电压对主变差流的影响
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摘要：针对我局发生的110kV屯昌站差流越限和110kV泮水站差动误动两起事故分析电压对于差流的影响，并根据实际检查分析的结果提出优化建议。
0引言
在大家的印象中，差动电流只受变压器各侧电流的影响，和电压没什么关系。各大厂家的保护装置里，差动电流的计算也不采集电压量。但实际上，电压对于差流是有影响的，实际电压与额定电压的偏差会导致常规的差流计算不正确，特别是区外三相短路，故障侧母线电压的严重偏低会导致差流计算结果的巨大偏差，从而导致主变差动保护误动事故。
1110kV屯昌站#2主变差流越限
110kV屯昌站#2主变一次侧采用Y/Y/△接线方式，TA二次侧采用△/△/Y接线方式。各侧主要档位参数如下：
高侧1档121kV94.5A，9档110kV105A, 17档99kV116.6A
中侧1档44.425kV286A，3档38.5kV300A，5档365.75kV，316A
低侧11kV1050A
主变三侧TA变比和二次额定电流值如下：
高侧：150/5，6.1A，中侧：400/5，6.5A，低侧：2000/5，2.6A
保护装置采用WT-2021装置，该装置的差流计算方法为，差流=|高侧二次采样电流+中侧二次采样电流*Kph1+低侧二次采样电流*Kph2|（注：所有电流皆为向量；Kph1为高对中的平衡系数=高压侧二次额定电流/中压侧二次额定电流，Kph2为高对低的平衡系数=高压侧二次额定电流/低压侧二次额定电流）。（式一）
先将其算出，Kph1=6.1/6.5=0.938，Kph2=6.1/2.6=2.346。
以某一时刻为例，在后台读取该时刻主变三侧的一次电压电流值，分别是：115.3kV、79.2A，37.1kV、147.9A，10.8kV、344A，高压侧电流流向主变，中低压侧电流流向母线。差动保护装置显示的差流值是0.45A。此时主变内部无故障，而差流值却超出正常范围。该装置差流越限的定值是0.5A，随着主变负荷的波动，主变差流就会时不时的越限报警。这种差流越限报警给运行人员造成极大困扰。我们对差动装置、二次回路及电流互感器精度都进行检查，都未发现问题。那么这个差流如何产生的呢？
我们从主变三侧电流一次值算起：高中低三侧一次值分别是：79.2A，147.9A,344A，除以各侧变比，再考虑二次接线方式（△/△/Y接线），可算出三侧二次电流值分别是4.57A、3.20A、0.86A。将三侧二次电流代入式一，可得：主变差流=4.57-3.20*0.938-0.86*2.346=4.57-2.95-2.02=0.45A，此值跟装置显示的值吻合。这次的计算采集的是一次电流值，跟保护回路和装置无关，所以可以排除二次回路和保护装置的故障嫌疑。那么剩下嫌疑有二：一是主变三侧功率不平衡；二是该差流计算算法有问题。
先计算主变三侧功率是否平衡：
高侧功率= *115.3kV*79.2A=15817kVA
中压侧+低压侧功率= *（37.1kV*147.9A+10.8kV*344A）=15937kVA
高侧与中低侧功率的偏差率=（15937-15817）/15937=0.75%
偏差率小于1%，属于正常误差，主变功率是平衡的。
回头再看看式一：Kph1为高对中的平衡系数=高压侧二次额定电流/中压侧二次额定电流，Kph2为高对低的平衡系数=高压侧二次额定电流/低压侧二次额定电流。厂家引入平衡系数的概念，就是要把中低侧的电流转化成高侧电流来跟高侧电流比较，中低侧向高侧转化遵循的是功率守恒定律。厂家为了计算方便，在转化过程中，把各侧电压都理想化成额定电压了。而实际上主变各侧的运行电压跟额定电压存在一定的偏差。这个偏差直接造成电流转换的偏差。为了修正这个转化的偏差，我在这引入电压偏差系数Ku的概念。Ku等于主变某侧实际电压与额定电压的比值，高中低三侧的电压偏差系数分别由Ku1、Ku2、Ku3表示。将每侧的二次额定电流除以电压偏差系数可以得到修正后的平衡系数。
