微机变压器差动保护功能及定值计算
微机变压器差动保护功能及定值计算
[摘 要]微机变压器差动保护功能多，动作可靠，维护简单，因此在农网35kV变电站中广泛应用。本文介绍了微机差动保护八种功能及保护定值计算方法。
[关键词]不平衡电流 比率制动系数灵敏度
1 微机变压器差动保护功能
1.1比率制动式差动保护
比率制动式差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障，高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。当突变量大于0.25倍差动定值时投入，动作判据为;
｛Icd≥Icdset 当Izd≤Izdset时，
Icd≥Icdset+K1(Izd-Izdset) 当Izd〉Izdset时,
电流方向以实际的功率方向为准。其中Icd为差电流:
Icdset为差动保护整定计算值;
Icdset为差动保护门槛计算值；
Izd为保护制动电流
K1为比率制动系数（0.4～0.7）可选;
H为变压器35kV侧流进差动保护实际电流;
L为变压器10kV侧流进差动保护实际电流;
１. 2二次谐波闭锁功能
变压器投入时，励磁涌值为变压器额定电流的5~8倍，励磁涌中含有63％比率的二次谐波电流Im2。微机差动保护设置了二次谐波闭锁差动保护功能，来防止变压器空载投入时励磁涌流导致差动保护误动作。二次谐波制动功能的判据如下:
Icd2≥K2Icd
式中，Icd为差动电流的基波分量;
Icd2为差动电流中的二次谐波分量;
K2为二次谐波制动系数（０.１～０.４）可选;
１.３差动速断保护
当变压器内部发生严重短路时，短路电流很大，由于铁芯饱和输出电压波形将发生畸变，为提高保护的可靠性和动作速度，差速断保护不受二次谐波闭锁条件限制直接动作，此功能由软件控制投入或退出。
１.４差流过大告警
动作判据为: Icd≥Icdset/2
式中，Icd为任一相的差动电流;
Icdset为差动保护最小定值;
任一相差动电流大于差动电流定值一半时，运行超过３Ｓ后，发出差流过大告警信号。此功能由软件控制投入或退出。
１.５电流互感器二次回路断线监视功能
微机差动保护与传统常规差动保护在接线不同之处是: 为了判断电流互感器ＴＡ二次断线，差保高压侧ＴＡ必须接成星形接线，保护装置给出以下判据为: | a+ b+ c|>0.5A时,保护会发出断线警告信号，并由微机软件控制是否闭锁差动保护。此项功能均由自适应的门槛值控制，无需整定定值。
1.6变压器高压侧相位差与平衡补偿
Y，d——11组双绕组变压器，Y侧电流相位需要校正相位，常规接线高压侧TA的二次侧接成d型接线，而微机差动保护具有软件校正功能，只要投入Y/d功能即可，就校正了相位，相当于把二次接成了d型接线，TA二次输出线电流。
1.7变压器低压侧电流平衡系数
差保接
线，变压器低压侧TA与高压侧TA二次电流平衡补偿，常规差保接线靠适当选择变压器两侧TA变比来实现，而微机差动保护是靠软件功能来完成，以高压侧二次电流为基准，投入平衡系数KL其计算方法:
UNLNCL KNLNCL
KL = √3 = √3
UNHNCH KNHNCH
式中: UNH、NNL分别为高低压侧额定电压;
NCH、NCL分别为高低压侧TA变比;
KNH、KNL分别为高低压侧电压互感器变比;
实际运行中，由于TA变比、相位误差，还要根据实际情况做出适当调整KL，以保证差流最小（近似为0）。
H√3 L
Icd= - KL = 0
NCH NCL
式中，Icd为实际差电流;
H、 L分别为变压器高、低压侧一次电流;
NCH、NCL分别为变压器两侧TA变比;
1.8突变量启动故障录波功能
保护的突变量启动元件动作判据为: | (t)- (t-N)|-| (t-N)- (t-2N)|≥0.25Icdset式中，N=32为一个周波的采样点数, i(t)为第七个采样点的采样值。
任一相差动电流的突变量大于整定值时，启动故障录波功能，按照每周波32点记录三相差动电流在故障时刻前8周波、后56周波的采样值。装置按照时间顺序只保留最新两次故障的录波数据，以备分析。
2、微机变压器差动保护整定计算
微机比率式差动保护整定计算，主要是为实现差动保护功能，计算确定差动保护最小动作电流、制动电流门槛值、制动比率系数、二次谐波制定系数、变压器低压侧电流平衡系数、灵敏度校验等。
2.1计算实例
某35kV变电站，主变为SZq-5000/35，额定电压比为35/10.5kV。35kV侧额定电流I1e=82.5A，10.5kV侧额定电流I2e=275A。经计算系统最小运行方式下35kV母线三相短路电流I(3)D1min=970A，两相短路电流I(2)D1min=840A。10kV母线三相短路电流I(3)D2max=460A，主变35kV变流器变比NCH=30，10kV侧TA变NCL=60，试计算保护定值。
2.1.1差动保护最小动作电流和突变量电流
在最大负荷下，差动保护不应误动作，应大于最大负荷时差动回路不平衡电流，不平衡二次电流按下式计算:
√3KK[Ktxfwc+△U+△fpn]Ie1
IPDfh=
NCH
1.73×1.5(0.1+0.05+0.1)82.5
= = 1.8 （A）
30
式中，KK—可靠系数，取1.5;
