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摘要：电力变压器的主保护不正确动作，将对变压器、系统正常运行及用户带来很大的影响，本文主要阐述了主变差动保护的原理以及造成差动保护误动作和拒动的部分原因。
关键词：变压器；差动保护；故障切除；误动
0 引言
目前江门新会供电局有33个变电站共有62台主变，新会区用电负荷已突破700MW大关，全区经济的飞速发展，特别是新会区一批重点工业项目的投产、扩产，用电需求增势强劲，使我区用电负荷不断刷新历史新高。在当前电网负荷紧张的形势下，新会电网的负荷缺口非常大，那么如何保证电网运行的稳定性、可靠性是供电局关心的核心问题，而变压器安全运行与否直接影响到电网能否安全稳定运行，因此如何完善主变差动保护，做到保护正确动作，则是调度中心和变电部最迫切关心的问题。本文主要阐述了主变差动保护的原理以及造成差动保护误动作和拒动的部分原因。
1、变压器差动保护的原理
差动保护原理于1904年由C. H. Merz和B.Price在英国提出, 其基本原理沿用至今,它主要是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。其单线原理图如图1所示。变压器在正常运行或外部故障时，理想情况下流过继电器KD的电流 ＝ 1－ 2＝0，继电器KD不动作。内部故障时， ＝ 1＋ 2（双侧电源）或 ＝ 1（单侧电源），继电器KD动作。
图1 变压器差动保护接线图及工作原理
（a） 正常运行及外部故障：（b）内部故障（双侧电源）
（c）内部故障（单侧电源）
随着技术的不断进步，现在主变的差动保护从以前只需要差动电流作为动作电流，到现在还引入外部短路电流作为制动电流，从而形成比率差动保护，此保护能很好地克服因区外故障短路电流在差动回路里产生的不平衡电流的影响。以下为南京南瑞RCS-978主变保护的比率差动保护跳闸回路逻辑图。
稳态比率差动的逻辑框图
2、差动保护误动的原因分析
2.1 励磁涌流引起变压器差动保护误动
正常运行时变压器的励磁电流只通过变压器接有电源的一侧，无法被平衡而形成不平衡电流。正常情况下该电流很小，一般不超过变压器额定电流3%～5%，在外部故障时，由于电压降低励磁涌流相应更小。
当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁涌流。
磁通公式：Φ=-Um/Wω*cos(ωt+а)+( Um/Wω*cos(а))e-t/T+Φs
=-Φm cos(ωt+а)+ Φm cos(а)e-t/T+Φs
W----变压器空投侧绕组的匝数； Φm---- Um/Wω
Φ----铁芯中的磁通； T----时间常数
Um----电源电压的幅值；Φs----合闸前铁芯中的剩磁通
а----合闸角； ω----角频率；
如果在电压瞬时值为零时空投变压器，合闸角а=0，在忽略变压器及合闸回路的电阻时，以上公式的时间常数T为无穷大，磁通中的自由分量不衰减，假如Φs方向又与合闸后Φm cos(а)= Φm，则铁芯中的最大磁通可以达到2Φm+Φs ，此时变压器的铁芯严重饱和。由图（a）所示，此电流就称为变压器励磁涌流ILY ，其数值最大可达额定电流的6～10倍。由于励磁涌流在差回路中不能被平衡，从而形成了差动回路的不平衡电流，并将使差动保护误动作。
（a）变压器铁芯的磁化曲线（b）励磁涌流的波形
励磁涌流具有如下特点：
（1） 励磁涌流数值很大，最大可达变压器额定电流的6～8倍，小容量的变压器倍数较大，大容量的变压器倍数较小。
（2） 励磁涌流衰减时间与系统参数的时间常数有关。小容量的变压器衰减较快，大容量的变压器衰减较快慢。
（3） 励磁涌流中含有很大的非周期分量，偏向于时间轴一侧。
（4） 励磁涌流含有大量的高次谐波分量，其中2次谐波占有较大比例，可达基波的40%～50%。
（5） 励磁涌流相邻波形之间存在间断角。
根据以上特点，为了抑制励磁涌流的影响，变压器保护可以采用以下措施：①采用具有速饱和铁芯的差动继电器构成差动保护，②利用二次谐波制动原理构成差动保护，③采用鉴别波形间断角原理的差动保护。
2.2 不平衡电流引起的差动保护误动
2.2.1 变压器接线组别的影响产生的不平衡电流
常用的Y,d11接线的变压器，两侧电流存在着30°的相位差，即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流，影响保护的性能。相位补偿后，为了使每相两差动臂的电流数值近似相等，应做幅值补偿，即在设计电流互感器的变比N时，应考虑电流互感器的接线系数Kc，即差动臂的电流为KcI1/N。其中I1一次值，电流互感器按三角形接线时Kc=√3 ，按星形接线时则Kc=1.则两侧电流互感器的变比按以下两式选择，
