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摘要：公司在安装调试35KV变电站过程中经常遇到主变压器差动保护的一些问题，本文主要介绍影响变压器差动保护的因素，传统保护装置与微机保护装置的特点。通过两种保护装置及原理比较，简要介绍选型装置和改造过程及改造后运行情况和效果。
关键词：电磁型继电器；微机保护；越级跳闸
Abstract: In the installation and debugging often encounter some problems of differential protection of main transformer in 35KV substation, this paper mainly introduces the influencing factors of the transformer differential protection, the traditional protection device and microcomputer protection device. Through two kinds of protective devices and comparison principle, briefly introduces the selection device and transformation process and transformation after the operation and effect.
Key words: electromagnetic relay; microprocessor-based protection; override trip
中图分类号：TM581.3
某35KV变电站，31.5MVA主变主保护，原采用许继公司DCD-2A型差动继电器作为主保护，存在区外故障及雷击造成的越级跳闸等问题，给供电安全、安全生产造成巨大影响。采用微机保护改造后，既提高了系统的稳定性，确保供电安全，又能够简化二次接线，减少维护量。
该35KV变电站设31.5MVA主变压器，35KV开关柜KYN61, 10KV开关柜KYN28A,高压侧CT变比1000/5, 低压侧CT变比2500/5,保护设有变压器差动保护、过流保护、过负荷保护、重瓦斯保护、轻瓦斯保护，压器差动保护、重瓦斯保护无时限作用于双侧开关跳闸，过流保护带时限作用于双侧开关跳闸，其他作用于信号。差动保护的构成为许继公司DCD-2A型差动继电器，但据变电站工作人员反映，实际应用中，变压器差动保护几乎每年都出现因为区外故障和雷击线路造成的差动保护越级动作，保护可靠性和选择性较差，从而使供电安全受到很大影响，造成不小的经济损失。
针对存在的问题，我们成立维修改造小组，组织相关人员分析、论证可行性。参照有关书籍文献及运行参数，根据保护及控制要求制定改造方案。
影响变压器差动保护的因素，主要有变压器接线组别、各侧电压等级、CT变比等因素的影响。主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时，用以比较的主变高低压侧电流幅值是相等，相位相反或相同，从而在理论上保证差流为0。不管是电磁式或集成电路及现在的微机保护，都要考虑上述三个因素的影响。
电磁式保护，对于接线组别带来的影响通过外部CT接线方式来解决。主变为Y/△接线，高压侧CT二次采用△接线，低压侧CT二次采用Y接线，由保护CT完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。电流由主变高压侧传变到低压侧时，相位前移30度，低压侧CT接成Y/Y，角度没有偏移。高压侧CT接成Y/△，CT二次侧比一次侧（也即主变高压侧）相位也前移了30度。这样就保证了高低压侧CT的二次电流同相位。高压侧CT接成Y/△后，电流幅值增大了√3倍（实际上是线电流），在选择CT变比时，要考虑到这个因素，尽量让流入差动继电器的主变高低压侧电流相等。因为CT都是标准变比，通常不能保证高低压侧二次电流相等，对此一般采取在外回路加装电流变换器或着对具有速饱和铁芯的差动继电器，调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法，精度都不高。
继电器的基本原理是利用非故障時暂态电流中的非周期分量来磁化变流器的导磁体，提高其饱和程度，从而构成躲过励磁涌流及穿越性故障时不平衡电流的作用。
微机保护同传统保护相比，主要是实现的方法和计算的精度有了很大提高。早期有些微机差动保护，可能是运算速度不够的缘故，相角归算还是采用外部CT接线来消除（如DSA早期某型号产品）。现在的微机差动保护，CT都是采取Y/Y接线，相角归算由内部完成：通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差动，对于Y/△-11接线，同低压侧IAl相比较运算的并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah-Ibh(矢量减)，这样得到的线电流Iah*，角度左移30度，同低压侧Ial同相位。对于Y/△-11接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah-Ibh、Ibh*=Ibh-Ich 、Ich*=Ich-Iah(都为矢量减)。对于Y/△-1接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah-Ich；Ibh*=Ibh-Iah 、Ich*=Ich-Ibh(都为矢量减)。通过减超前相或滞后相电流的不同，从而实现相角滞后或前移30度。主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非常容易的，输入量（对△侧）或相位归算后的中间量（对Y侧）乘以相应的某个比例系数即可。当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢量相减，同时造成的幅值增大了√3倍。
