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摘要：本文探讨了变压器保护的平衡系数，重点针对变压器差动保护的理论和逻辑进行分析，并在此基础上进一步阐述了变压器差动保护的测试。
关键词：差动保护；平衡系数；动作特性
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：
差动保护是变压器主保护，是变压器内部以及引出线上短路故障的主保护，他不仅能反应变压器内部及引出线上的相间短路；而且能反应变压器内部匝间短路、大电流系统侧的单相接地短路故障；另外还能躲过变压器空投及外部故障切除后的励磁涌流。同时对于500kV等级的高压电网，当电网电压过高或者频率降低时致使变压器出现过激磁，对于短暂的过程我们差动保护考虑躲过，而若电压持续过高或者频率降低持续我们差动保护需要动作或者由变压器后备保护发信号、动作，如过电压、过负荷等。
1变压器差动保护的平衡系数
平衡系数是指对电流幅值大小的平衡，而对变压器本身由于接线方式的差别而导致的相位差，平衡系数他并不能消除。
引入平衡系数的意义在于：保护动作所依赖的是电气量是否由常态转为了故障态，简单的描述就是如同我们的信号由高电平变为低电平一般。从这个意义上来讲并非一定要引入这个平衡系数，只需在整定时把定值改为一个实际的差流即可，这个实际差流主要是由于变压器绕组接线方式的不同、互感器接线方式的不同、互感器变比的差异、结构上的差异、以及微机保护装置线路上的细小衰减等一系列缘故造成的。但是从电力系统习惯性上来说，我们很想要一个清净的结果，即在常态下这个电气量（差流）表征为幅值0（当然也可以说一个很小的门槛值），相位为0。所以引入了这个平衡系数以解决幅值差别的问题。
需要把电流都折算到高压侧，当然也可以把电流都折算到低压侧，甚至是中压侧，这里只是提供习惯性的参考说明。对于三绕组变压器平衡系数公式如下：
其中，，是指接线系数，当为YY接线时该系数为1，而当为星三角接线时，该系数为。
、、三侧额定电流计算公式如下：
其他两侧额定电流计算同上。
所以差动电流的计算公式如下：，注意这个式子里的电流都是带方向性的，也即为向量。因为在差动保护的互感器接线方式里，通常都是采用反极性接线，这样当正常状态或者区外故障时，差动电流不变或者说变化很微小。
关于相位差别的消除，有大量文章进行了阐述，这里同样不再论述。只是有一点需要注意的是，对于星三角的变压器，星侧接地故障时会出现零序电流而三角侧由于环流而不出现零序电流的流通，所以在软件处理时需对星侧电流减去一个零序电流分量。
2变压器差动保护逻辑构成图
变压器的差动保护有三个元件：差动元件、涌流判别元件、差速元件。他的保护逻辑构成图如下：
图1 或门制动式逻辑框图
Fig.1 logic diagram of joint gate brake type
图2 分相制动式逻辑框图
Fig.2 logic diagram of split-phase brake type
它的动作特性图如下：
图3 变压器差动保护动作特性
Fig.3 The action characteristics of transformer differential protection
从上述图可以看到差动元件与励磁判别元件逻辑结合来动作与否。区内故障时励磁涌流判别元件不会作用于闭锁差动元件，只有在励磁判别元件判断到该电流是励磁涌流时他就会作用闭锁于差动元件，而不使保护动作。或门和分相制动的区别就是全相与单相的动作制动。
差动元件主要是包含差动保护的启动值、比率制动系数，以及差动保护的动作值。比率制动如图所示，当制动电流越大，制动系数一定则动作电流也必须越大，于是能有效的保证差动保护不误动，这个制动电流主要取决于制动电流方程以及穿越电流的特性大小。
关于两绕组和三绕组制动电流选取方程国内目前的几种算法如下：
2.1 双绕组变压器，国内微机保护的几种取得方式
2.1.1 高、低压侧TA二次电流向量差的一半
2.1.2 高、低压侧TA二次电流向量和的一半
2.1.3 高、低压侧TA二次电流幅值的最大值
2.1.4 动作电流幅值与高、低压侧TA二次电流幅值之差的一半
2.1.5 低压侧TA二次电流的幅值
2.2 三绕组变压器，国内微机保护的几种取得方法
2.2.1 高、中、低壓侧TA二次电流幅值和的一半
2.2.2 高、中、低压侧TA二次电流幅值的最大值
2.2.3 动作电流幅值与高、中、低压侧TA二次电流幅值之差的一半
2.2.4 中、低压侧TA二次电流幅值的最大值