变压器星形侧的电流互感器的变比为NY=√3 IAY/IaY；
变压器三角星形侧的电流互感器的变比为N△=IA△/Ia△；
实际上选择电流互感器时，是根据电流互感器定型产品变比确定以各接近并稍大于计算值的标准变比。在微机保护保护中，变压器接线组别影响的已采用电流相位差软件补偿措施，由于软件计算的灵活性，允许变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，相位差有软件自动进行校正，但要求各侧电流正方向均指向变压器。
2.2.2 电流互感器实际选用变比与计算变比不同产生的不平衡电流
如果选定的变压器两侧电流互感器变比之比刚好等于变压器的变比，即
NT=√3NTA(△)/ NTA(Y)
则正常运行时差动回路中没有电流。但实际上无法刚好满足此条件。因为：①实际选用的电流互感器标准变比无法刚好等于计算变比；②根据系统需要，变压器要进行调压，相应地改变变压器的变比。具体计算时，只需要根据变压器各侧一次额定电流，差动TA变比求出电流平衡系数Kb，将Kb值当作定值输入保护装置中，由保护软件实现电流自动平衡调整来消除TA计算变比和实际选用变比不同产生的不平衡电流。
Kb=IN/I2e
I2e为变压器各侧TA二次额定定值电流；规定高压侧的I2e为电流基准值IN
2.2.3 变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流
变压器两侧额定电压不同，装设在两側的电流互感器型号就不相同，致使它们的饱和特性和励磁特性也不相同。当外部短路时，在最大短路电流IK。max作用下，有可能一侧电流互感器饱和，另一侧电流互感器不饱和，不饱和侧励磁电流很小，饱和侧励磁电流很大，若是按10%误差选择的电流互感器，将有可能出现不大于10%IK。max的误差，因此在差动回路中可能出现10%IK。max的不平衡电流。对此只有采用适当增大保护动作电流的办法予以考虑，实际上在整定计算时用同型系数考虑之。
2.2.4 带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
有载调压变压器在运行中，常采用改变变压器分接头来调整电压，这实际上改变了变压器的变比，从而增大了差动回路中不平衡电流Iub。△U，它与电压调节范围△U有关，通常△U最大为±15%。由此产生的不平衡电流可表示为
Iub。△U=±（√3 /NTA）*△U*IK。max
这一问题的解决一般采用提高保护动作电流来消除影响，但采用分侧比率制动差动保护可不受带负荷调压的影响。
2.2.5区外故障产生的不平衡电流
变压器在正常负荷状态下，电流互感器的误差很小，这时差动保护的的回路中的不平衡电流Iunb也很小。但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随着增大，这时不平衡电流也就随之增大。RCS-978 采用了如下的稳态比率差动动作方程：
其中 Ie 为变压器额定电流， I 1...... m. 分别为变压器各侧电流， Icdqd 为稳态比率差动起动定值， Id 为差动电流， Ir 为制动电流， kbl 为比率制动系数整定值（0.2≤kbl≤0.75 ）,推荐整定kbl=0.5 。
稳态比率差动保护按相判别，满足以上条件时动作。式3-2-1 所描述的比率差动保护经过TA 饱和判别，TA 断线判别(可选择)，励磁涌流判别后出口。式3-2-2 所描述的比率差动保护只经过TA 断线判别(可选择)，励磁涌流判别即可出口。它利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时能可靠正确动作。
3、结束语
由于保护误动的原因多方面的，本文只是阐述了差动保护误动拒动的部分原因以及一些防范措施，因此仅给新入职的技术人员提供一些思路，同时在安装调试过程中实行精细化管理，把好试验关，落实反措条文，提高变压器差动保护的可靠性，避免主变在运行中差动保护的误动作。
参考文献:
[1]陈金玉. 继电保护 北京: 中国电力出版社
[2]孙成宝继电保护 北京: 中国电力出版社
[3]国家电力调度通信中心继电保护培训教材 北京: 中国电力出版社
[4] RCS-978系列变压器成套保护装置220kV版技术说明书 南京南瑞