以上是基于装置理论和静态情况下的介绍和分析，实际应用中，特别是故障和雷击时暂态的传变过程非常复杂，离散性非常大，现代的研究大量借助仿真技术，建立物理模型，进行故障模拟，并借助微型计算机的发展，实现对故障波形的瞬时采样与计算和逻辑出口，从而使保护的选择性和可靠性大幅度提高。
DCD-2A型差动继电器一旦整定完成，其特性便相对固定下来，能够较好躲避励磁涌流，但对相对复杂的故障和雷击时的暂态传变无法识别，如二次谐波，直流分量，CT铁芯饱和产生的波形畸变等，是造成保护越级跳闸的主要原因。
小组成员广泛了解目前国内外成熟的微机保护产品，对微机保护装置进行选型，最后确定选用南京南瑞继保电气有限公司的产品，型号：RCS-9679C 。原因：一是硬件先进，结构合理，CPU选用美国进口产品，集成电路板采用先进的表面贴装工艺，背板插头采用镀金加环形弹簧等；二是原理先进，少有的三折线比率差动；三是主后备保护一体，符合现场实际，便于安装、接线和调试；四是丰富的功能，满足今后的发展需要。
1 应用范围
RCS-9679C 装置由多微机实现的变压器保护，适用于110kV及以下电压等级的双圈变压器。
2 软件工作原理
2.1起动元件
2.1.1装置总起动元件
起动CPU 设有装置总起动元件，当三相差流的最大值大于差动电流起动定值时， 或者高 低压侧三相电流的最大值大于相应的过流定值时，起动元件动作并展宽 500ms ，开放出口继电器正电源。
2.1.2 保护起动元件
若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或中 低压侧电流的最大值（I3 I4）大于相应的过电流定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms，保护进入故障测量计算程序。
2.2 差动保护
由于变比和联结组别的不同，变压器在运行时各侧电流的大小及相位也不相同。 装置通过软件进行Y→Δ变换及平衡系数调整对变压器各侧电流的幅值和相位进行补偿，具体方法参见 5.2(4)。以下差动保护的说明均以各侧电流已 成幅值和相位补偿为前提。装置采用三折线比率差动原理，并设有低值比率差动保护 高值比率差动保护和差动速断保护。差动保护动作特性曲线如下图3.2-1 所示。图中差动保护动作区包括三个部分：低值比率差动保护动作区 高值比率差动保 护动作区和差动速断保护动作区，部分标注说明如下：
Icdqd为差动电流起动值； I sdzd 为差动速断定值； Kbl为比率差动制动系数；I d为差动电流，I r 为制动电流。
2.2.1 比率差动元件
装置设有低值比率差动保护和高值比率差动保护。低值比率差动保护用来区分差流是由内部故障还是不平衡输出 （特别是外部故障时）引起。高值比率差动保护只经二次谐波闭锁，其比率制动特性可抗区外故障时CT 暂态和稳态饱和，而在区内故障CT 饱和时能可靠正确动作。
2.2.2 差动速断保护
为防止区内严重短路故障时因CT 饱和而使比率差动保护延迟动作，装置设有差动速断保护，用于变压器内部严重故障时快速跳闸切除故障。差动速断保护不需要设置任何闭锁条件，当任一相差流大于差动速断定值时瞬时动作于出口2 继电器（即 CK2），跳开变压器各侧开关。
2.2.3 二次谐波制动
比率差动保护利用三相差流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，采用综合相闭锁方式。
2.2.4 CT饱和判别
为防止区外故障时CT 暂态和稳态饱和可能引起比率差动保护误动作，装置采用各相差流的综合谐波作为CT 饱和的判据。
核对现场接线后，拆除分立元件的主后备保护，在柜体面板开孔安装保护装置。安装接线图按照说明书结合现场实际接线。
定值计算按照短路电流计算和說明书要求的公式计算，按照说明书调试大纲进行调试。
进行变压器六角图的测试，变压器保护投入运行，至今已经受过多次近区区外故障和一个雷雨季节的考验，未发生越级跳闸，达到了改造的目的。为今后改造提高一个可供参考的范本。
3 结束语
采用微机保护改造分立元件继电器保护是发展方向，更是供电安全需要。本次改造较好解决了区外故障和雷击导致的越级跳闸问题，改造是成功的。设备选型过程中，广泛了解了保护装置的情况，硬件配置和原理差异不小，选择好的符合现场实际的装置产品是改造成功的关键。
关键词：电磁型继电器；微机保护；越级跳闸
Abstract: In the installation and debugging often encounter some problems of differential protection of main transformer in 35KV substation, this paper mainly introduces the influencing factors of the transformer differential protection, the traditional protection device and microcomputer protection device. Through two kinds of protective devices and comparison principle, briefly introduces the selection device and transformation process and transformation after the operation and effect.
