差動保護原理詳解

1　差動保護原理前言
差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，一直用于變壓器做主保護， 其運行情況直接關(guān)系到變壓器的安危。怎樣才知道差動保護的運行情況呢？怎樣才知道差動保護的整定、接線正確呢？唯有用負荷電流檢驗。但檢驗時要測哪些量？測得的數(shù)據(jù)又怎樣分析、判斷呢？下面就針對這些問題做些討論。
2　變壓器差動保護的簡要原理
差動保護是利用基爾霍夫電流定理工作的，當變壓器正常工作或區(qū)外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)（或三側(cè)）向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和的正比于故障點電流，差動繼電器動作。
3　變壓器差動保護帶負荷測試的重要性
變壓器差動保護原理簡單，但實現(xiàn)方式復雜，加上各種差動保護在實現(xiàn)方式細節(jié)上的各不相同，更增加了其在具體使用中的復雜性，使人為出錯機率增大，正確動作率降低。比如許繼公司的微機變壓器差動保護計算Y-△接線變壓器Y型側(cè)額定二次電流時不乘以，而南瑞公司的保護要乘以。這些細小的差別，設(shè)計、安裝、整定人員很容易疏忽、混淆，從而造成保護誤動、拒動。為了防范于未然，就必需在變壓器差動保護投運時進行帶負荷測試。
4　變壓器差動保護帶負荷測試內(nèi)容
要排除設(shè)計、安裝、整定過程中的疏漏（如線接錯、極性弄反、平衡系數(shù)算錯等等），就要收集充足、完備的測試數(shù)據(jù)。
1．差流（或差壓）。變壓器差動保護是靠各側(cè)CT二次電流和——差流——工作的，所以，差流（或差壓）是差動保護帶負荷測試的重要內(nèi)容。電流平衡補償?shù)牟顒永^電器（如LCD-4、LFP-972、CST-31A型差動繼電器），用鉗形相位表或通過微機保護液晶顯示屏依次測出Ａ相、Ｂ相、Ｃ相差流，并記錄；磁平衡補償?shù)牟顒永^電器（如BCH-1、BCH-2、DCD-5型差動繼電器），用0.5級交流電壓表依次測出Ａ相、Ｂ相、Ｃ相差壓，并記錄。
2．各側(cè)電流的幅值和相位。只憑借差流判斷差動保護正確性是不充分的，因為一些接線或變比的小錯誤，往往不會產(chǎn)生明顯的差流，且差流隨負荷電流變化，負荷小，差流跟著變小，所以，除測試差流外，還要用鉗形相位表在保護屏端子排依次測出變壓器各側(cè)Ａ相、Ｂ相、Ｃ相電流的幅值和相位（相位以一相PT二次電壓做參考），并記錄。此處不推薦通過微機保護液晶顯示屏測量電流幅值和相位。
3．變壓器潮流。通過控制屏上的電流、有功、無功功率表，或者監(jiān)控顯示器上的電流、有功、無功功率數(shù)據(jù)，或者調(diào)度端的電流、有功、無功功率遙測數(shù)據(jù)，記錄變壓器各側(cè)電流大小，有功、無功功率大小和流向，為CT變比、極性分析奠定基礎(chǔ)。
負荷電流要多大呢？當然越大越好，負荷電流越大，各種錯誤在差流中的體現(xiàn)就越明顯，就越容易判斷。然而，實際運行的變壓器，負荷電流受網(wǎng)絡(luò)限制，不會很大，但至少應滿足所用測試儀器精度要求，以及差流和負荷電流的可比性。若二次負荷電流只有0.2A而差流有65mA時，判斷差動保護的正確性就相當困難。
5　變壓器差動保護帶負荷測試數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)收集完后，便是對數(shù)據(jù)的分析、判斷。數(shù)據(jù)分析是帶負荷測試最關(guān)鍵的一步，如果馬虎，或?qū)ψ儔浩鞑顒颖Ｗo原理和實現(xiàn)方式把握不夠，就會讓一個個錯誤溜走，得出錯誤的結(jié)論。那么對于測得的數(shù)據(jù)我們應從哪些方面著手呢？
