【摘要】在变压器差动微机保护现场调试中，由于调试人员对差动保护原理，软件补偿算法不甚了解，而校验时需要考虑电流平衡、相位补偿、零序去除等问题，如何正确的试验出差动保护的特性曲线，成了困扰调试人员的一个难点。针对这一问题，本文深入浅出地分析了差动保护的原理以及保护调试难点，在此基础上选取了西门子7UT61 变压器保护装置为例，详细介绍了校验方法与步骤，提出了一套校验变压器差动比率特性曲线的思路及方法。
【关键词】变压器；差动保护；比率特性；相位补偿；幅值补偿；零序去除；校验方法
0 引言
微机保护装置的广泛使用，简化了二次回路的接线方式，然而在装置的校验过程中，出于对变压器接线组别、各侧电压等级、CT 变比及励磁涌流等重重因素的考虑，调试人员在校验时需要考虑电流平衡、相位补偿、零序去除等问题，如何正确的试验出差动保护的特性曲线，成了困扰调试人员的一个难点。本文从保护原理入手，并以现场的实际调试经验，举例论述并归纳了差动保护校验的一般方法。
1 变压器差动保护调试难点
为了在正常运行或外部故障时流入差动继电器的电流零，应有相位校正和幅值校正（幅值校正通常称电流平衡调整），同时还应扣除进入差动回路的零序电流分量。在微机保护中，各侧电流都是以星形接入保护装置，由软件来进行相位校正和电流平衡调整是很方便的。
1.1 相位补偿
在正常情况下Y，d 侧同名相电流的相位差相差30°，如果直接用这两个电流构成变压器纵差保护，即使它们的幅值相同也会产生很大的不平衡电流，所以需要用软件进行校正。校正方法有两种，一种是以Y 侧为基准，将d 侧电流进行移相，使d 侧电流相位与Y 侧电流相位一致；另一种是以d 侧为基准，使Y 侧电流相位与d 侧一致。
1.1.1 在Y 侧作软件校正
参与差流计算的Y 侧3 相电流量分别是两相电流的矢量减，12 点侧向11 点侧校正相位。正常运行和外部短路时Ial 与IAH 相位相同，只要幅值相同这两个电流构成的纵联差动保护其不平衡电流就为零。
1.1.2 在Δ 侧作软件校正
参与差流计算的Δ 侧3 相电流量分别是两相电流的矢量减，11 点侧向12 点侧校正相位。正常运行和外部短路时Iah 与IAL 相位相同，只要幅值相同这两个电流构成的纵联差动保护其不平衡电流就为零。
1.2 幅值校正
由于变压器的变比、各侧实际使用的CT 变比之间不能完全满足一定的关系，在正常运行和外部故障时变压器两侧差动CT的二次电流幅值不完全相同，即使经过相位校正，从两侧流入各相差动元件的电流幅值也不相同，在正常运行或外部故障时无法满足差流为0 的关系。
在微机型变压器保护装置中，采用了在软件上进行幅值校正。
通常有两种方法进行归算。
方法一：以一侧为基准，把另一侧的电流通过一个比例系数换算到基准侧。采取这种方法，装置定值和动作报告都是采用有名值（即多少安培）。如南自就是采用这种方法。
方法二：归算标么值的方法，归算采取的是Ie 额定电流标么值的概念，相应的定值整定和动作报告也都是采用Ie 标么值。如西门子、南瑞就是采用的这种方法。
1.3 零序消除
对于高压侧Y 侧中性点接地的变压器，当高压侧线路上发生接地故障时，Y 侧有零序电流流过，而由于变压器低压侧绕组为d 联结，在变压器低压侧d 接线外无零序电流输出，两侧零序电流不平衡，差动保护会误动。所以应对装置采取措施使零序电流不进入差动元件。
对于在Y 侧作软件校正的变压器差动保护，参与差流计算的Y 侧各相电流已经是相应的两相电流之差了，所以已将零序电流滤去，没必要再采取其他措施。对于在Δ 侧作软件校正的变压器差动保护，应对Y 侧的零序电流进行补偿。
2 变压器差动保护比率特性验证举例
目前，在变压器纵差保护装置中，为提高内部故障时的动作灵敏度及可靠躲过外部故障的不平衡电流，均采用具有比率制动特性曲线的差动元件。
不同型号的纵差保护装置，其差动元件的动作特性各不相同，主要有以下几种类型，如图1 所示。
西门子三段折线式
南瑞变斜率 南自两段折线式
图1
2.1 西门子7UT61 比率特性曲线的验证举例
2.1.1 软件校正的常用计算公式
1）不消除（without），即对零序电流不做处理，此适用于差动保护范围内无变压器中性点接地或无其他人为中性点接地情况（注：一般是指不接地系统、消弧线圈系统、接地系统中的变压器d 侧、接地系统中本身中性点不接地的变压器Y 侧等情况），其计算公式为：
公式1
上式中，IA、IB、IC 为继电器实际参与差动电流与制动电流计算的各相电流，而IL1、IL2、IL3 为外部输入的二次电流向量（标幺值）。
2）消除（Ｉ o － elimination），即不采用其他措施仅用矩阵来消除零序电流如下： 式中，IL1、IL2、IL3、IA、IB、IC 含义同上。此矩阵适用于Yn/d11 接线的情况下的Y 侧。这样消除后，可防止区外接地故障时误动，但区内接地故障时差动保护灵敏度会降低。
3）对于V4.6 以上版本的7UT612 以及所有的7UT613 装置，低压侧消零和不消零的设置有不同的矩阵，消零设置（earthedwinding）的Y0/d11 接线时d11 侧的电流矩阵方程如下：
