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【摘 要】 为防止变压器穿越性电流造成的不平衡电流影响，需要设置一个差动动作门槛，而变压器区内匝间故障或高阻抗接地故障却希望门槛越小越好。比率制动斜率大小的选择影响保护动作区和制动区的大小，区外故障希望斜率大些，区内故障希望斜率小些。门槛和斜率的选择直接影响比率差动保护的灵敏度和可靠性，因此差动保护比率制动特性的校验至关重要。
【关键词】 电力系统；比率制动；差动保护
1.引言
在正常负荷状态下，电流互感器的误差很小。这时，差动保护的不平衡电流也很小，但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随之增大，这时的不平衡电流也随之增大。当电流超过保护动作电流时，差动保护就会误动。因此，我们在差动保护中引入了比率制动式差动继电器，它以差动电流作为动作电流，引入外部短路电流作为制动电流。当外部短路电流增大时，制动电流也随之增大，从而有效地防止了区外故障发生时差动保护误动作。因此，差动保护的制动特性曲线的精确性是决定保护装置正确动作的关键，故制动特性曲线的测试是差动保护装置的调试重点。
2.比率制动特性引入差动保护
比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流动作值随制动电流的增大而成某一比率提高。比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护以及母线保护具有动作可靠等优点，目前比率制动特性在主变差动保护及母线差动保护中应用广泛。
对于比率差动来说，涉及两个东西，一个是差动电流，一个是制动电流。
举例，对于两侧电流和，差动电流，制动电流。
图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着制动电流的增大而增大。曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流来整定的；曲线3为差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大；曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。
在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为BB′，即保护区内短路时的差动电流必须大于BB′所代表的电流值时，保护才动作。
在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，保护区内短路时的差动电流只要大于AA′所代表的电流值，保护即能动作。AA′ 制动特性曲线可以分为过原点和不过原点两种不同的原理，其中过原点的通用特性为：
同时，由于制动电流的取法各有不同，如或或，差动保护的特性也有差别。实际工程应用中，主变保护比率制动特性曲线一般不过原点，而母差保护比率制动特性曲线一般过原点。
3.主变差动保护比率制动特性曲线测试方法
3.1变压器差动保护分析
（1）变压器的主保护差动保护是利用变压器正常情况下，流入和流出设备的电流相同（由于各侧电流互感器变比不同、误差不同，及变压器调节分头位置等原因，存在一个不大的差电流。对于变压器这个差电流小于15%保护整定的动作电流大于差电流就不会误动作。
（2）在外部故障时（区外故障或穿越性故障）流过设备的电流可能很大，设备各侧的电流互感器可能或接近饱和，此时由于各电流互感器磁化特性不一致，二次差电流将会很大。如果按躲过这一不平衡差电流整定动作值，整定值较大，差动保护的灵敏度将大大降低，为克服这一缺陷，设比率制动回路，当短路电流增大时，制动电流增大，使保护制动。
变压器通常采用分相差动，其基波有效值采用如下動作方程：
图2中斜线的斜率为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量，制动电流增大，当差动动作电流大于差动启动电流时，制动电流和动作电流的交点E应落在制动区内。当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流，制动电流则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的两直线交点应落在动作区内，差动保护可靠动作。
