变压器比率差动计算值

差动保护（DCAP3040、DCAP3041）定值整定说明说明：三圈变的整定计算原理与二圈变的整定计算原理相同，现以三圈变为例来说明差动保护的整定计算。

1、计算变压器各侧额定一次电流n n n U S i 3/=式中 S n —变压器额定容量（kV A ）（注意：与各侧功率分配无关）U n —该侧额定电压（kV ）2、计算变压器各侧额定二次电流ln /n i K I n jx n ⋅='式中 K jx —该侧CT 接线系数（二次三角形接线K jx =3，星形接线K jx =1）n ln —该侧CT 变比3、计算平衡系数设变压器三侧的平衡系数分别为Kh 、Km 和Kl ，则：（a ）降压变压器：选取高压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为''=''==nlnh nm nh m h I I K I I K K //11（b ）升压变压器：选取低压侧（主电源侧）为基本侧，平衡系数为1//1=''=''=K I I K I I K nm nl m nhnl h4、保护内部计算用变压器各侧额定二次电流经平衡折算后，保护内部计算用变压器各侧二次电流分别为'='='=ll m m m h h I K I I K I Ih K I 1保护内部计算用各侧额定二次电流分别为：对降压变压器： '='='='='='=nhnl l nl nh nm m nm nhnh h nh I I K I I I K I I I K I对升压变压器： '='='='='='=nlnl l nl nl nm m nm nlnh h nh I I K I I I K I I I K I可见经平衡折算后I nh =I nm =I nl ,即保护内部计算用变压器各侧额定二次电流完全相等，都等于所选的基本侧的额定二次电流。

二次谐波制动的比率差动保护作为变压器的线圈和引出线的相间短路以及线圈匝间短路的主保护。

用比率制动躲过外部故障，用基波量作为保护动作量，并配有CT断线检测功能，在CT断线时瞬时闭锁差动保护，并同时发告警信号。

CT断线闭锁差动保护可根据需要整定选择。

当任一相差动电流大于整定值时，差动保护动作。

返回系数大于0.95，动作时间小于40ms。

其动作判据为：Id>Idset2+Kr(Izd-Izd0)其中：Id为差动电流，Kr为比率系数，Idset2为差动启动门槛，Izd为制动电流，Izd0为制动整定值。

利用差动电流中的二次谐波躲过空载合闸时的励磁涌流。

当差流中的二次谐波电流比率大于整定时，闭锁差动保护。

二次谐波制动判据为：I2d>Ks*I1d其中：I1d、I2d——差动电流的基波量、二次谐波量；Ks——谐波制动系数。

一般取0.1~0.3。

Id 差动速断动作区Idset1 比率差动动作区Idset2制动区Izd0 Iz 图5.1差动保护动作特性曲线动作判据Id>Idset2+Kr(Izd-Izd0)其中：Id为差动电流，Kr为比率系数，Idset2为差动启动门槛，Izd为制动电流，Izd0为制动整定值差动电流 Id＝︱I1-Ih︱制动电流Izd＝︱I1+Ih︱/2按这个判据,把定值代进去,未知量取一个满足判据的值用源加电流动作;未知量取一个不满足判据的值用源加电流不动作,就验证了比率差动；未知量取一个满足判据的值用源加电流动作,同时加二次谐波,谐波比率大于定值时不动作就验证了二次谐波制动功能；差动电流 Id＝︱I1-Ih︱制动电流Izd＝︱I1+Ih︱/2在高低测加电流,让满足判据不就动作了先做比例差动动作,再加二次谐波才能制动。

变压器比率差动保护原理及校验方法分析摘要：电力系统的发展突飞猛进，大型发电机变压器投入运行，发变组差动保护在发变组保护中的地位越来越重要，运行中的发电机变压器发生故障，做为主保护的发变组比率差动保护应在第一时间动作，将故障的发电机或者变压器从系统中切除，保证电力系统的稳定运行。