公式3
4）对于V4.6 以上版本的7UT612 以及所有的7UT613 装置，不消零设置（isolated winding）的Y0/d11 接线时d11 侧的电流矩阵方程如下：
公式4
2.1.2 动作方程
差动电流为：Ｉ diff ＝｜Ｉ1＋Ｉ2｜
制动电流为：Ｉ stab ＝｜Ｉ1｜＋｜Ｉ2｜
上面两式中的I1、I2 均为归算到标幺值情况下、且已进行相位转换后的电流向量。
2.1.3 验证举例
已知变压器参数如表1 所示，7UT61 装置定值设定如表2所示。
表1 变压器参数
Yno/d11 高压侧低压侧
变压器额定容量SN 480MVA
电压等级UN/kV 236 21
各侧CT 变比nCT 1600/5 10000/5
变压器各侧一次电流/kA 1.174 13.197
变压器各侧而次电流/A 3.67 6.60
表2 定值设定
1221 Pickup Value of Differential Curr 0.30 I/InO1226A T I-DIFF> Time Delay 0.00 sec
1231 Pickup Value of High Set Trip 4.8 I/InO
1236A T I-DIFF>> Time Delay 0.00 sec
1241A Slope 1 of Tripping Characteristic 0.251242A Base Point for Slope 1 of Charac. 0.4 I/InO1243A Slope 2 of Tripping Characteristic 0.501244A Base Point for Slope 2 of Charac. 2.50 I/InO根据以上定值，可以确定该保护的特性曲线，该曲线有两段斜率组成，每一段斜率选取两个试验点进行试验。试验数据如表3 所示：
表3 试验参考数据
k1=0.25 k2=0.5
（Ir，Id） （1.6，0.3） （2，0.4） （4.6，1.05） （5，1.25）I1 0.95 1.2 2.825 3.125
I2 0.65 0.8 1.775 1.875
1）三相电流试验
若以三相电流试验，则校验计算过程比较简单，只需把上表中两侧的标么值电流归算至各侧的额定电流即可，两侧外加的试验电流相位关系需符合实际变压器的接线组别，其相位为低压侧电流超前高压侧电流210°，以试验点1 为例：（认定I1 为高压侧，I2 为低压侧）
I1=0.95×3.67=3.487A
I2=0.65×6.6=4.29A
该点为理论计算出的比率特性差动保护动作点，校验时可以固定高压侧电流I1，减少低压侧电流I2，直至继电器动作，将实际动作值与理论计算值进行比较，验证该比率制动特性曲线。
2）分相试验
单相电流试验相对于比较麻烦，需要考虑到软件算法的校正补偿，我们可以通过矩阵方程来进行计算。该变压器Y 侧采用消零设置，d 侧采用不消零设置，所以Y 侧计算公式采用公式2；d侧计算公式采用公式4。
同样以试验点1 为例（认定I1 为高压侧，I2 为低压侧）：
高压侧：IA= IL1=1.5×IA=1.5×3.487=5.23A
低压侧：IA= IL1= 17.58A
需要注意的是，单相试验时，两侧电流的相位为180°，由于西门子装置的面板灯可以自定义，一般都分别设置了A、B、C三相差动灯，所以试验时可以不考虑补偿其他两相不平衡电流，只关注试验相的差动保护灯动作情况即可。
表4 为三相电流试验和单相电流试验时的理论计算数据。
表4 试验参考数据
K1=0.25 K2=0.5
（Ir，Id） （1.6，0.3） （2，0.4） （4.6，1.05） （5，1.25）三相
Y 侧3.487 ∠ 0° 4.404 ∠ 0° 10.37 ∠ 0° 11.47 ∠ 0°Δ 侧4.29 ∠ 210° 5.28 ∠ 210° 11.715 ∠ 210° 12.375 ∠ 210°单相
Y 侧5.23 ∠ 0° 6.61 ∠ 0° 15.56 ∠ 0° 17.21 ∠ 0°Δ 侧17.58 ∠ 180° 21.64 ∠ 180° 48 ∠ 180° 50.7 ∠ 180°3 结束语
变压器差动保护作为变压器的主保护，对于它应有足够的重视。国内外微机差动保护装置种类繁多，软件算法各不相同，但万变不离其宗，只要掌握了前面所介绍的保护原理和校验方法，通过不断的实践，举一反三，积累经验，在变压器差动保护的校验上一定能够做到得心应手，游刃有余的。
参考文献：
[1] 国家电力调度通信中心. 电力系统继电保护实用技术问答（第二版）[M]. 北京：中国电力出版社，1999.
[2] 电力系统继电保护原理（第四版）[M]. 北京：中国电力出版社，2010.
[3] 西门子7UT613 装置说明书
[4] 南瑞PCS-985T 装置说明书
[5] 南自DGT_801 系列数字式发电机变压器组保护装置技术说明书
