0  概述

差动保护是根据比较各侧电流相位和大小而构成的一种保护。在理想条件下，当变压器正常运行或发生外部故障时，流过差流回路的电流为零，差动保护不动作。但在现场实际应用中由于变压器各侧CT型号、变比、励磁电流、磁饱和特性、变压器的制造工艺不同及变压器在合闸时的励磁涌流等影响，差流回路一定会存在不平衡电流，并且一旦不平衡电流超过差动保护动作整定值时，会导致差动保护误动作。

为了防止变压器励磁涌流所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，变压器差动保护一般采用二次谐波制动原理以及波形对称原理来躲过变压器励磁涌流的影响。为防止两侧不同型号CT所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，需增加启动电流值，躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流；为防止变压器接线组别、CT变比不同引起的不平衡电流，则采用软件进行相位补偿及电流数值补偿使其趋于平衡。

秦山核电一厂高压厂变自2006年改造以来，已运行超过10年，达到厂家推荐的使用寿命，本次高压厂变保护变更改造于秦山核电一厂OT1-118大修中实施，本次大修暨国内首个核电机组许可证延寿项目，共同完成高压厂变保护变更改造项目，意义重大。

1  原高压厂变保护差动保护配置

秦一厂机组的发电机-主变压器按单元制接线方式，依次经由发电机、离相封闭母线、主变压器、220kV充油电缆引至220kV升压站。秦一厂主接线图及保护配置图如图1所示。主变压器采用三相236/18kV双卷升压变压器，升压站采用双母线带母联接线的GIS设备。秦一厂主变高压侧装设双220kV断路器（2001B和2001M，2001B为靠近主变压器高压侧断路器，2001M为靠近220kV母线侧断路器），发电机和主变压器采用单元制接线。秦一厂厂用工作电源的高压厂用变压器（以下简称高厂变）为220kV变压器，从主变压器高压侧的双断路器之间，经充油电缆引出。高厂变为三相铜绕组有载调压油浸式分裂变压器，额定容量50/25-25MVA，采用Ynd11-d11接线方式。低压侧接6kV厂用工作段母线。

原秦山一厂高厂变保护配置如图1所示。

图1 高厂变主接线及保护配置图

在机组并网发电期间，2001B与2001M均处于合位，原高厂变差动保护范围仅保护变压器；在秦一厂机组停机大修期间，改为倒送电运行方式，2001B处于分位，2001M处于合位，由电网经2001M向高厂变供电，仅投入高厂变差动保护无法对2001M开关至高厂变高压侧充油电缆进行保护，因此，原设计增加厂用分支差动保护屏，扩大差动保护范围，对220kV充油电缆及变压器进行保护，因此在高厂变停复役过程中，同时厂用分支差动保护也需要根据高厂变保护状态进行投退。原高厂变差动保护采用ABB公司RET521型与RET670型两套微机保护装置，其共同与厂用分支差动保护进行配合，每个保护均配置独立的差动采样，共三套差动保护，虽增加了保护的灵敏性，但同时也增加了运行期间的误动风险。

RET521与RET670综保装置采用“三段式”（即灵敏段、动作段、速动段）差动保护，其中RET521与RET670差动保护作为一种单元保护，装置原理较完善，考虑周到，其动作特性曲线比较灵活，同时可以满足保护装置的可靠性和灵敏度，采用了励磁涌流二次谐波制动和过励五次谐波制动方法。但RET521未考虑CT回路断线闭锁差动保护功能，因制动电流采用了最大侧电流，内部故障时灵敏度降低^[1]。

2 改造后高厂变保护改造分析

经本次机组大修改造，新增高厂变电量保护屏和非电量保护屏，其中电量保护屏为双套保护，均采用南瑞继保PCS-985TS型微机保护，本次改造变更后，高压侧CT分别取自2001M开关前端CT和2001B开关后端CT，低压侧分别取自6kV侧断路器CT，根据基尔霍夫电流定律，将2001M、2001B、高压厂变及连接部分的充油电缆作为一个差动保护单元，因此新高厂变保护装置差动保护可保护2001B至2001M间电缆、分支引出线充油电缆至工作段母线进线开关，通过此保护配置，可完全覆盖原厂用分支差动保护和高压厂变差动保护所保护范围，可取消原厂用分支差动保护屏。