Key words: electromagnetic relay; microprocessor-based protection; override trip
中图分类号：TM581.3
某35KV变电站，31.5MVA主变主保护，原采用许继公司DCD-2A型差动继电器作为主保护，存在区外故障及雷击造成的越级跳闸等问题，给供电安全、安全生产造成巨大影响。采用微机保护改造后，既提高了系统的稳定性，确保供电安全，又能够简化二次接线，减少维护量。
该35KV变电站设31.5MVA主变压器，35KV开关柜KYN61, 10KV开关柜KYN28A,高压侧CT变比1000/5, 低压侧CT变比2500/5,保护设有变压器差动保护、过流保护、过负荷保护、重瓦斯保护、轻瓦斯保护，压器差动保护、重瓦斯保护无时限作用于双侧开关跳闸，过流保护带时限作用于双侧开关跳闸，其他作用于信号。差动保护的构成为许继公司DCD-2A型差动继电器，但据变电站工作人员反映，实际应用中，变压器差动保护几乎每年都出现因为区外故障和雷击线路造成的差动保护越级动作，保护可靠性和选择性较差，从而使供电安全受到很大影响，造成不小的经济损失。
针对存在的问题，我们成立维修改造小组，组织相关人员分析、论证可行性。参照有关书籍文献及运行参数，根据保护及控制要求制定改造方案。
影响变压器差动保护的因素，主要有变压器接线组别、各侧电压等级、CT变比等因素的影响。主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时，用以比较的主变高低压侧电流幅值是相等，相位相反或相同，从而在理论上保证差流为0。不管是电磁式或集成电路及现在的微机保护，都要考虑上述三个因素的影响。
电磁式保护，对于接线组别带来的影响通过外部CT接线方式来解决。主变为Y/△接线，高压侧CT二次采用△接线，低压侧CT二次采用Y接线，由保护CT完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。电流由主变高压侧传变到低压侧时，相位前移30度，低压侧CT接成Y/Y，角度没有偏移。高压侧CT接成Y/△，CT二次侧比一次侧（也即主变高压侧）相位也前移了30度。这样就保证了高低压侧CT的二次电流同相位。高压侧CT接成Y/△后，电流幅值增大了√3倍（实际上是线电流），在选择CT变比时，要考虑到这个因素，尽量让流入差动继电器的主变高低压侧电流相等。因为CT都是标准变比，通常不能保证高低压侧二次电流相等，对此一般采取在外回路加装电流变换器或着对具有速饱和铁芯的差动继电器，调整它的平衡线圈的匝数。不过这两种方法，精度都不高。
继电器的基本原理是利用非故障時暂态电流中的非周期分量来磁化变流器的导磁体，提高其饱和程度，从而构成躲过励磁涌流及穿越性故障时不平衡电流的作用。
微机保护同传统保护相比，主要是实现的方法和计算的精度有了很大提高。早期有些微机差动保护，可能是运算速度不够的缘故，相角归算还是采用外部CT接线来消除（如DSA早期某型号产品）。现在的微机差动保护，CT都是采取Y/Y接线，相角归算由内部完成：通过电流矢量相减消除相角误差。主变差动为分相差动，对于Y/△-11接线，同低压侧IAl相比较运算的并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah-Ibh(矢量减)，这样得到的线电流Iah*，角度左移30度，同低压侧Ial同相位。对于Y/△-11接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah-Ibh、Ibh*=Ibh-Ich 、Ich*=Ich-Iah(都为矢量减)。对于Y/△-1接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：Iah*=Iah-Ich；Ibh*=Ibh-Iah 、Ich*=Ich-Ibh(都为矢量减)。通过减超前相或滞后相电流的不同，从而实现相角滞后或前移30度。主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非常容易的，输入量（对△侧）或相位归算后的中间量（对Y侧）乘以相应的某个比例系数即可。当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢量相减，同时造成的幅值增大了√3倍。