Ktx—电流互感器同型号系数，不同取1;
Fwc—电流互感器允许误差，取0.1;
△U—变压器调压误差，取0.05;
△fpn—电流互感器变比相对误差，取01;
NCH—35kV侧TA变比;
差动保护二次最小动作电流，按变压器额定电流的0.5倍来整定: 当突变量大于0.25倍Icdset时投入故障录波功能:
Icd=0.25×Icdset=0.25×2.4=1（A）
2.1.2制动电流门槛值
当保护达到电流门槛值时，保护开始产生制动作用。为了提高对变压器内部匝间短路时不受制动作用提高灵敏度（一般匝间短路故障电流小于变压器额定电流），因此制动电流门槛值取变压器一次额定电
流Ie1，其二次制动电流门槛值按下式计算:
式中，Ie1—变压器额定电流;
NCH—变压器35kV侧TA变比;
2.1.3比率制动系数K1
为了防止外部故障时差动保护误动作，必须合理地选择比率制动系数K1。当系统在最大运行方式下，10kV母线三相短路电流I(3)D2max即为区外故障时的保护制动电流:
| H + L |
zd= = I(3)D2max
2
区外故障时，变压器差动保护只流过不平衡电流，也是差动保护动作电流Icd，即:
Icd=Ipb=(Ktx·fwc+ΔU+Δfpn)I(3)D2max
考虑一定的可靠裕度，取可靠系数后计算比率制动系数为:
KK(Ktxfwc+ΔU+Δfpn)·I(3)D2max
K1′= I(3)D2max
=KK(Ktxfwc+ΔU+Δfpn)
式中，KK—可靠系数取1.5;
Ktx—电流互感器同型系数，不同取1;
Fwc—电流互感器允许误差取0.05;
Δfpn—电流互感器变比使差动臂电流未完全平衡所产生的相对误差取0.1;
将以上数据代入上式得:
K1′=KK(Ktxfwc+ΔU+Δfpn)
=1.5（0.1+0.05+0.1）
=0.375
计算比率制动系数K1′，是保护避越区外故障不平衡电流的制动特性曲线在制动电流门槛值Izdset转折点的斜率, 即K1′=tgψ1′0.375，ψ1′= 22.8°。一般选择K1> K1′，本例K1选0.5，K1=tgψ1′=0.5，ψ1′= 29.5°
比率制动系数K1与差动保护动作电流、制动电流门槛值的关系为:
Icdset=K1Izdset， 当Izd≤Izdset时，
Icd≥Icdset+K1（Izd-Izdset），当Izd>Izdset时
2.1.4二次谐波制动系数
为了防止变压器空载投入时，励磁涌流导致差动保护误动作，要适当选择二次谐波制动系数K2、K2一般在(0.1~0.4)范围内选，本例K2选0.15。
2.1.5差动速断保护
差速断保护不受比率制动限制，差速断保护定值应避越变压器投入时的励磁涌，根据经验一般按变压器额定电流的5~8倍选择，本例按5.5Ie1选择，差速断保护二次定值:
√3×5.5Ie1 1.73×5.5×82.5
Icsdset= = = 26 （A）
NCH 30
差速断保护定值应避越区外故障时流进保护最大的不平衡电流Ipb
Ipb=KK(Ktxfwc+ΔU+Δfpn)·I(3)D2max
=1.5(0.1+0.05+0.1)460
=172(A)
Icds〉Ipb, 5.5Ie1〉IPb，457〉172 (A)
2.1.6变压器低压侧电流平衡系数KL当变压器满载运行时，差电流Icd
2.1.7比率系数K1的校验
根据K1′和ψ1′角画出制动特性曲线1，根据计算出的K1和角ψ1、Icdset、Izdset画出制动特性曲线2如图所示。
从制动特性图分析，因K1〉K1′制动特性曲线2各点值都在制动特性曲线运动1各点值的上方，说明在保护区外发生短路时，差动保护就能避越不平衡电流Ipb，保护就不会发生误动作，所以选择K1=0.5。
但是如果差动保护定值为I′cdset、制动电流门槛值为I′zdset时，虽K1〉K1′但在制动特性曲线3的a′b′段范围内，区外部故障时不平衡电流将大于差动保护定值I’cdset差动保护将发生误动作。因此，为了兼顾
灵敏度和选择性要求，必须合理选择Icdset和Izdset，选用的保护制动特性曲线2的转折点α，必须在曲线运动1α点的上方。
2.1.8保护灵敏度校验
(1)差动速断电流保护灵敏度校验
差动速断电流保护灵敏度KLM应按系统最小运行方式下，变压器35kV侧套管外三相短路电流ID1min=970（A）来校验:
用35kV侧套管外两相短路电流ID1min 来校验:
(2)比率制动式差动保护灵敏度校验
变压器微机比率制动式差动保护的灵敏度KLM，应按系统最小运行方式下变压器35kV套管处发生两相短路电流ID1min=840(A)来校验。
变压器35kV侧套管处两相短路时，因保护制动电流I″zd = ，又因I′H =ID1min，I′L=0,所以I″zd= = 420(A)。此时，流进差动保护的电流:I″cds=Icds+K1（I″zd-Izd）
式中: Icds=41.3(A)为差动保护一次定值;
Izds=82.5(A)为差动保护一次电流门槛值;
K1比率制动系数K1=0.5;
则差动保护的灵敏度KLm
I(2)D1min I(2)D1min
KLm = =
Icds Icds+K 1 (I″zd-Izd)
840 840
= = =4〉2合格
41.3+0.50(420-82.5) 210
2.1.9微机变压器差动保护定值单