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：变压器；差动保护；故障切除；误动
0 引言
目前江门新会供电局有33个变电站共有62台主变，新会区用电负荷已突破700MW大关，全区经济的飞速发展，特别是新会区一批重点工业项目的投产、扩产，用电需求增势强劲，使我区用电负荷不断刷新历史新高。在当前电网负荷紧张的形势下，新会电网的负荷缺口非常大，那么如何保证电网运行的稳定性、可靠性是供电局关心的核心问题，而变压器安全运行与否直接影响到电网能否安全稳定运行，因此如何完善主变差动保护，做到保护正确动作，则是调度中心和变电部最迫切关心的问题。本文主要阐述了主变差动保护的原理以及造成差动保护误动作和拒动的部分原因。
1、变压器差动保护的原理
差动保护原理于1904年由C. H. Merz和B.Price在英国提出, 其基本原理沿用至今,它主要是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。其单线原理图如图1所示。变压器在正常运行或外部故障时，理想情况下流过继电器KD的电流 ＝ 1－ 2＝0，继电器KD不动作。内部故障时， ＝ 1＋ 2（双侧电源）或 ＝ 1（单侧电源），继电器KD动作。
图1 变压器差动保护接线图及工作原理
（a） 正常运行及外部故障：（b）内部故障（双侧电源）
（c）内部故障（单侧电源）
随着技术的不断进步，现在主变的差动保护从以前只需要差动电流作为动作电流，到现在还引入外部短路电流作为制动电流，从而形成比率差动保护，此保护能很好地克服因区外故障短路电流在差动回路里产生的不平衡电流的影响。以下为南京南瑞RCS-978主变保护的比率差动保护跳闸回路逻辑图。
稳态比率差动的逻辑框图
2、差动保护误动的原因分析
2.1 励磁涌流引起变压器差动保护误动
正常运行时变压器的励磁电流只通过变压器接有电源的一侧，无法被平衡而形成不平衡电流。正常情况下该电流很小，一般不超过变压器额定电流3%～5%，在外部故障时，由于电压降低励磁涌流相应更小。
当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁涌流。
磁通公式：Φ=-Um/Wω*cos(ωt+а)+( Um/Wω*cos(а))e-t/T+Φs
=-Φm cos(ωt+а)+ Φm cos(а)e-t/T+Φs
W----变压器空投侧绕组的匝数； Φm---- Um/Wω
Φ----铁芯中的磁通； T----时间常数
Um----电源电压的幅值；Φs----合闸前铁芯中的剩磁通
а----合闸角； ω----角频率；
如果在电压瞬时值为零时空投变压器，合闸角а=0，在忽略变压器及合闸回路的电阻时，以上公式的时间常数T为无穷大，磁通中的自由分量不衰减，假如Φs方向又与合闸后Φm cos(а)= Φm，则铁芯中的最大磁通可以达到2Φm+Φs ，此时变压器的铁芯严重饱和。由图（a）所示，此电流就称为变压器励磁涌流ILY ，其数值最大可达额定电流的6～10倍。由于励磁涌流在差回路中不能被平衡，从而形成了差动回路的不平衡电流，并将使差动保护误动作。
（a）变压器铁芯的磁化曲线（b）励磁涌流的波形
励磁涌流具有如下特点：
（1） 励磁涌流数值很大，最大可达变压器额定电流的6～8倍，小容量的变压器倍数较大，大容量的变压器倍数较小。
（2） 励磁涌流衰减时间与系统参数的时间常数有关。小容量的变压器衰减较快，大容量的变压器衰减较快慢。
（3） 励磁涌流中含有很大的非周期分量，偏向于时间轴一侧。
（4） 励磁涌流含有大量的高次谐波分量，其中2次谐波占有较大比例，可达基波的40%～50%。
（5） 励磁涌流相邻波形之间存在间断角。
根据以上特点，为了抑制励磁涌流的影响，变压器保护可以采用以下措施：①采用具有速饱和铁芯的差动继电器构成差动保护，②利用二次谐波制动原理构成差动保护，③采用鉴别波形间断角原理的差动保护。
2.2 不平衡电流引起的差动保护误动
2.2.1 变压器接线组别的影响产生的不平衡电流
常用的Y,d11接线的变压器，两侧电流存在着30°的相位差，即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流，影响保护的性能。相位补偿后，为了使每相两差动臂的电流数值近似相等，应做幅值补偿，即在设计电流互感器的变比N时，应考虑电流互感器的接线系数Kc，即差动臂的电流为KcI1/N。其中I1一次值，电流互感器按三角形接线时Kc=√3 ，按星形接线时则Kc=1.则两侧电流互感器的变比按以下两式选择，
