3相電流量分別

是：Iah*=Iah-Ich；Ibh*=Ibh-Iah、Ich*=Ich-Ibh(都為矢量減)。通過減超前相或滯后相電流的不同，從而實現相角滯后或前移30度。（由于用WORD畫矢量圖太麻煩，此處省略示意圖，大家可以自己畫一下）

主變變比和CT變比造成的誤差都是幅值上的差異，這方面的處理，對于微機保護而言，是十分簡單的，輸入量（對△側）或相位歸算后的中間量（對Y側）乘以相應的某個比例系數即可。當然這個系數對Y側，還要考慮到內部矢量相減，同時造成的幅值增大了

√3倍。目前國內絕大部分廠商（如南自廠等）的微機差動保護，是以一側為基準（一般

為高壓Y側），把另一側的電流值通過一個比例系數換算到基準側。采取這種方法，裝置定值和動作報告都是采用有名值（即多少安），譬如差動速斷定值是18A等等。我們公司的差動保護相位歸算也是采用矢量相減，變比等因素造成的幅值歸算采取的是Ie額定電流標幺值的概念，相應的定值整定和動作報告也都是采用Ie標幺值?，F場好多用戶（包括公司一些新員工），對此感到較難理解，因此有必要詳細解釋一下。3、以RCS9671/9679差動保護為例，解釋Ie的概念

Ie是指根據變壓器的實際容量求到的額定電流的標幺值。我們常說的CT二次額

定電流是5A，這只是一個產品標準參數，而Ie是根據主變容量得到的，它所對應的電流有名值的具體數值，對主變的每一側都是不同的。

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以以下參數為例：某臺主變，容量31.5/20/31.5兆伏安；變比110±4×2.5%／38.5±2×2.5%／11千伏；接線組別Yo/Y/△-12-11；CT變比200/5,500/5,2000/5；CT為Y/Y。

額定電流計算公式Ie=S/(√3U)/CT變比

高壓側Ie=31500KVA/(1.732*110KV)/200/5=165.337A/40=4.133A中壓側Ie=31500KVA/(1.732*38.5KV)/500/5=472.39A/100=4.723A低壓側Ie=31500KVA/(1.732*11KV)/2000/5=1653.37A/400=4.133A當高壓側CT二次流出電流為4.133A時,說明本側流出的功率為變壓器的額定功率,這就是Ie的物理含義，對中壓側、低壓側物理意義是一致的。差動保護在每一側采集到的電流除以該側的Ie電流值，得到各側電流相對于本側額定電流的比例值（標幺值）。采用各側的Ie標幺值直接參與差流計算，而不是采用電流有名值，相應的定值及報告都是顯示的是多少Ie。譬如說高壓側二次電流為4.133A，程序會把這個值除以高壓側（4.133A），得到標幺值1Ie；中壓側電流為-1.42A，得到標幺值-0.3Ie；低壓側電流為-2.89A，得到標幺值-0.7Ie。程序計算差流時會把這三側Ie相加求得到差流Id=0Ie。

注意：上例中提及的主變高壓側及中壓側的Ie，與裝置中Ieh及Iem不是同一個量，后者是前者的√3倍。

求一次額定電流求2次額定電流S:主變容量,三側都按最大容量來U:本側額定線電壓

求Ie具體值的公式里包含了變壓器容量、電壓變比、每側CT變比這幾個參數?；?/p>

于能量守衡的原理（忽略主變本身損耗），計算時容量都采用同一個最大容量（應注意對于35KV側，額定參數是20MVA，但計算時還是要用31.5MVA）。得到的每側額定值作為本

側的基準，實際電流除以該基準，就得到可以直接用以統(tǒng)一運算的標幺值。整個計算的過程，就消除了由主變電壓變比和CT變比因素所造成的影響。其它公司以一側為基準，其它側往基準側歸算。我們的差動分別以各側額定為基準，各側實際電流都往本側歸算；思路都是一致的，但是我個人感覺還是Ie的概念更好一些，更符合物理意義。舉個通俗的例子，把高壓側電流比做黃金、低壓側電流比做白銀，兩者沒法直接通過比較重量來比較價

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值。我們都把其折合成美元，就可以統(tǒng)一比較了。Ie在差動歸算中，就起了一個美元的作用。Ie是一個標幺值，是一個可以統(tǒng)一計算的中間度量單位（轉換單位）。4、以RCS9671/9679差動保護為例，從調試角度出發(fā)理解的差動歸算思路