近年在电网系统中，国电南自，国电南瑞，许继发变组保护在现场中得到了大量的应用，不同的厂家，针对保护的原理会有所不同，算法也各不相同，这对继电保护人员在保护校验中提出了更高的要求，本文针对变压器比率差动保护，以主变比率差动保护校验方法为例，研究国电南自，国电南瑞，许继主变比率差动保护的不同，校验方法的不同。

关键词：国电南自；国电南瑞；许继；变压器比率差动保护；检验1 保护配置某发电厂300MW机组，采用发电机-变压器-线路组形式接入220KV地区电网，主变采用Y/Δ-11点钟接线，主变比率差动保护TA取自发电机机端侧TA变比15000/5，高厂变高压侧TA变比1500/5，主变高压侧TA变比1200/5，变压器各侧电流互感器二次接线均采用星型接线，二次电流直接接入装置，变压器各侧TA二次电流相位由软件自调整，装置采用Y/Δ变化调整差流平衡。

（图一）2国电南瑞主变比率差动保护校验方法现场班组一般配置ONLLY A460系列继电保护校验仪，以（图一）为例，主变比率差动保护检验需要分别检验：发电机机端侧和主变高压侧比率差动，高厂变高压侧和主变高压侧比率差动，发电机机端侧和高厂变高压侧比率差动。

下面都以发电机机端侧和主变高压侧比率差动为例，研究单相法主变比率差动校验方法。

（1）从南瑞RCS-985发电机综合保护装置中读取主变差动定值：差动启动定值和差动速断定值是标幺值（2）南瑞RCS-985发电机综合保护装置，主变比率差动保护计算公式I d>Kbl×Ir+Icdqd（Ir＜nIe）Kbl=Kbl1+Kblr×(Ir/Ie)Id>Kbl2×(Ir-nIe)+b+Icdqd （Ir≥nIe）Kblr=(Kbl2-Kbl1)/(2×n)b=(Kbl1+Kblr×n) ×nIe（公式一）Id----差动电流；Ir----制动电流；Kbl1----比率差动起始斜率Kbl2----比率差动最大斜率n----最大斜率时的制动电流倍数取6差动电流取各侧相量和的绝对值制动电流取各侧数值绝对值相加除以2（3）从计算定值中读取各侧额定电流：I主变高压侧=3.43A I发电机侧=4.33A（4）软件校正差动各侧电流相位差与平衡系数，校正方法：对于Y侧电路：ⅰ’A=(ⅰA-ⅰB)/√3ⅰ’B=(ⅰB-ⅰC)/√3ⅰ’C=(ⅰC-ⅰA)/√3ⅰA、ⅰB、ⅰC——为Y侧TA二次电流ⅰ’A、ⅰ’B、ⅰ’C­——为Y侧校正后各相电流（公式二）（5）保护动作特性：图二比率差动保护动作特性（6）打开校验仪，按照下表在保护装置上输入数值，设置步长：（表一）在校验仪上设置好数值之后，从保护装置上观测两侧电流平衡，差流位零，制动电流为两侧电流绝对值之和除以2，缓慢的调节步长（增加或减少都可），制动电流不变，差流逐渐增大，直至发电机保护动作，记录校验仪所加动作值，从微机保护装置上读取动作电流和制动电流。

变压器差动保护整定计算1.比率差动1.1装置中的平衡系数的计算1）．计算变压器各侧一次额定电流：式中n S 为变压器最大额定容量，n U 1为变压器计算侧额定电压。

2）．计算变压器各侧二次额定电流：式中n I 1为变压器计算侧一次额定电流，LH n 为变压器计算侧TA 变比。

3）．计算变压器各侧平衡系数：b n n PH K I I K 2min 2，其中)4,min(min 2max 2n n b I I K 式中n I 2为变压器计算侧二次额定电流，min 2n I 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，max 2n I 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。

平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。

若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。

装置为了保证精度，所能接受的最小系数ph K 为0.25，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。