变压器星形侧的电流互感器的变比为NY=√3 IAY/IaY；
变压器三角星形侧的电流互感器的变比为N△=IA△/Ia△；
实际上选择电流互感器时，是根据电流互感器定型产品变比确定以各接近并稍大于计算值的标准变比。在微机保护保护中，变压器接线组别影响的已采用电流相位差软件补偿措施，由于软件计算的灵活性，允许变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，相位差有软件自动进行校正，但要求各侧电流正方向均指向变压器。
2.2.2 电流互感器实际选用变比与计算变比不同产生的不平衡电流
如果选定的变压器两侧电流互感器变比之比刚好等于变压器的变比，即
NT=√3NTA(△)/ NTA(Y)
则正常运行时差动回路中没有电流。但实际上无法刚好满足此条件。因为：①实际选用的电流互感器标准变比无法刚好等于计算变比；②根据系统需要，变压器要进行调压，相应地改变变压器的变比。具体计算时，只需要根据变压器各侧一次额定电流，差动TA变比求出电流平衡系数Kb，将Kb值当作定值输入保护装置中，由保护软件实现电流自动平衡调整来消除TA计算变比和实际选用变比不同产生的不平衡电流。
Kb=IN/I2e
I2e为变压器各侧TA二次额定定值电流；规定高压侧的I2e为电流基准值IN
2.2.3 变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流
变压器两侧额定电压不同，装设在两側的电流互感器型号就不相同，致使它们的饱和特性和励磁特性也不相同。当外部短路时，在最大短路电流IK。max作用下，有可能一侧电流互感器饱和，另一侧电流互感器不饱和，不饱和侧励磁电流很小，饱和侧励磁电流很大，若是按10%误差选择的电流互感器，将有可能出现不大于10%IK。max的误差，因此在差动回路中可能出现10%IK。max的不平衡电流。对此只有采用适当增大保护动作电流的办法予以考虑，实际上在整定计算时用同型系数考虑之。
2.2.4 带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
有载调压变压器在运行中，常采用改变变压器分接头来调整电压，这实际上改变了变压器的变比，从而增大了差动回路中不平衡电流Iub。△U，它与电压调节范围△U有关，通常△U最大为±15%。由此产生的不平衡电流可表示为
Iub。△U=±（√3 /NTA）*△U*IK。max
这一问题的解决一般采用提高保护动作电流来消除影响，但采用分侧比率制动差动保护可不受带负荷调压的影响。
2.2.5区外故障产生的不平衡电流
变压器在正常负荷状态下，电流互感器的误差很小，这时差动保护的的回路中的不平衡电流Iunb也很小。但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随着增大，这时不平衡电流也就随之增大。RCS-978 采用了如下的稳态比率差动动作方程：
其中 Ie 为变压器额定电流， I 1...... m. 分别为变压器各侧电流， Icdqd 为稳态比率差动起动定值， Id 为差动电流， Ir 为制动电流， kbl 为比率制动系数整定值（0.2≤kbl≤0.75 ）,推荐整定kbl=0.5 。
稳态比率差动保护按相判别，满足以上条件时动作。式3-2-1 所描述的比率差动保护经过TA 饱和判别，TA 断线判别(可选择)，励磁涌流判别后出口。式3-2-2 所描述的比率差动保护只经过TA 断线判别(可选择)，励磁涌流判别即可出口。它利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时能可靠正确动作。
3、结束语
由于保护误动的原因多方面的，本文只是阐述了差动保护误动拒动的部分原因以及一些防范措施，因此仅给新入职的技术人员提供一些思路，同时在安装调试过程中实行精细化管理，把好试验关，落实反措条文，提高变压器差动保护的可靠性，避免主变在运行中差动保护的误动作。
参考文献:
[1]陈金玉. 继电保护 北京: 中国电力出版社
[2]孙成宝继电保护 北京: 中国电力出版社
[3]国家电力调度通信中心继电保护培训教材 北京: 中国电力出版社
[4] RCS-978系列变压器成套保护装置220kV版技术说明书 南京南瑞
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。