微机型比率差动保护应用实践与改进
关键词：变压器差动保护比率差动保护 区内外故障 技术改进 毕业论文网 一、概述 电力变压器差动保护主要保护变压器引出端及变压器的内部故障，是变压器的主保护，它对电力变压器的安全、稳定运行至关重要。
传统差动保护中的继电器一般选用电磁型、整流型、半导体型等的差动继电器。
以往SH电厂主变压器一直使用传统的“电磁型差动继电器保护”（以下简称“电磁差动保护”）。
这次SH电厂主变压器进行技术改造，采用了目前为止灵敏度和可靠性较好的“微机型比率差动保护”（以下简称“微机保护”）。
微机保护作为三圈变压器的主保护具有动作可靠，集数据采集、计算、比较、判断等功能于一体。
本文将通过对电磁型保护与微机保护特性对比和简要原理分析，结合自己工作中对微机保护动作试验分析及调试工作体会，对微机保护提出技术改进思路。
二、电磁差动保护与微机保护原理分析 1、保护整定原理：电磁差动保护是根据变压器内部短路时，短路电流通过一次线圈在二次线圈中产生感应电动势，从而使继电保护动作。
由于传统继电器的结构特点决定了校验电磁型差动继电器时比较麻烦，而且精度不高。
2、电流互感器接线：为了消除变压器不同接线方式引起的不平衡电流的影响，电磁差动保护需要通过变换“电流互感器”（TA）接线来补偿相位，二次接线比较繁琐、容易发生错接。
3、躲过励磁涌流的方法：当变压器短路、空投或故障切除后电压恢复时，由于变压器铁心中的磁通急剧增大 ，使铁心瞬间饱和，伴随出现很大的励磁涌流（额定电流的6~8倍）且包含很大非周期分量和高次谐波分量（以二次谐波为主，）。
微机保护采用的是带二次谐波制动的比率差动继电器，能有效克服保护装置的误动。
而电磁型差动继电器是利用速饱和变流器容易饱和的性能，来躲过变压器短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期影响，响应速度慢、可靠性不高。
所谓比率制动特性差动保护，简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。
4、采用硬件：电磁型差动继电器有明显触点、直观，但在沿海潮湿、化工区腐蚀环境，触点容易点蚀而影响到保护的可靠性和灵敏度。
微机保护是集成模块，它集微机的计算、存贮、分析及逻辑判断功能于一体并成功引用到保护之中，不仅定值准确，而且维护方便、检修迅速。
5、工作原理：电磁差动保护的继电器有三个差动元件（87R—1/—2/—3）。
这些元件由绕组输入电流计算而来的动作（IOP）和制动（IRT）量控制。
从绕组A/B/C三相计算出的电流引入差动元件87R—1/—2/—3,在每个元件中，绕组电流均为矢量方式相加，结果的模即为IOP，绕组电流又以标量方式相加，并除以2，这个结果即为IRP，对于平衡的负荷电流，其理想的计算结果为IOP=0和IRT=1。
微机保护的制动式差动元件由二次和五次谐波元件监视，当基本动作电流中的谐波分量大于一定的门坎值时，就闭锁跳闸，这样就避免在变压器起动（二次谐波）和过励磁（五次谐波）情况下误动作；二个门坎PCT2和PCT5，可独立整定，用户也可整定成谐波闭锁全部元件，或仅闭锁相关元件；整定值IHBL（独立谐波闭锁），如果设为N（No）它将在谐波元件动作时导致所有元件被闭锁。
三、动作试验 根据比率差动保护的特点，当变压器轻微故障时，不带制动量，使保护在轻微故障时具有较高的灵敏度，而在较严重的区外故障时，有较大的制动量，保护应该非常可靠。
电流互感器在大电流及系统时间常数大的情况下会引起饱和，对保护装置产生不利的影响，特别是对变压器差动保护，容易发生误动。
对于发生在被保护变压器区内的故障，它引起的TA饱和不易区分，因为差动电流和制动电流的测量值失真情况一样。
这时比率差动电流保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动电流保护的动作条件。
对于发生在被保护变压器区外的故障，其穿越性短路电流引起的TA饱和会产生很大的虚假差动电流，TA饱和情况不同时更为严重。