1.2差动各侧电流相位差的补偿变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。

电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。

变压器各侧TA 二次电流相位由软件调整，装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。

对于Yo/Δ-11的接线，其校正方法如下：Yo 侧：Δ侧：式中：a I 、b I 、c I 为Δ侧TA 二次电流，a I '、b I '、c I '为Δ侧校正后的各相电流；A I 、B I 、C I 为Yo 侧TA 二次电流，aI '、b I '、c I '为Yo 侧校正后的各相电流。

其它接线方式可以类推。

装置中可通过变压器接线方式整定控制字（参见装置系统参数定值）选择接线方式。

变压器差动保护整定计算1. 比率差动1.1 装置中的平衡系数的计算1）．计算变压器各侧一次额定电流：n nn U S I 113=式中n S 为变压器最大额定容量，n U 1为变压器计算侧额定电压。

2）．计算变压器各侧二次额定电流：LHn n n I I 12= 式中n I 1为变压器计算侧一次额定电流，LH n 为变压器计算侧TA 变比。

3）．计算变压器各侧平衡系数：b n n PH K I I K ⨯=-2min 2，其中)4,min(min2max 2--=n n b I I K 式中n I 2为变压器计算侧二次额定电流，min 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，max 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。

平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。

若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。

装置为了保证精度，所能接受的最小系数ph K 为0.25，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。

1.2 差动各侧电流相位差的补偿变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。

电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。

变压器各侧TA 二次电流相位由软件调整，装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。

对于Yo/Δ-11的接线，其校正方法如下：Yo 侧：)0('I I I A A •••-=)0('I I I B B •••-= )0('I I I C C •••-=Δ侧：3/)('c a a I I I •••-=3/)('a b b I I I •••-=3/)('b c c I I I •••-= 式中：a I •、b I •、c I •为Δ侧TA 二次电流，a I '•、b I '•、cI '•为Δ侧校正后的各相电流；A I •、B I •、C I •为Yo 侧TA 二次电流，a I '•、b I '•、c I '•为Yo 侧校正后的各相电流。

一、变压器的作用与分类变压器是电力系统输配电中的一个重要环节，起到升降压的作用。

按绕组可分为：：两圈变、三圈变等；按结构可分为：三相变、单相变、自耦变等；按其在输电系统中的作用可分为：升压变，降压变、联络变、等；按其在电厂中的作用可分为：主变、高厂变、厂变、励磁变、高备变等。

二、变压器差动保护比率制动式差动保护是变压器（发-变组、高厂变、励磁变）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；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于CT饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。

800系列发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下：)poI(流电动差制动电流(Ires)图1.1 比率差动动作特性图图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。

1.1比率差动原理基尔霍夫定律：I1+I2+I3=0差动辅助差动动作方程如下：I op > I op.0( I res≤ I res.0)I op≥ I op.0 + S(I res– I res.0) ( I res > I res.0 ) (1-1)I res >1.1 I nI op ≥ 1.2I n + 0.7(I res –1.1 I n ) ( I res >1.1 I n ) (1-2)I op 为差动电流，I op.0为差动最小动作电流整定值，I res 为制动电流，I res.0为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性斜率，I n 为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：I op = | ∙I 1 + ∙I 2 | (1-3) I res = |∙I 1 - ∙I 2| / 2 (1-4) 对于三侧及以上差动：I op = | ∙I 1 +∙I 2 +…+ ∙I n | (1-5) I res = max{ |∙I 1|，|∙I 2|，…，|∙I n | } (1-6)式中：3≤n ≤6，∙I 1，∙I 2，。

1.差动速断保护反映变压器内部或引出线严重短路故障，任一相电流大于整定值，保护跳闸并发信号，其动作方程为：Id>I1式中，Id为短路电流，I1差动保护定值。

Ih为高压侧电流，Il为低压侧电流TAP=（VWDG2×CT2×C）/（VWDG1×CT1）式中：VWDG1为高压侧线电压；VWDG2为低压侧线电压；CT1为高压侧CT变比；CT2为低压侧CT变比。

