MiCOMP632变压器比率差动保护原理和试验方法浅析

MiCOM P632变压器比率差动保护原理和试验方法浅析摘要：本文介绍了变压器比率差动保护的基本原理，以及AREVA(阿海珐）公司MiCOM P632变压器保护装置的差动保护特性和曲线，并探讨了P632变压器比率差动保护的试验方法。

关键词：变压器比率差动保护动作特性试验变压器是泵站电力系统中的一个重要组成部分，它的安全运行才能保障泵站的顺利运转，发挥水利系统的工程效益。

随着经济的发展，现代社会对电力的需求不断增加，作为输变电系统主设备的变压器，对它的安全稳定运行也提出了更高的要求。

差动保护是变压器主保护之一，动作迅速、灵敏而且可靠。

根据规程要求，电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差保护；对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护[1]。

本文结合八里湾泵站采用的MiCOM P632变压器保护装置，来阐述P632变压器比率差动保护的原理和试验方法。

1MiCOM P632变压器保护装置介绍MiCOM P632是AREVA公司的一种变压器保护装置，为各种容量的变压器提供了全面的保护和测量，通过串口通讯为现代泵站提供强大的网络和自动化支持。

P632保护装置采用三折线特性和两个高定值差动元件，并具有变压器涌流制动、过激磁制动和穿越故障稳定功能，提供快速的三相差动保护。

2变压器差动保护原理变压器的差动保护是变压器的主保护，差动保护是利用基尔霍夫电流定律中“在任意时刻，对电路中的任一节点，流经该节点的电流代数和恒为零”的原理工作的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

差动保护把被保护的变压器看成是一个节点，在变压器的各侧均装设电流互感器，把变压器各侧电流互感器副边按差接线法接线，即各侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，将同极性端子相连，并联接入差动继电器。

在继电器线圈中流过的电流是各侧电流互感器的副边电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的，从理论上讲，正常情况下或外部故障时，流入变压器的电流和流出的电流（折算后的电流）相等，差回路中的电流为零。

当变压器正常运行或区外故障（流过穿越性电流）时，各侧电流互感器的副边电流流入保护装置，通过微机保护程序运行，由内部软件对各侧电流进行幅值补偿和相位补偿自动校正，自动计算出各侧电流IH-(IM-IL)接近为零（IH为高压侧电流，IM为中压侧电流，IL为低压侧电流）则保护不动作。

当变压器内部发生相间或匝间短路故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，在差动回路中由于IM或IL改变了方向或等于零，流入差动继电器的电流IH-(IM-IL)不再接近于零，当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护变压器的各侧断路器跳开，使故障变压器断开电源。

变压器差动保护原理接线图如图1所示。

图1 双绕组变压器差动保护原理接线图（a）正常运行和区外故障（b）区内故障2.1相位匹配P632变压器保护装置，通过内部软件相位匹配来补偿由于变压器接线组别引起的高低压侧电流间的相位差，采用以高压侧为参考绕组，低压侧向量向高压侧转化的原则。

以最常用的变压器连接组别YD11为例，D侧相角超前Y侧为30°。

D侧向Y侧进行归算如下：Ia2’= (Ia2-Ic2）Ib2’= (Ib2-Ia2）（1）Ic2’= (Ic2-Ib2）（式中Ia2’、Ib2’、Ic2’为三角形侧校正后的各项电流；Ia2、Ib2、Ic2为三角形侧电流互感器二次电流）通过上述计算解决了D侧与Y侧的相位差的问题。

2.2幅值校正通过相位校正，满足了正常运行和外部短路时电流的反向关系。

但由于变压器各侧的额定电压、接线方式及差动电流互感器变比都不相同，因此在正常运行时，流入差动保护的各侧电流也不相同。

为保证外部故障时差动保护不误动，P632变压器保护装置在相位校正的基础上进行幅值校正，将各侧大小不同的电流折算成大小相等，方向相反的等值电流，使得在正常运行及外部故障时，不平衡电流尽可能小。

Iref高= (2)Iref低= (3)其中Sref 为参考功率，Vnom高、Vnom低为高压侧和低压侧的额定电压。

幅值平衡系数：K高=（4）K低=（5）其中Inom高、Inom低分别为变压器高压侧和低压侧电流互感器一次侧额定电流。

幅值校正后变压器高低压侧向量为：I高’=K高*Iy高（6）I低’=K低*Iy低（7）其中Iy高、Iy低分别为变压器高低压侧电流互感器二次侧电流向量。

2.3动作电流和制动电流P632变压器器保护装置，设置对两绕组保护，动作电流与制动电流的计算式为：Id =∣I高，+I低，∣ (8)IR =0.5∣I高，-I低，∣ (9)对三绕组保护，动作电流与制动电流的计算式为：Id =∣I高，+I中，+I低，∣ (10)IR =0.5 [∣I高，∣+∣I中，∣+∣I低，∣] (11)2.4比率制动特性曲线P632采用了先进的三折线比率制动特性曲线，如下图2所示。