3.2试验方法及分析
微机型变压器差动保护的比率制动特性校验的内容主要有：起始动作电流值，制动系数，拐点电流，并绘制出比率制动特性曲线。
3.2.1测试起始动作电流
测试起始动作电流时，在差动保护的各侧分别加测试电流。对于Y/△接线变压器并且采用内转角电流移相方式的差动保护，加单相电流时的测试电流是加三相电流时的倍。这是因为加三相对称电流时，补偿后的电流为两相向量相减，幅值增大了倍。同时，加单相电流时，在不加电流的一相中，在相位补偿计算时从加电流相取电流，如果不进行补偿的话，会两相同时动作。例如在A相高压侧加电流，需在低压侧A、C相加电流才能使三相差流为零。
3.2.2测试制动系数及拐点电流
搜索动作点的方法有以下两种：
（1）盲搜法。事先不需任何计算，在一侧如高压侧先加电流超过差动起始动作电流，使保护动作，然后在另一侧如低压侧加反向电流，逐渐增大低压侧电流，使保护返回，再缓慢减小，使保护刚好动作，记录两侧电流值，计算对应的和值。测出一点后，按一定步长改变高压侧电流，等距离测出特性曲线的各段上的动作点。
（2）搜索线法。搜索线法是在特性曲线上选取几个主要点，以选取点的制动电流值建立搜索线，沿搜索线找出差流动作点，根据制动电流方程计算确定测试电流，有针对性地寻找动作临界点。对于三绕组变压器，可以按高-中、高-低、中-低分别测试，测试方法这里不再赘述。
4.母差保护比率制动特性曲线测试方法及发现问题
4.1制动曲线斜率与灵敏度的关系
过原点的比率制动特性和不过原点的比率制动特性如图所示。
在动作区域平面图上我们可以看出两者的区别。过原点的比率制动特性动作区是在ADCE以上。而不过原点的比率制动动作区为ABCE以上。从几何上可明显看出，虽然过原点的制动曲线的斜率比不过原点的制动曲线的斜率小，但是不过原点的比率制动原理却比过原点的比率制动原理灵敏。因此，差动保护的灵敏度不仅与斜率有关，还与启动电流和拐点电流的大小的选取有密切的关系，不能一味地靠降低斜率来提高差动保护的灵敏度。 4.2某装置制动曲线校验方法及发现的问题
4.2.1装置制动曲线动作判据
动作判据为：
其中：为比率制动系数；为第個连接元件的电流；为差动电流起动定值。
4.2.2装置制动曲线校验发现的的问题
比率制动系数的校验是比率制动母差保护校验的重要内容。浦沅变110kV母差保护装置南自CSC-150系列，最初比率制动系数整定为0.8（注：说明书中该系数可整定范围为0-1），在验收调试过程中，经过多次试验，实际得到的比率制动母差保护动作曲线斜率为0.6左右；将比率制动系数降为0.6，在不同制动电流下测得的动作电流来检验曲线的斜率为0.61，在允许的误差范围之内。将比率制动系数整定为0.3，得到的测试结果也能满足要求。因此可以推断，该装置比率制动系数整定过高时，不能满足要求，属于装置缺陷，厂家人员联系南自研发人员确认了这一点。
为0.8时，先加电流如表1所示，母线大差小差均为零，调节支路2电流幅值，当支路2电流分别为0.24A和4.2A时，I母差动保护动作，计算得到的比率制动曲线斜率为0.615，与整定值0.8不符。
当整定为0.6时，先加电流如表2所示，母线大差小差均为零，调节支路2电流幅值，可得到如上图所示的两组数据，计算得到的比率制动曲线斜率为0.606，与整定值0.6相符。
5.结语
本文对比率制动特性的差动保护进行了详细的分析。通过分析制动曲线的含义，得出通过原点的制动曲线才是制动系数，不经过原点的制动曲线在工程中实质上是指曲线的斜率，目前装置中整定或固化的比率制动系数就是直线的斜率；通过分析，指出差动保护的灵敏度不仅与斜率有关，还与启动电流和拐点电流的大小的选取有密切的关系，不能一味地靠降低斜率来提高差动保护的灵敏度，选择合适的保护原理对提高保护的灵敏度具有重要的作用。在保护校验时，发现国电南自母差保护CSC-150当整定比率制动系数整定值较高时，校验结果与定值不符，说明装置存在一定的缺陷，鉴于实际运行时整定值不会整定过高，因此不会影响装置的正常运行。
参考文献：
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004
[2]索南加乐，张怿宁，焦在滨.分段比率制动的电流差动保护[J].电力系统自动化，2006，30（17）：54-58