当相位调整选择“退”时，为外部接线补偿，C=3。

差动电流的计算方法为：Id=|Ih+ Il*TAP| ,其中Idh、Idl都为矢量。

制动电流的计算方法为：Ir= Imax |Ih、Il*TAP|。

（表示选择其中最大相）当相位调整选择“投”时，为内部软件补偿，。

C=1单加高压侧形成的差动电流的计算方法为：Idh=Ih线/3；单加低压侧形成的差动电流的计算方法为：Idl=Il*TAP；高压侧和低压侧同时施加，各相差动电流的计算方法为：Id=|Idh +Idl| ,其中Idh、Idl都为矢量。

高压侧和低压侧同时施加，各相制动电流的计算方法为：Ir=Imax |Idh、Idl|。

差动速断保护原理逻辑图如下：图6-1 差动速断保护原理逻辑图2.比率差动保护变压器在正常负荷状态下，差动保护的最小动作电流大于额定电流下流入差动回路的不平衡电流，保护不会误动。

随着外部短路电流的增大，电流互感器可能饱和，误差随之增大，不平衡电流也就不断增大。

为防止差动保护误动作，引入比率差动保护。

其能可靠地躲过外部故障时的不平衡差动电流。

其动作方程如下：Id>I2 Id>Ｋ*Ir式中: Id 为差动电流，Ir 为制动电流，Ｋ为比率制动系数。

I2为启动电流。

图6-3 比例差动保护的动作特性差动速断动作区比率差动动作Id I1I2/K1I2Ir K1比率制动区比率差动保护原理逻辑图如下：I2k*Ir图6-4 比率差动保护原理逻辑图3.二次谐波闭锁比率差动为了躲过变压器合闸瞬间的励磁涌流，本装置利用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：Id2ψ>Ｋxb.Idψ式中：Id2ψ为A、B、C三相差动电流的二次谐波；Id•ψ为对应的三相差动电流；Ｋxb为二次谐波制动系数。

比率差动保护的整定计算变压器各侧电流互感器二次均可采用星型接线（也可采用常规接线）其二次电流直接进入装置，从而简化了CT 接线，各侧电流互感器均采用减极性，都以指向母线（或指向变压器 ）为同极性端；1、变压器额定电流及平衡系数的计算： 1）计算变压器各侧额定电流ee e U S I 3=式中Se －变压器最大额定容量Ue －计算侧额定电压2）计算各侧二次额定电流及平衡系数HLH He He n I I ..=M LH Me Me n I I ..=LLH Le Le n I I ..=式中：H e I .——高压侧一次额定电流 H LH n .—高压侧CT 变比 He I ——高压侧二次额定电流 M e I .——中压侧额定电流，M LH n .——中压侧CT 变比 ， Me I ——高压侧二次额定电流 L e I .———低压侧额定点流 L LH n .——低压侧CT 变比， Le I ——高压侧二次额定电流 3）高、中压侧平衡系数 BPH= Le I /(He I *K) BPZ= Le I /（Me I *K ）BPH ——高压侧平衡系数； BPZ ——中压侧平衡系数； K 为接线系数，当高（中）压侧为△接线时，K=1.732, 当高（中）压侧为Y 接线时，K=1； 当高压侧为Y 接线时，由于高低压侧存在30度，此时30度（星角转换）软压板应投入，软件对低压侧电流相位自动前移30度。

2、差动速断电流Icdsd 的整定为了防止出现严重短路时产生较大差动电流，保护能可靠动作，特设立差动速断保护，保护整定原则是保证空投变压器时差动速断保护不动作，一般地Icdsd=(4~7)Ie ； 3、 比例差动电流门槛定值Icd 整定 1）差动电流的计算：Icd 为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常额定负载时的最大不平衡电流整定，即 Icd ＝K K (K tx ·f i I e +ΔU H ·I e +ΔU M I e ) = K K (K tx ·f i +ΔU H +ΔU M ) I e式中：I e －变压器额定电流；K K －可靠系数，取1.3～1.5；K tx －电流互感器同型系数，取1.0；f i －电流互感器的最大相对误差，取0.1；ΔU H 、ΔU M －分别为高、中压侧调压抽头引起的误差，取调压范围的一半。