特性曲线共分4段，第1段为与IR轴平行的平直横线，保护的最小动作电流为纵坐标，此电流是无制动状态下的；第2段为斜率为m1的斜线；第3段为斜率为m2的斜线。

图2 P632比率制动特性曲线3 P632差动保护试验方法以八里湾泵站主变差动保护为例说明，其主要参数为：变压器容量16MVA，高压侧电压110kV，低压侧电压10.5kV，连接组别YD11,高压侧电流互感器一次侧额定电流400A，低压侧电流互感器一次侧额定电流1500A，差动起动门槛值0.4Iref ，拐点B1为0.5Id，拐点B2为3Iref，斜率m1为0.3，斜率m2为0.7。

其特性曲线如图2所示。

（1）理论值计算结合动作方程和动作特性曲线图，可从理论上计算出几组I1、I2的确切值。

由公式2和公式3分别求得：Iref高= = =83.978AIref低= = =879.772A由高压侧电流互感器一次侧额定电流400A，低压侧电流互感器一次侧额定电流1500A，计算高压侧和低压侧的二次额定电流分别为：I高= =1.0497AI低= =2.9326A在图2中m1斜线上取一点IR=1时(计算值均为标幺值），Id =Iset+(IR-B1)×m1=0.4+(1-0.2)×0.3=0.64根据动作方程公式8和公式9得：0.64=∣I高，∣-∣I低，∣ （12）1=0.5×（∣I高，∣+∣I低，∣）（13）再根据方程12、13得：I高，=1.32 I低，=0.68各侧实际值等于各侧标幺值乘以基准值，得到： I 实际值（高）= I 高，×I 高=1.32×1.0497=1.3856A I 实际值（低）= I 低，×I 低=0.68×2.9326=1.9941A所以我们得到一点(I 实际值（高）=1.3856A I 实际值（低）=1.9941A)当在图2中m 1斜线上再取一点I R =2时，则I d =I set +(I R -B 1)×m 1=0.4+(2-0.2)×0.3=0.94根据动作方程公式8和公式9得： 0.94=∣I 高，∣-∣I 低，∣ （14） 2=0.5×（∣I 高，∣+∣I 低，∣） （15） 再根据方程14、15得：I 高，=2.47 I 低，=1.53 各侧实际值等于各侧标幺值乘以基准值，得到： I 实际值（高）= I 高，×I 高=2.47×1.0497=2.5928A I 实际值（低）= I 低，×I 低=1.53×2.9326=4.4869A所以我们得到一点(I 实际值（高）=2.5928A I 实际值（低）=4.4869A)同理我们在m 2段斜线上取I R 为4和6则得到两点(I 实际值（高）=5.217A I 实际值（低）=8.8858A) 和(I 实际值（高）=8.0512A I 实际值（低）=12.6982A)（2）继电保护校验仪检验将昂立继电保护测试仪A460上的“Ia”、“Ib”、“Ic”、“In”分别与保护的高压侧电流回路的A 、B 、C 、N 相连接；测试仪上的“Ix”、“Iy”、“Iz”、“In”分别与保护的低压侧电流回路的a 、b 、c 、n 相连接。

按照上述接线方式接线完毕，开启微机保护校验仪，在“电压、电流（交流）”菜单里，将“Ia”、“Ib”、“Ic”定值设为1.3856A,相位为：Ia（00）Ib（-1200）Ic(1200)，为常量保持不变。

在“变量选择”里将“Ix”、“Iy”、“Iz”设置为第一变量，变化步长设为0.01A，相位为Ix（-1500）Iy（-2700）Iz（-300）;“变化范围”设置第一变量变化的起点和终点，应能保证覆盖保护的动作范围。

此处设为2.2A（变化起点）—1.8A（变化终点）。

固定一侧，让另一侧为变量，直到比率差动保护动作，此时记录动作时的电流值。

在三相差动电流回路的两段制动斜率曲线上分别取若干组点，将得到的值与上述理论值相比较，如吻合则表明微机保护的差动功能及设置的曲线达到保护和设计要求。

4总结变压器差动保护是电力系统中变压器最常用的主保护，为保护不同的动作特性和出口方式提供了有利条件。

在进行差动保护试验时，必须熟知其差动电流和制动电流计算方法，才能达到试验目的。

美国GEAREVA公司的P632继电保护装置，在南水北调东线一期工程山东段下属的八里湾、邓楼、长沟等泵站的电气保护中具有良好的可靠性和灵敏性，满足了实际运行中对变压器的保护要求，是现代化泵站理想的微机保护装置。

参考文献：【1】GB/T 14285-2006，继电保护和安全自动装置技术规程【S】.。