[3]廖晓明，林峰.微机型变压器差动保护比率制动特性校验方法分析与应用[J].广西电力，2006，5：91-95
[4]方刚，郭锐.微机变压器差动保护制动特性校验[J].电力自动化产品信息，2005（6）：25-28
【关键词】 电力系统；比率制动；差动保护
1.引言
在正常负荷状态下，电流互感器的误差很小。这时，差动保护的不平衡电流也很小，但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随之增大，这时的不平衡电流也随之增大。当电流超过保护动作电流时，差动保护就会误动。因此，我们在差动保护中引入了比率制动式差动继电器，它以差动电流作为动作电流，引入外部短路电流作为制动电流。当外部短路电流增大时，制动电流也随之增大，从而有效地防止了区外故障发生时差动保护误动作。因此，差动保护的制动特性曲线的精确性是决定保护装置正确动作的关键，故制动特性曲线的测试是差动保护装置的调试重点。
2.比率制动特性引入差动保护
比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流动作值随制动电流的增大而成某一比率提高。比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护以及母线保护具有动作可靠等优点，目前比率制动特性在主变差动保护及母线差动保护中应用广泛。
对于比率差动来说，涉及两个东西，一个是差动电流，一个是制动电流。
举例，对于两侧电流和，差动电流，制动电流。
图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着制动电流的增大而增大。曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流来整定的；曲线3为差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大；曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。
在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为BB′，即保护区内短路时的差动电流必须大于BB′所代表的电流值时，保护才动作。
在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，保护区内短路时的差动电流只要大于AA′所代表的电流值，保护即能动作。AA′
同时，由于制动电流的取法各有不同，如或或，差动保护的特性也有差别。实际工程应用中，主变保护比率制动特性曲线一般不过原点，而母差保护比率制动特性曲线一般过原点。
3.主变差动保护比率制动特性曲线测试方法
3.1变压器差动保护分析
（1）变压器的主保护差动保护是利用变压器正常情况下，流入和流出设备的电流相同（由于各侧电流互感器变比不同、误差不同，及变压器调节分头位置等原因，存在一个不大的差电流。对于变压器这个差电流小于15%保护整定的动作电流大于差电流就不会误动作。
（2）在外部故障时（区外故障或穿越性故障）流过设备的电流可能很大，设备各侧的电流互感器可能或接近饱和，此时由于各电流互感器磁化特性不一致，二次差电流将会很大。如果按躲过这一不平衡差电流整定动作值，整定值较大，差动保护的灵敏度将大大降低，为克服这一缺陷，设比率制动回路，当短路电流增大时，制动电流增大，使保护制动。
变压器通常采用分相差动，其基波有效值采用如下動作方程：
图2中斜线的斜率为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量，制动电流增大，当差动动作电流大于差动启动电流时，制动电流和动作电流的交点E应落在制动区内。当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流，制动电流则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的两直线交点应落在动作区内，差动保护可靠动作。
3.2试验方法及分析
微机型变压器差动保护的比率制动特性校验的内容主要有：起始动作电流值，制动系数，拐点电流，并绘制出比率制动特性曲线。