5.1　看電流相序
正確接線下，各側(cè)電流都是正序：Ａ相超前Ｂ相，B相超前C相，C相超前A相。若與此不符，則有可能：
ａ．在端子箱的二次電流回路相別和一次電流相別不對應，比如端子箱內(nèi)定義為A相電流回路的電纜芯接在了C相CT上，這種情況在一次設(shè)備倒換相別時最容易發(fā)生。
ｂ．從端子箱到保護屏的電纜芯接反，比如一根電纜芯在端子箱接A相電流回路，在保護屏上卻接B相電流輸入端子，這種情況一般由安裝人員的馬虎造成。
5.2　看電流的對稱性
每側(cè)Ａ相、Ｂ相、Ｃ相電流幅值基本相等，相位互差120°，即Ａ相電流超前Ｂ相120°，B相電流超前C相120°，C相電流超前A相120°。若一相幅值偏差大于10%，則有可能：
ａ．變壓器負荷三相不對稱，一相電流偏大或一相電流偏小。
ｂ．變壓器負荷三相對稱，但波動較大，造成測量一相電流幅值時負荷大，而測另一相時負荷小。
ｃ．某一相CT變比接錯，比如該相CT二次繞組抽頭接錯。
ｄ．某一相電流存在寄生回路，比如某一根電纜芯在剝電纜皮時絕緣損傷，對電纜屏蔽層形成漏電流，造成流入保護屏的電流減小。
若某兩相相位偏差大于10%，則有可能：
ａ．變壓器負荷功率因數(shù)波動較大，造成測量一相電流相位時功率因數(shù)大，而測另一相時功率因數(shù)小。
ｂ．某一相電流存在寄生回路，造成該相電流相位偏移。
5.3　看各側(cè)電流幅值，核實CT變比
用變壓器各側(cè)一次電流除以二次電流，得到實際CT變比，該變比應和整定變比基本一致。如果偏差大于10%，則有可能：
ａ．CT的一次線未按整定變比進行串聯(lián)或并聯(lián)。
ｂ．CT的二次線未按整定變比接在相應的抽頭上。
5.4　看兩（或三）側(cè)同名相電流相位，檢查差動保護電流回路極性組合的正確性
這里要將兩種接線分別對待，一種是將變壓器Y型側(cè)CT二次繞組接成△，另一種是變壓器各側(cè)ＣＴ二次繞組都接成Ｙ型。對于前一種接線，其兩側(cè)二次電流相位應相差180°（三圈變壓器，可分別運行兩側(cè)，來檢查差動保護電流回路極性組合的正確性），而對于后一種接線，其兩側(cè)二次電流相位相差角度與變壓器接線方式有關(guān)。比如一臺變壓器為Y-Y-△-11接線，當其高、低壓側(cè)運行時，其高壓側(cè)二次電流應超前低壓側(cè)（11—6）×30°，而當其高、中壓側(cè)運行時，其高壓側(cè)二次電流和中壓側(cè)電流仍相差180°。若兩側(cè)同名相電流相位差不滿足上述要求（偏差大于10°），則有可能：
ａ．將CT二次繞組組合成△時，極性弄錯或相別弄錯，比如Y-Y-△-11變壓器在組合Y型側(cè)CT二次繞組時，組合后的A相電流應在A相CT極性端和 B相CT非極性端（或A相CT非極性端和B相CT極性端）的連接點上引出，而不能在A相CT極性端和C相CT非極性端（或A相CT非極性端和C相CT極性端）的連接點上引出。
ｂ．一側(cè)CT二次繞組極性接反。在安裝CT時，由于某種原因其一次極性未能按圖紙擺放時，二次極性要做相應顛倒，如果二次極性未顛倒，就會發(fā)生這種情況。
5.5　看差流（或差壓）大小，檢查整定值的正確性
對勵磁電流和改變分接頭引起的差流，變壓器差動保護一般不進行補償，而采用帶動作門檻和制動特性來克服，所以，測得的差流（或差壓）不會等于零。那用什么標準來衡量差流（或差壓）合格呢？ 對于差流，我們不妨用變壓器勵磁電流產(chǎn)生的差流值為標準。比如一臺變壓器的勵磁電流（空載電流）為1.2%, 基本側(cè)額定二次電流為5A，則由勵磁電流產(chǎn)生的差流等于1.2%×5=0.06A，0.06A便是我們衡量差流合格的標準。對于差壓，我們引用《新編保護繼電器校驗》中的規(guī)定：差壓不能大于150mv。如果變壓器差流不大于勵磁電流產(chǎn)生的差流值（或者差壓不大于150mv），則該臺變壓器整定值正確；否則，有可能是：