需要注意的是：不论是双绕组还是三绕组都要把电流折算到一侧进行比较。关于励磁涌流的判别方法有：二次谐波制动、波形对称、间断角、以及利用漏感变化，这里不进行详说。 差速元件，也就是电流大到一定值后，保护不管制动特性如谐波制动等他立即动作，如上图所示的速断动作区。
3变压器差动保护的测试
3.1差速测试：
对于差速这一元件的测试，可以单独测试，因为他的逻辑就是单独组成的，所以只需加突变电流，（注意突变二字，而不是渐加，不然很可能让比率制动的差动元件先动作，于是失去了对差速元件测试的意义），当这个突变电流值大于差速整定值时，出口立即动作，也即保护立即动作。
3.2 差动测试：
由于差动元件是与励磁涌流的判别元件一起组成逻辑的，须要分两种情况进行测试：
3.2.1 励磁涌流判别元件不闭锁差动，也即无涌流
此时，我们进行比率制动差动保护的测试，根据动作特性，制动电流、制动系数的选取，固定一侧电流，加大另一侧电流进行测试。
3.2.2 励磁涌流判别元件闭锁差动保护
3.2.2.1对于采用谐波制动
利用测试仪注入二次谐波分量，当二次谐波分量与基波比值超出整定值时，则闭锁差动保护认为是励磁涌流，而当二次谐波分量与基波比值小于整定值时，则开放差动保护认为是故障电流。注意测试中模拟的故障电流也即所加电流值应该小于差速整定电流值，而又大于差动电流最小动作值。
3.2.2.2对于采用对称波形判断励磁涌流
利用测试仪注入非周期分量衰减波形，此波形峰值要大于最小动作电流，但是由于励磁涌流判别元件认定这是励磁涌流，故闭锁差动，而不使保护装置动作。
3.2.2.3对于利用间断角判别励磁涌流
可以利用测试仪模拟注入一系列具有间断角的波，其有效值同样大于最小动作电流，同样应该闭锁差动保护。
4总结
本文通过探讨变压器微机保护中的平衡系数，阐述和推导了平衡系数公式，有效增加了对变压器保护的理解。同时重点针对变压器差动保护的理论和逻辑进行分析，并在此基础上比较全面地阐述了变压器差动保护的测试原理和方法。
参考文献：
[1]冯崇智 基于DSP的异步电动机保护装置的研制与开发[D] 天津大学 2004
[2]于群,曹娜 电力系统微机继电保护[M] 北京 机械工业出版社 2008
[3]陈艳 变压器差动保护误动的仿真与识别励磁涌流新方法的研究[D] 成都 西南交通大学 2005
作者简介：刘林（1973），男，调度员，大专，微机保护。
关键词：差动保护；平衡系数；动作特性
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：
差动保护是变压器主保护，是变压器内部以及引出线上短路故障的主保护，他不仅能反应变压器内部及引出线上的相间短路；而且能反应变压器内部匝间短路、大电流系统侧的单相接地短路故障；另外还能躲过变压器空投及外部故障切除后的励磁涌流。同时对于500kV等级的高压电网，当电网电压过高或者频率降低时致使变压器出现过激磁，对于短暂的过程我们差动保护考虑躲过，而若电压持续过高或者频率降低持续我们差动保护需要动作或者由变压器后备保护发信号、动作，如过电压、过负荷等。
1变压器差动保护的平衡系数
平衡系数是指对电流幅值大小的平衡，而对变压器本身由于接线方式的差别而导致的相位差，平衡系数他并不能消除。
引入平衡系数的意义在于：保护动作所依赖的是电气量是否由常态转为了故障态，简单的描述就是如同我们的信号由高电平变为低电平一般。从这个意义上来讲并非一定要引入这个平衡系数，只需在整定时把定值改为一个实际的差流即可，这个实际差流主要是由于变压器绕组接线方式的不同、互感器接线方式的不同、互感器变比的差异、结构上的差异、以及微机保护装置线路上的细小衰减等一系列缘故造成的。但是从电力系统习惯性上来说，我们很想要一个清净的结果，即在常态下这个电气量（差流）表征为幅值0（当然也可以说一个很小的门槛值），相位为0。所以引入了这个平衡系数以解决幅值差别的问题。
需要把电流都折算到高压侧，当然也可以把电流都折算到低压侧，甚至是中压侧，这里只是提供习惯性的参考说明。对于三绕组变压器平衡系数公式如下：
其中，，是指接线系数，当为YY接线时该系数为1，而当为星三角接线时，该系数为。
、、三侧额定电流计算公式如下：
其他两侧额定电流计算同上。
所以差动电流的计算公式如下：，注意这个式子里的电流都是带方向性的，也即为向量。因为在差动保护的互感器接线方式里，通常都是采用反极性接线，这样当正常状态或者区外故障时，差动电流不变或者说变化很微小。
