刘华云

（山西省电力公司太原供电分公司，山西 太原 030012）

继电保护装置的作用是在被保护元件发生故障时，装置能自动、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，来保证无故障部分恢复正常运行状态，使故障元件避免继续遭到损害，减少停电范围，同时也是系统的监控装置，能实时测量系统电流电压相位等参数，反映设备运行状态。

1 保护原理

作为成套保护装置，它涵盖了各种应对变压器异常运行与故障的保护配置，有工频变化量差动、稳态比率差动，差动速断，零序比率差动与分侧差动保护，过激磁保护，阻抗保护，复压闭锁方向过流保护，零序方向过流，零序过压保护，间隙零序过流过压保护，过负荷，起动风冷，过载闭锁调压。

1.1 稳态比率差动

图1 稳态比率差动保护动作特性

动作特性见图1，图中阴影部分为稳态比率差动保护动作区。Idz：动作电流；Izd：制动电流；Icdqd：差动电流起动定值；Kb1：比率差动制动系数整定值；Ie：变压器额定电流。

稳态比率差动是用来区分差电流是由于外部故障还是内部故障引起。保护动作方程如下：

式中：I1、I2、···Im变压器各侧电流；

Icdqd：差动电流起动定值；

Izd：制动电流；

Idz：差动电流；

Kb1：比率制动系数整定值（0.2≤Kb1≤0.75），装置中依次按每相判别，满足条件时稳态比率差动动作。

（1）装置利用三相差动电流的波形作为识别励磁涌流的判据，内部故障时，差电流为工频正弦波，当励磁涌流时，存在大量谐波分量，波形间断不对称。通过以下方程判别：

I2nd>K2xb×I1nd

I3nd>K3xb×I1nd

其中，I2nd、I3nd：差动电流中的二、三次谐波；I1nd：差动电流基波；K2xb、K3xb：制动系数整定值。K2xb取 0.15，K3xb取 0.2。当满足条件时，励磁涌流闭锁差动保护。

（2）按照变压器差动保护接线要求，要实现差动保护，必须适当选择变压器各侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。

式中：Nl1：高压侧电流互感器的变比；

Nl2：低压侧电流互感器的变比；

NB为变压器的变比。

要注意电流互感器的二次接线，TA极性必须准确，一般规定变压器各侧的TA是以各侧的母线为正，这样，正常负荷时及变压器外部故障时，进入差动回路的电流相互抵消为零，保护不动作，而变压器内部故障时，进入差动回路的短路电流相叠加，保护可靠动作。

要注意由TA饱和引起保护误动，当故障发生在区外时，短路电流引起的TA饱和会产生很大的虚假差动电流，在各侧的TA饱和情况不同时更为严重。如果由此产生的量值落在了比率差动保护的动作范围区内，如不采取措施保护就会误动，针对这种情况，装置内应设有一个TA饱和判据，装置利用以下方程判别：

式中：IΦ3、IΦ2：某相电流中的三、二次谐波；

IΦ1：对应相电流基波；

KΦ3xb、KΦ2xb：系数整定值。

当满足条件时，则认为差动电流为电流互感器饱和引起，闭锁稳态比率差动保护。

为避免在变压器内部故障时因电流互感器饱和引起二、三次谐波误闭锁差动保护，装置设有一高比例和高起动值的差动保护，当外部故障时，电流互感器饱和闭锁差动，而内部故障时保护能正确动作。

当电流互感器二次回路开路并报警在差动起动后，满足以下任意条件则开放差动保护：①任一侧任一相工频变化量电压元件起动；②任一侧负序相电压大于6 V；③起动后任一侧任一相电流比起动前增加；④起动后最大相电流大于1.1Ie，通过“TA断线闭锁差动”软压板即控制字整定为0，或1，或2来实现。

变压器在过激磁时励磁电流将猛增，为防止这种情况下保护误动作，根据以下方程判别：

式中：I5th、I1st：差动电流中的5次谐波和基波；

K5xb：过激磁倍数。当大于1.4倍基波电流时，差动保护开放。

1.2 工频变化量比率差动

保护动作逻辑框图见图2。

图2 工频变化量比率差动逻辑框图

工频变化量比率差动保护利用工频故障分量构成，不受负荷电流影响，抗TA饱和能力强，灵敏度高。

2 保护定值整定计算

2.1 稳态比率差动（主保护）

式中：Se：变压器最大额定容量；

U1e：变压器计算侧额定电压。

式中：I1e：变压器一次侧额定电流；

nLH：相应侧的电流互感器变比。

式中：I2e：变压器二次侧额定电流；

I2e-min、I2e-max：变压器各侧二次额定电流中最小值、最大值。

可见，差动各侧平衡系数调整范围最大可到16倍。

差动电流起动定值（保护最小动作电流值）Icdqd整定。

Icdqd应大于变压器额定负载正常运行时的最大不平衡电流，即：

式中：Ie：变压器二次侧额定电流，可靠系数Krel取1.3～1.5；

Ker：CT的比误差；

ΔU：变压器调压误差；

Δm：CT变比不匹配误差，一般取 Icdqd=（0.2～0.5）Ie。

2.2 复合电压闭锁方向过流（后备保护）

复合电压起动的过电流保护电流继电器动作电流Iop=Krel×Ie/Kr

其中，可靠系数Krel取1.2，返回系数Kr取0.95，Ie为变压器二次侧额定电流。

复合电压起动过流保护的低电压继电器动作电压Uop，当低电压继电器由变压器低压侧PT供电时，Uop=Umin/Krel×1/Kr，其中Krel取1.1～1.2，Kr取1.05，Umin为变压器正常运行可能出现的最低电压。当低电压继电器由变压器高压侧PT供电时，Uop=0.7Ue，其中Ue为二次侧额定线电压。

复合电压起动过流保护的负序电压继电器的动作电压Uop可取（0.06～0.08)UΦe，其中，UΦe为二次侧额定相电压。

3 结束语

近10年来继电保护装置已从电磁型、晶体管型、集成电路型彻底更换到了微机保护时代。微机保护的广泛应用大大提高了电网运行的安全性和经济效益，它革新了传统保护装备的面貌，集主、后备保护功能为一身，运行良好；自检功能、异常报警、强电磁兼容性提高了装置安全工况；具备远方通讯功能，满足自动化要求；调试方便规范，故障事件录波与保护硬件相互独立，互不影响。随着计算机、通讯技术的快速发展，微机保护将会越来越现代化。