ａ．變壓器實際分接頭位置和計算分接頭位置不一致。對此，我們有以下證實方法：根據(jù)實際分接頭位置對應的額定電壓或運行變壓器各側(cè)母線電壓，重新計算變壓器各側(cè)額定二次電流，再由額定二次電流計算各側(cè)平衡系數(shù)或平衡線圈匝數(shù)，再將計算出的各側(cè)平衡系數(shù)或平衡線圈匝數(shù)擺放在差動保護上，再次測量差流（或差壓），如果差流（或差壓）滿足要求，則說明差流（或差壓）偏大是由變壓器實際分接頭位置和計算分接頭位置不一致引起，變壓器整定值仍正確，如果差流（或差壓）不滿足要求，則整定值還存在其它問題。
ｂ．變壓器Ｙ型側(cè)額定二次電流算錯。由于微機變壓器差動保護在“計算Y型側(cè)額定二次電流乘不乘”問題上沒有統(tǒng)一，所以，整定人員容易將Ｙ型側(cè)額定二次電流算錯，從而，造成平衡系數(shù)整定錯。
ｃ．平衡系數(shù)算錯。計算平衡系數(shù)時，通常是先將基本側(cè)平衡系數(shù)整定為1，再用基本側(cè)額定二次電流除以另側(cè)電流得到另側(cè)平衡系數(shù)，如果誤用另側(cè)額定二次電流除以基本側(cè)電流，平衡系數(shù)就會算錯。
ｄ．5.1—5.4中列舉的各種因素，都會最終造成差流（或差壓）不滿足要求，但我們只要按照5.1—5.4依次檢查，就會將這些因素一個個排除，此處就不再贅述。
6　差動保護原理結(jié)束語
帶負荷測試對變壓器差動保護的安全運行起著至關(guān)重要的作用，對其我們要有足夠的重視。帶負荷測試前，要深入了解變壓器差動保護原理、實現(xiàn)方式和定值意義，熟悉現(xiàn)場接線；帶負荷測試中，要按照帶負荷測試內(nèi)容，認真、仔細、全面收集數(shù)據(jù)；帶負荷測試后，要對照上述5條分析方法，逐一檢查、逐一判斷。只差動保護是變壓器的主保護，是按循環(huán)電流原理裝設(shè)的。
主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。
在繞組變壓器的兩側(cè)均裝設(shè)電流互感器，其二次側(cè)按循環(huán)電流法接線，即如果兩側(cè)電流互感器的同級性端都朝向母線側(cè)，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯(lián)接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側(cè)電流互感器的二次電流只差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。
從理論上講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡點流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為 Ik=I1-I2=Iumb
要求不平衡點流應盡量的小，以確保繼電器不會誤動。
當變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路故障時，在差動回路中由于I2改變了方向或等于零（無電源側(cè)），這是流過繼電器的電流為I1與I2之和，即
Ik=I1+I2=Iumb
能使繼電器可靠動作。
變壓器差動保護的范圍是構(gòu)成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設(shè)備、以及連接這些設(shè)備的導線。由于差動保護對保護區(qū)外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區(qū)外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時，可以瞬時動作。