3.2.1测试起始动作电流
测试起始动作电流时，在差动保护的各侧分别加测试电流。对于Y/△接线变压器并且采用内转角电流移相方式的差动保护，加单相电流时的测试电流是加三相电流时的倍。这是因为加三相对称电流时，补偿后的电流为两相向量相减，幅值增大了倍。同时，加单相电流时，在不加电流的一相中，在相位补偿计算时从加电流相取电流，如果不进行补偿的话，会两相同时动作。例如在A相高压侧加电流，需在低压侧A、C相加电流才能使三相差流为零。
3.2.2测试制动系数及拐点电流
搜索动作点的方法有以下两种：
（1）盲搜法。事先不需任何计算，在一侧如高压侧先加电流超过差动起始动作电流，使保护动作，然后在另一侧如低压侧加反向电流，逐渐增大低压侧电流，使保护返回，再缓慢减小，使保护刚好动作，记录两侧电流值，计算对应的和值。测出一点后，按一定步长改变高压侧电流，等距离测出特性曲线的各段上的动作点。
（2）搜索线法。搜索线法是在特性曲线上选取几个主要点，以选取点的制动电流值建立搜索线，沿搜索线找出差流动作点，根据制动电流方程计算确定测试电流，有针对性地寻找动作临界点。对于三绕组变压器，可以按高-中、高-低、中-低分别测试，测试方法这里不再赘述。
4.母差保护比率制动特性曲线测试方法及发现问题
4.1制动曲线斜率与灵敏度的关系
过原点的比率制动特性和不过原点的比率制动特性如图所示。
在动作区域平面图上我们可以看出两者的区别。过原点的比率制动特性动作区是在ADCE以上。而不过原点的比率制动动作区为ABCE以上。从几何上可明显看出，虽然过原点的制动曲线的斜率比不过原点的制动曲线的斜率小，但是不过原点的比率制动原理却比过原点的比率制动原理灵敏。因此，差动保护的灵敏度不仅与斜率有关，还与启动电流和拐点电流的大小的选取有密切的关系，不能一味地靠降低斜率来提高差动保护的灵敏度。 4.2某装置制动曲线校验方法及发现的问题
4.2.1装置制动曲线动作判据
动作判据为：
其中：为比率制动系数；为第個连接元件的电流；为差动电流起动定值。
4.2.2装置制动曲线校验发现的的问题
比率制动系数的校验是比率制动母差保护校验的重要内容。浦沅变110kV母差保护装置南自CSC-150系列，最初比率制动系数整定为0.8（注：说明书中该系数可整定范围为0-1），在验收调试过程中，经过多次试验，实际得到的比率制动母差保护动作曲线斜率为0.6左右；将比率制动系数降为0.6，在不同制动电流下测得的动作电流来检验曲线的斜率为0.61，在允许的误差范围之内。将比率制动系数整定为0.3，得到的测试结果也能满足要求。因此可以推断，该装置比率制动系数整定过高时，不能满足要求，属于装置缺陷，厂家人员联系南自研发人员确认了这一点。
为0.8时，先加电流如表1所示，母线大差小差均为零，调节支路2电流幅值，当支路2电流分别为0.24A和4.2A时，I母差动保护动作，计算得到的比率制动曲线斜率为0.615，与整定值0.8不符。
当整定为0.6时，先加电流如表2所示，母线大差小差均为零，调节支路2电流幅值，可得到如上图所示的两组数据，计算得到的比率制动曲线斜率为0.606，与整定值0.6相符。
5.结语
本文对比率制动特性的差动保护进行了详细的分析。通过分析制动曲线的含义，得出通过原点的制动曲线才是制动系数，不经过原点的制动曲线在工程中实质上是指曲线的斜率，目前装置中整定或固化的比率制动系数就是直线的斜率；通过分析，指出差动保护的灵敏度不仅与斜率有关，还与启动电流和拐点电流的大小的选取有密切的关系，不能一味地靠降低斜率来提高差动保护的灵敏度，选择合适的保护原理对提高保护的灵敏度具有重要的作用。在保护校验时，发现国电南自母差保护CSC-150当整定比率制动系数整定值较高时，校验结果与定值不符，说明装置存在一定的缺陷，鉴于实际运行时整定值不会整定过高，因此不会影响装置的正常运行。
参考文献：
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004
[2]索南加乐，张怿宁，焦在滨.分段比率制动的电流差动保护[J].电力系统自动化，2006，30（17）：54-58
[3]廖晓明，林峰.微机型变压器差动保护比率制动特性校验方法分析与应用[J].广西电力，2006，5：91-95
[4]方刚，郭锐.微机变压器差动保护制动特性校验[J].电力自动化产品信息，2005（6）：25-28