关于相位差别的消除，有大量文章进行了阐述，这里同样不再论述。只是有一点需要注意的是，对于星三角的变压器，星侧接地故障时会出现零序电流而三角侧由于环流而不出现零序电流的流通，所以在软件处理时需对星侧电流减去一个零序电流分量。
2变压器差动保护逻辑构成图
变压器的差动保护有三个元件：差动元件、涌流判别元件、差速元件。他的保护逻辑构成图如下：
图1 或门制动式逻辑框图
Fig.1 logic diagram of joint gate brake type
图2 分相制动式逻辑框图
Fig.2 logic diagram of split-phase brake type
它的动作特性图如下：
图3 变压器差动保护动作特性
Fig.3 The action characteristics of transformer differential protection
从上述图可以看到差动元件与励磁判别元件逻辑结合来动作与否。区内故障时励磁涌流判别元件不会作用于闭锁差动元件，只有在励磁判别元件判断到该电流是励磁涌流时他就会作用闭锁于差动元件，而不使保护动作。或门和分相制动的区别就是全相与单相的动作制动。
差动元件主要是包含差动保护的启动值、比率制动系数，以及差动保护的动作值。比率制动如图所示，当制动电流越大，制动系数一定则动作电流也必须越大，于是能有效的保证差动保护不误动，这个制动电流主要取决于制动电流方程以及穿越电流的特性大小。
关于两绕组和三绕组制动电流选取方程国内目前的几种算法如下：
2.1 双绕组变压器，国内微机保护的几种取得方式
2.1.1 高、低压侧TA二次电流向量差的一半
2.1.2 高、低压侧TA二次电流向量和的一半
2.1.3 高、低压侧TA二次电流幅值的最大值
2.1.4 动作电流幅值与高、低压侧TA二次电流幅值之差的一半
2.1.5 低压侧TA二次电流的幅值
2.2 三绕组变压器，国内微机保护的几种取得方法
2.2.1 高、中、低壓侧TA二次电流幅值和的一半
2.2.2 高、中、低压侧TA二次电流幅值的最大值
2.2.3 动作电流幅值与高、中、低压侧TA二次电流幅值之差的一半
2.2.4 中、低压侧TA二次电流幅值的最大值
需要注意的是：不论是双绕组还是三绕组都要把电流折算到一侧进行比较。关于励磁涌流的判别方法有：二次谐波制动、波形对称、间断角、以及利用漏感变化，这里不进行详说。 差速元件，也就是电流大到一定值后，保护不管制动特性如谐波制动等他立即动作，如上图所示的速断动作区。
3变压器差动保护的测试
3.1差速测试：
对于差速这一元件的测试，可以单独测试，因为他的逻辑就是单独组成的，所以只需加突变电流，（注意突变二字，而不是渐加，不然很可能让比率制动的差动元件先动作，于是失去了对差速元件测试的意义），当这个突变电流值大于差速整定值时，出口立即动作，也即保护立即动作。
3.2 差动测试：
由于差动元件是与励磁涌流的判别元件一起组成逻辑的，须要分两种情况进行测试：
3.2.1 励磁涌流判别元件不闭锁差动，也即无涌流
此时，我们进行比率制动差动保护的测试，根据动作特性，制动电流、制动系数的选取，固定一侧电流，加大另一侧电流进行测试。
3.2.2 励磁涌流判别元件闭锁差动保护
3.2.2.1对于采用谐波制动
利用测试仪注入二次谐波分量，当二次谐波分量与基波比值超出整定值时，则闭锁差动保护认为是励磁涌流，而当二次谐波分量与基波比值小于整定值时，则开放差动保护认为是故障电流。注意测试中模拟的故障电流也即所加电流值应该小于差速整定电流值，而又大于差动电流最小动作值。
3.2.2.2对于采用对称波形判断励磁涌流
利用测试仪注入非周期分量衰减波形，此波形峰值要大于最小动作电流，但是由于励磁涌流判别元件认定这是励磁涌流，故闭锁差动，而不使保护装置动作。
3.2.2.3对于利用间断角判别励磁涌流
可以利用测试仪模拟注入一系列具有间断角的波，其有效值同样大于最小动作电流，同样应该闭锁差动保护。
4总结
本文通过探讨变压器微机保护中的平衡系数，阐述和推导了平衡系数公式，有效增加了对变压器保护的理解。同时重点针对变压器差动保护的理论和逻辑进行分析，并在此基础上比较全面地阐述了变压器差动保护的测试原理和方法。
参考文献：
[1]冯崇智 基于DSP的异步电动机保护装置的研制与开发[D] 天津大学 2004
[2]于群,曹娜 电力系统微机继电保护[M] 北京 机械工业出版社 2008
[3]陈艳 变压器差动保护误动的仿真与识别励磁涌流新方法的研究[D] 成都 西南交通大学 2005
作者简介：刘林（1973），男，调度员，大专，微机保护。