我們在本文一開頭就提到了主變電壓變比、CT變比還有接線組別的影響。采用Ie的概念和計算方法后，可以消除掉電壓變比和CT變比對幅值的影響。對接線組別（相位）的影響，以RCS9671/9679程序里是這樣做的。若系統(tǒng)設置菜單里，接線組別設置為△/△（CT都是Y/Y接線，也即由裝置內部完成歸算），程序對電流采樣數據不做相角上的任何歸算處理，根據系統(tǒng)參數整定內容，計算出各側Ie具體值，實際采樣值同本側Ie相除，得出本側以Ie標幺值所表示的電流值參與差流計算。當接線組別設置為Y/△-11，程序對Y側電流采樣數據首先進行相角調整，即參與差流計算的Iah*=Ia-Ib（矢量減），Ibh*=Ib-Ic，Ich*=Ic-Ia.這樣一減，得到的矢量電流相位前移了30度，完成相位的歸算。但幅值同時也增大了√3倍（線電流和相電流的關系，這很好理解）。程序里對矢量相減得到的值會同時固定除以√3，以保證只調整相位，不改變大小。對Y/△-1，處理過程一樣，只是矢量相減的相別發(fā)生一下變化：Iah*=Ia-Ic（矢量減），Ibh*=Ib-Ia，Ich*=Ic-Ib.也要固定的對幅值除以√3。

要特別說明的是對接線組別Y/Y的變壓器，程序對兩側均作了Y→△變換，目的主要是消除高壓側CT中可能流過的零序電流對差流的影響，確保高壓側發(fā)生區(qū)外接地故障時差動保護不誤動。

看到這里，細心的同事可能會發(fā)現，在本文中Ie的計算公式同RCS9671/9679調試大綱里寫的不大一樣。在《調試大綱》里，主變△側Ie的計算公式同Y側Ie的計算公式不同，Y側Ie的計算公式：Ie=S/U/CT變比（沒有除以√3）。而本文中Ie的計算公式△側和Y側是一致的?！墩{試大綱》里Y側的公式并不是沒有除以√3，而實際上是按Ie=（S/√3U/CT變比）×√3，對Y側Ie擴大了√3倍，從公式字面上看類似是沒有除這個√3?！墩{試大綱》這樣寫實際上已經考慮了Y側√3的接線系數。不過我個人認為，從物理概念上講，Ie的計算公式對Y或△側都是一樣的，應按3相功率來考慮。（RCS系列主變保護程序是根據輸入的主變參數自動計算Ie的，因此Ie與平衡系數密切相關。特別要注意的是裝置中的差動起動電流值及差動速動定值都與Ie有關，裝置中涉及到的Ie均為經過接線系數調整以后的各側額定電流值。在定值整定過程中，若裝置報“平衡系數錯〞，可通過改變系統(tǒng)參數中的變壓器容量來消除，但此時應注意將裝置中的差動起動電流值及差動速動定值作相應變動。

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我們還是以上文所提到的主變參數來舉例說明具體處理思路（該主變參數同《RCS9671/79調試大綱》里舉例的主變參數一致）。設主接線為Y/△-11，CT為Y/Y接線。我們計算出高壓側（Y側）Ie=4.133A（按本文公式）,《調試大綱》是乘以√3的，

Ie=4.133A×1.732=7.158A。

當在保護裝置高壓側輸入三相對稱電流IA=4.133A（角差120度，同正常運行狀況），程序依照整定的接線組別，首先進行相角歸算（矢量相減），由于ABC三相都有電流，且角差120，得到Iah*=Ia-Ib=1.732×Ia×∠30°;Ibh*=Ib-Ic=1.732×Ib×∠30°；Ich*=Ic-Ia=1.732×Ic×∠30°。幅值增大了√3，相角逆時針旋轉了30°。相位歸算后的向量，程序會再除以√3,以消除由于矢量相減而導致的幅值增大√3倍。再除以本側Ie值4.133A，把有名值換算成標幺值(注:實際上程序是乘以平衡系數,內部計算按相對于5A的標幺值來的。這樣解釋是為了便于理解Ie物理概念,以下一致)。由于△側無電流輸入，

差流為零，故裝置顯示ABC相差流分別為1Ie。

在保護裝置高壓側輸入單相電流IA=4.133A，裝置顯示A、C兩相都有差流，差流Iacd=0.577Ie;Iccd=0.577Ie。程序同樣首先進行相角歸算，即矢量相減。Iah*=Ia-Ib=Ia（Ib=0）；Ibh*=Ib-Ic=0（Ib=0，Ic=0）；Ich*=Ic-Ia=0-Ia=-Ia。雖然只有A相電流，但經過這一步處理后，在C相也由于計算產生了差流。