即：高对中的平衡系数Kph1’=（高侧二次额定电流/高侧电压偏差系数）/（中侧二次额定电流/中侧电压偏差系数）
高对低的平衡系数Kph2’=（高侧二次额定电流/高侧电压偏差系数）/（低侧二次额定电流/低侧电压偏差系数）
将该时刻的电压偏差系数算出：Ku1=115.3/110=1.048，Ku2=37.1/38.5=0.964，Ku3=10.8/11=0.982。
将该时刻的修正后的平衡系数算出：
Kph1’=(6.1/1.048)/(6.5/0.964)=0.864
Kph2’=(6.1/1.048)/(2.6/0.982)=2.199
计算修正后的差流Icd’=|4.57-3.2*0.864-0.86*2.199|=4.57-2.76-1.89=0.08，此值非常小，就算负荷再大，也不会出现差流越限的情况。
2110kV泮水站差动误动事件
2010年5月11日19：32，110kV泮水站#4电容器击穿短路，电容器保护装置显示二次短路电流Ia=102A，Ib=109A，Ic=100A，属于很大电流的三相短路。当时的运行状况：#1主变带35kV母线、#2主变带10kV母线。事故导致#2主变差动保护误动作，从而扩大事故范围。保护装置显示差动电流：Ia=3.9A，Ib=6.3A，Ic=3.5A，B相达到动作条件。
查询故障录波装置，故障时刻，主变高压侧二次电流分别为：Ia=14.5A，Ib=14.8A，Ic=13.5A，主变高压侧二次电压分别是Ua=Ub=Uc=50V。低压侧二次电流分别为Ia=22.3A，Ib=24.5A，Ic=21.9A，低压侧二次电压分别是Ua=39V，Ub=36V，Uc=39V。
主变高压侧二次额定电流3.5A，低压侧二次额定电流4.2A，主变一次侧采用Y/Y/△接线，二次侧采用Y/Y/Y接线，保护装置采用WT-2021装置，装置内投Y/△转换。
下面计算差流，因为动作相为B相，此处只计算B相差流
将高压侧的二次电流Y转△，Ib’=(Ib-Ic)/(此处Ib、Ic为向量，角度差120度)=14.2A。
高对低平衡系数Kph=3.5/4.3=0.833
采用厂家的差流计算方法计算Icd=|14.2-24.5*0.833|=6.2A，与装置显示值吻合。
采用修正后的平衡系数计算
Ku1=50/57.5=0.866，Ku3=36/57.7=0.624
修正后的高对低平衡系数Kph2’=（高侧二次额定电流/高侧电压偏差系数）/（低侧二次额定电流/低侧电压偏差系数）=(3.5/0.866)/(4.2/0.624)=0.60
修正后的差动电流Icd’=|14.2-24.5*0.6|=0.5A，差流很小，差动保护不会误动。
3 结论
从以上两起事件可以看出，WT-2021型差动保护装置在差流计算上存在一定的偏差，在实际电压与额定电压偏离越大的情况下，这个偏差也越大。经了解，类似的区外故障引起的差动误动事件在全省已发生多起。虽然厂家也引入比率制动系数来制约这种偏差造成的误动，但实际情况证明它无法完全避免误动事件。所以此处建议威特厂家应该对装置的算法进行改良。方法一：学习南瑞许继等大厂，将比率制动的曲线分成多区段，不同区段采用不同的制动系数；方法二：将主变三侧的二次电压引入差动装置，并在平衡系数计算上加入电压偏差系数。这个方法比较复杂，因为电压是瞬时变化的，那么平衡系数也是瞬时变化的。但是这种新算法如果可以实现，那么就能彻底杜绝区外故障情况下的差动误动事故。
参考文献
[1]WT2000技术使用说明书(V5.0)08-08-16 海南威特电气集团公司
作者简介
徐兆慧（1981-）男，助理电气工程师，长期从事继电保护工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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