在区内故障时差动保护应有最大的灵敏度，并且在发生区外故障时可以躲过暂态不平衡电流。为了防止CT在饱和时差动保护的误动作，增加了通过利用每侧相电流波形来判断CT饱和的措施。

为避免由区内严重故障时CT饱和等因素引起的比率差动延时动作，保护装置具有一高比例和高启动值的比率差动保护，只经差动电流二次谐波或波形判别涌流闭锁判据闭锁，利用其比率制动特性抗区外故障时CT的暂态饱和和稳态饱和，在发生区内故障CT饱和时也能正确可靠地快速动作。差动电流依次每相判别，满足条件情况下，比率差动动作。

高厂变相关参数如下表1所示

表1 高厂变相关参数

注：以下为4种不同的运行方式

1最大运行方式：220kV系统为最大，机组投入运行

2最小运行方式：220kV系统最小，机组投入运行

3孤岛运行方式：电厂与外电网脱开，发电机仅带高厂变运行

4机组停役，高厂变倒送电运行方式

根据以上参数可得：

高厂变的半穿越电抗，其中发电机电抗，主变电抗X_T=0.35。机组停役期间，高厂变倒送电情况下6kV工作段母线提供短路电流(仅考虑在最小运行方式的更不利情况下的短路电流，发电机及主变高压侧故障无需考虑，若其出现短路故障，短路电流将远大于6kV工作段母线短路电流)

低压侧有名值：

机组正常运行发电期间，最大运行方式下，6kV工作段母线提供短路电流

低压侧有名值：

机组正常运行发电期间，最小运行方式下，6kV工作段母线提供短路电流

低压侧有名值：

孤岛模式下，6kV工作段母线提供短路电流

高厂变差动保护以高压侧电流为基准

比率差动启动定值，按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流进行整定：

其中，I_b2n为高厂变基准侧（高压侧）二次额定电流；K_rel为可靠系数，取1.5；K_er为电流互感器变比误差，取0.01×2；为变压器调压引起的误差，取0.05；为为由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，取0.05。在工程实践中，可取(0.2^~0.5)I_b2n，最终选取0.4I_b2n。

比率差动灵敏性校验：

6kV工作段侧最小区内两相短路，流过高压侧的电流为因此根据公式3.1

所对应的动作电流为：

则灵敏系数为：，因此灵敏度满足要求。

2.4差动保护闭锁励磁涌流分析

针对励磁涌流的判别，本次高厂变差动保护一套装置采用二次谐波制动原理，另一套采用波形判别原理。

对于二次谐波制动原理，装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据^[3]，动作方程： 

上式中：I2为每相差动电流中的二次谐波，I₁ 为对应相的差流基波，K_2xb为二次谐波制动系数整定值。根据厂家推荐，K_2xb整定为0.15。根据改造后高厂变空载投入时录波可见（如图3所示），根据图中A、B、C三相基波与二次谐波测量值，各相二次谐波值与基波比值均满足上述动作方程，故二次谐波制动差流满足要求。

图3 高厂变空充谐波分析

根据高厂变空充波形，变压器空充时三相电流波形完全在中心轴线上方，因此判断有明显的励磁涌流并出现明显的波形不对称情况。对于波形判别原理，保护装置使用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。在内部故障情况下，各侧电流经互感器变换之后，差动电流基本上均为工频正弦波；但有励磁涌流时，存在大量的谐波分量，波形是间断且不对称的。

3 总结

微机型变压器保护已经在各个电厂中得到广泛应用，差动保护作为变压器的主保护在区内故障时具有较高的灵敏性、速断性，本文通过此次对高厂变保护的改造，提出新旧保护设计差异，同时根据现场情况，优化高厂变差动保护设计，扩大差动保护范围，并提出了一种差动保护定值的计算方法，通过实例验证，满足差动保护的灵敏性和可靠性要求，提高了设备的可靠性。

参考文献：

[1]张俊霞.发电机变压器组微机型差动保护的现场检验分析[C].

[2]南京南瑞继保电气有限公司.PCS-985B说明书_国内标准版[Z].

[3]承文心，刘志超.变压器差动保护涌流制动原理分析[J]