以上是基于装置理论和静态情况下的介绍和分析，实际应用中，特别是故障和雷击时暂态的传变过程非常复杂，离散性非常大，现代的研究大量借助仿真技术，建立物理模型，进行故障模拟，并借助微型计算机的发展，实现对故障波形的瞬时采样与计算和逻辑出口，从而使保护的选择性和可靠性大幅度提高。
DCD-2A型差动继电器一旦整定完成，其特性便相对固定下来，能够较好躲避励磁涌流，但对相对复杂的故障和雷击时的暂态传变无法识别，如二次谐波，直流分量，CT铁芯饱和产生的波形畸变等，是造成保护越级跳闸的主要原因。
小组成员广泛了解目前国内外成熟的微机保护产品，对微机保护装置进行选型，最后确定选用南京南瑞继保电气有限公司的产品，型号：RCS-9679C 。原因：一是硬件先进，结构合理，CPU选用美国进口产品，集成电路板采用先进的表面贴装工艺，背板插头采用镀金加环形弹簧等；二是原理先进，少有的三折线比率差动；三是主后备保护一体，符合现场实际，便于安装、接线和调试；四是丰富的功能，满足今后的发展需要。
1 应用范围
RCS-9679C 装置由多微机实现的变压器保护，适用于110kV及以下电压等级的双圈变压器。
2 软件工作原理
2.1起动元件
2.1.1装置总起动元件
起动CPU 设有装置总起动元件，当三相差流的最大值大于差动电流起动定值时， 或者高 低压侧三相电流的最大值大于相应的过流定值时，起动元件动作并展宽 500ms ，开放出口继电器正电源。
2.1.2 保护起动元件
若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或中 低压侧电流的最大值（I3 I4）大于相应的过电流定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms，保护进入故障测量计算程序。
2.2 差动保护
由于变比和联结组别的不同，变压器在运行时各侧电流的大小及相位也不相同。 装置通过软件进行Y→Δ变换及平衡系数调整对变压器各侧电流的幅值和相位进行补偿，具体方法参见 5.2(4)。以下差动保护的说明均以各侧电流已 成幅值和相位补偿为前提。装置采用三折线比率差动原理，并设有低值比率差动保护 高值比率差动保护和差动速断保护。差动保护动作特性曲线如下图3.2-1 所示。图中差动保护动作区包括三个部分：低值比率差动保护动作区 高值比率差动保 护动作区和差动速断保护动作区，部分标注说明如下：
Icdqd为差动电流起动值； I sdzd 为差动速断定值； Kbl为比率差动制动系数；I d为差动电流，I r 为制动电流。
2.2.1 比率差动元件
装置设有低值比率差动保护和高值比率差动保护。低值比率差动保护用来区分差流是由内部故障还是不平衡输出 （特别是外部故障时）引起。高值比率差动保护只经二次谐波闭锁，其比率制动特性可抗区外故障时CT 暂态和稳态饱和，而在区内故障CT 饱和时能可靠正确动作。
2.2.2 差动速断保护
为防止区内严重短路故障时因CT 饱和而使比率差动保护延迟动作，装置设有差动速断保护，用于变压器内部严重故障时快速跳闸切除故障。差动速断保护不需要设置任何闭锁条件，当任一相差流大于差动速断定值时瞬时动作于出口2 继电器（即 CK2），跳开变压器各侧开关。
2.2.3 二次谐波制动
比率差动保护利用三相差流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，采用综合相闭锁方式。
2.2.4 CT饱和判别
为防止区外故障时CT 暂态和稳态饱和可能引起比率差动保护误动作，装置采用各相差流的综合谐波作为CT 饱和的判据。
核对现场接线后，拆除分立元件的主后备保护，在柜体面板开孔安装保护装置。安装接线图按照说明书结合现场实际接线。
定值计算按照短路电流计算和說明书要求的公式计算，按照说明书调试大纲进行调试。
进行变压器六角图的测试，变压器保护投入运行，至今已经受过多次近区区外故障和一个雷雨季节的考验，未发生越级跳闸，达到了改造的目的。为今后改造提高一个可供参考的范本。
3 结束语
采用微机保护改造分立元件继电器保护是发展方向，更是供电安全需要。本次改造较好解决了区外故障和雷击导致的越级跳闸问题，改造是成功的。设备选型过程中，广泛了解了保护装置的情况，硬件配置和原理差异不小，选择好的符合现场实际的装置产品是改造成功的关键。