如果由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动电流保护的动作特性区内，如不采取措施，保护会误动。
如何解决这个问题呢？对发生在被保护变压器外的故障，它引起的TA饱和可以通过高值的初始制动电流检测出来，此电流会将工作点短暂的移至附加稳定特性区内。
反之，当变压器区内故障时，由于制动电流几乎不可能大于差动电流，其工作点会立即进入动作区。
因此，可利用故障发生的最初半个周期内，测量值引发的工作点是否在附加稳定特性区内作为判定依据。
一经检查出外部引起的TA饱和，装置自动闭锁了比率差动电流保护，并会在整定时间 （TCT）内一直有效闭锁，直到整定时间到时才解除闭锁。
工作点稳定地连续两个周期工作在动作区内，就会被立即解除，从而可靠地检查出被保护变压器的故障并迅速动作。
四、测试数据 常规保护测试制动特性曲线可在差动绕组与制动绕组分别通动作电流及制动电流，但微机差动保护只能在高、低压侧模拟区外故障通入电流测试，因此需要经过计算求得动作电流和制动电流。
现举一个简单的例子加以说明： 注：上表高压侧的起始动作电流为0.78A，是根据公式：0.4*TOP1*1.5计算得到的，其中0.4是整定起始值；TOP1=额定容量/额定电压*√3*变比,就SH电厂主变4#、5#而言，具体的就是 120MVA/220KV*√3*240=1.31，1.5是单相法系数；高压侧的启动电流=0.4*1.31*1.5=0.78A.根据计算结果再去测试，相符即可。
五、不足之处 通过试验，我们验证了带制动的比率差动保护具有的区内故障可靠动作，区外故障可靠闭锁的特点。
但是从现场工程实际来看，还有一些不足之处，比如，当变压器发生区外短路故障时，由于巨大的短路电流对其本体的绝缘和性能造成了破坏， 变压器内部发生匝间短路故障的情况也时常发生，这就要求差动保护在这种情况下也能够可靠动作而不被误闭锁，这就对差动保护提出了更高的要求。
变电站的直流供电系统正常供电时大都运行于“浮充”方式下，纹波系数较高，纹波系数过高会影响装置的寿命，甚至会造成逻辑错误或导致保护拒动。
我们在调试时就曾遇到过因交直流电源的干扰而造成数据的严重偏差。
因此一定要选用抗干扰能力强、输出波纹系数低的稳压电源，并随时对其波形进行监视。
六、应用体会及改进设想 目前220kV及以上电压等级的变压器纵联差动保护双重化，这是加强主保护的必要措施。
为了防止区外故障差动保护误动，在工作实践中有如下体会和改进设想： 1、在进行继电保护定值校验时，必须使各点的制动系数值均满足选择性及可靠性，使制动特性曲线位于理想的制动特性曲线上部； 2、两侧TA尽量选用同一型号的，可以为P级或TPY级互感器，有条件的尽可能使用TPY级互感器，因为它带有气隙能有效抗饱和； 3、提高硬件的采样精度和计算准确度； 4、变压器微机保护装置的二次电缆采用屏蔽电缆，屏蔽层应可靠接地，以防外界电磁场对系统的干扰。
5、电流输入线中各相电流线及中性线应分别置于同一电缆内； 6、交流回路不得与直流回路共用一根电缆； 7、电流互感器的二次回路采取单点接地，并在配电装置附近经端子排可靠接地；采用多组电流互感器的保护装置，则应经接地端子排集中接地。
避免多点接地造成电位差窜入二次回路，使检测数据不准确，保护不能准确动作。
8、电流互感器的二次回路不能开路，否则在二次回路中将产生很高的电压，危及人身安全和烧坏二次设备，还可能造成变压器保护误动或拒动，影响电网平稳运行。
七．结论 微机型变压器二次谐波制动的比率差动保护具有性能稳定，技术指标先进，功能全，体积小，可靠性高，自检功能强，灵活性高，硬件规范化，模块化，互换性好，软件编制标准化，便于功能扩充，调试、整定、运行维护简便的特点。
经过SH电厂主变4#、主变5#改造后使用至今，情况很好。
随着微机保护装置的广泛应用，技术更先进的新型继电保护装置也将面试，应不断学习新技术，在工作中勤思考、多总结，使新技术、新设备得到更好的运用，发挥更大的效益。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。