变压器容量6.3MVA Y/△-11一次侧电压(UAB)110kV 二次侧电压(Uab)10kV一次侧电流值(IA )33.07A 二次侧电流值(Ia)363.73A 一次侧CT变比50二次侧CT变比800一次侧CT电流(IA')0.661A TAP1高压侧基准值二次侧CT电流(Ia')0.455A TAP2低压侧基准值比率制动启动值0.23门槛值高压侧CT电流0.263A 低压侧CT电流0.105A计算方法：绕组1=比率制动差动保护启动值*H侧电流基准值*1.732绕组2=比率制动差动保护启动值*L侧电流基准值比率斜率0.40制动系数选取试验点 Ires1.00制动电流Iop0.40差动电流IH'1.20IL'0.80高压侧CT电流(IA)1.375A 低压侧CT电流(Ia)0.364A 与IA反相补偿电流(Ic)0.546A 与IA同相计算方法：差动电流：Ih-IL=0.4，制动电流：绕组1=制动元件动作电流启动值* H侧电流基绕组2=制动元件动作电流启动值* L侧电流基补偿电流=绕组1制动元件动作电流启动值* L 差动速断试验差动速断值7.00Iop.max 高压侧CT电流8.018A比率制动折线1百分比试验差动保护整定保护起动门槛值试验变压器差动保护计算模型额定运行情况低压侧CT电流 3.183A计算方法：绕组1=差动速断值*H侧电流基准值*1.732绕组2=差动速断值*L侧电流基准值备注：I'H,I'L均为变压器运行时的标幺值，且相差180度。

变压器差动保护定值计算1、 额定电流计算：高压侧 3U SI = 低压侧 3U SI =2、电流互感器二次连接臂电流：高压侧 I 1=变比低压高压侧电流CT /In 低压侧 I 2=变比低压低压侧电流CT /In In=5A3、二次谐波电流基波值×第二拐点×二次谐波比率×启动比4、比例差动最小起动电流I= In ×50%×K5、差动动作电流高压 31⨯⨯=倍数变比CT I I 低压倍数变比⨯CT I I 2 6、例：变压器容量S=20000KVA 电压35KV/10.5KV 接线组别Dyn11 35KV 侧CT 500/5 10.5KV 侧CT2000/5基波2A 二次谐波比率12%计算：变压器高低压侧额定电流、变比校正系数、二次谐波电流、 差动启动电流、差动动作电流。

解： 高压侧额定电流 I e =20000÷(35×1.732)=329.9A低压侧额定电流 I e =20000÷（10.5×1.732）=1099.7A电流互感器二次电流：高压侧 I e=329.9÷100=3.299A低压侧 I e=1099.7÷400=2.749A电流互感器二次连接臂电流：I1=329.9/100÷5=0.66AI2=1099.7/400÷5=0.55A差动启动电流高压侧 I1=5×0.5×0.66=1.65A低压侧 I2=5×0.5×0.55=1.38A差动动作电流高压侧 I动= I e1×10×1=32.99A低压侧 I动= I e2×10×1=27.49AD时K取3；Y时K取1二次谐波电流I谐= 2×3×12%×50%=0.36A7、变压器过流保护定值计算I过=（S÷U÷3）×K1÷K2÷CT变比 K1灵敏度系数取1.2K1继电器返回系数取0.85 例：变压器S=2000KVA 电压U=10.5KV CT变比 150/5 求变压器过电流保护定值解：I过=（2000÷10.5÷1.732）×1.2÷0.85÷30=5.17A 取6A。