发电机变压器组微机型差动保护的现场检验分析.docx
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发电机变压器组微机型差动保护的现场检验分析
发电机变压器组微机型差动保护
的现场检验分析
【摘要】介绍了ABB521微机变压器差动保护装置在600MW机组的应用，针对该保护装置的现场校验项目，
结现场工作经验和技术说明书，讨论了变压器各侧差动定值的折算关系，验证各个项目校验的正确性。
理论与现场
方法相结合,对现场校验方法做了理论分析总结。
【关键词】变压器差动保护制动接线系数谐波补偿
1系统简介
本公司600MW一期1号机组为单元式接线1号主变接线为Yd11，1A、1B厂高变为d11y0y0接线
方式。
公司600MW1号机组ABBRET521大差动保护范围为3320、3321开关侧CT、1号发电机中性点
侧CT及1A、1B厂高变低压侧CT所包含的范围。
3320、3321开关侧CT以T型连接接入RET521电
流通道。
1A、1B厂高变低压侧4组CT并接接入RET521通道，即占用保护装置一个电流通道。
发电
机中性点CT接入一个电流通道。
外部CT以星型连接方式，发电机CT与1号主变高压侧CT、1A、
1B厂高变低压侧CT以180接线接入保护装置。
并将以上三个变压器等效为Yd11y0型整定输入保护
装置。
系统如图所示：
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正确输入下表参数进入保护装置，使得RET521微机型大差保护能正确自动计算平衡系数，零流
补偿，是保护正确动作的前提。
1号机变组参数表
参数名称330kV侧6.3kV侧20KV侧
1差动CT变比15003150/525000/5
2差动CT接地点ToToTo
3PT变比330063200
4变压器联接组别Yd11y00
5额定容量（MVA）720100720
6额定电流（A）1145916420785
7额定电压（kV）3636.320
8基准电流（A）（折算至720MVA）11456598520785
9二次基准电流（折算至720MVA）0.7631044.157
2电流采样值检查:
输入对称的电流观测变压器各侧的采样（本例330KV侧由两组CTT型接入）
330kV侧CB1
显示值
330kV侧CB2
显示值
发电机
显示值
厂高变6.3kV
显示值
1500/11500/125000/53150/5
A相1494/29.9
o
1493/187.1
o
24894/0
o
3134/193.1
o
B相1494/270
o
1493/74.6
o
24900/240
o
3137/80.5
o
C相
对称额定
值1A
（5A）1493/150
o
1491/333.1
o
24847/120
o
3136/324.0
o
输入一组数据，记录零漂及采样，检查各侧电流精度及CT变比是否正确整定，在HMI读取的数
据为一次值。
上表为通入CT额定电流值时的采样值。
3差动保护（DifferentialProtection）校验
3.1整定值（Settings）
投/退
Operation
制动特性曲线类型
CharactNo
最小动作电流
Idmin
差动速断电流
Idunre
制动方式
StabByOption
On545%Ir300%IrAlways
二次谐波比率
I2/I1ratio
五次谐波比率
I5/I1ratio
零流消除投/退
ZSCSub
相间横向闭锁投/退
CrossBlock
15%25%OnOn
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3.2差动启动值Idmin及动作时间测试
基准电流的确认：
rSideU
ISmax
JZ3
=1×
（Smax等于720MVA）则330KV基准电流1145A。
6.3K侧
基准电流65985A。
20KV侧基准电流20785A。
330KV额定电流二次值为1145（变压器330KV侧额定
电流）/1500（CT变比）等于0.763A。
同理厂高变6.3KV侧为104A。
发电机20KV侧为4.157A。
DIFP
（差动）功能的最小启动值可在DIFP功能的整定值下通过Idmin[%]的整定来确定。
本次校验定值
为45%Ir。
各侧基准电流的折算至变压器容量最大侧，RET521保护装置规定为高压侧。
那么RET521
各侧动作值计算如下
Idmin[pu]=Idmin[%]/100
Idmin[Amps]=Idmin[pu]×Ir1
330KV侧二次动作值0.45×0.763=0.3433A。
6.3KV测因电流过大，基准104A，临时将其CT变
比改为99999/5则动作值0.45×65985×5/99999=1.485A（改变比也是校验此类问题的技巧）20KV侧
二次动作值为0.45×4.157=1.87。
分别在各侧单相加工频电流测试结果如下表
电流330kV（3321侧）330kV（3320侧）
相别Idmin（A）Time（ms）Idmin（A）Time（ms）
AN/0.60.60460.644
BN0.60470.644
CN0.60430.6048
中性点侧6.3kV侧
电流
相别
Idmin（A）
ZSUB=ON
Time（ms）Idmin
（A）
Time（ms）
AN/2.812.83432．5944
BN2.82432．5946
CN2.83452．5943
注:
加2倍动作电流时测量动作时间
动作结果分析：
电力变压器的接入，在大多数情况下不仅改变电压和电流的大小，而且也改变
相位角。
RET521的差动保护算法希望电力变压器各侧（原边、付边、第三边）所有电流互感器为Y
型联接，不管被保护的电力变压器是何种联接组别。
RET521支持24种双绕组变压器的联接组（向
量组），提供有288种三绕组变压器的联接组（向量组）。
本例一次接线等效为Yd11y0，带负荷电力
变压器在健全状态时，两侧的电流在大小及相位上由于电力变压器变比和联接组的不同而不同。
RET521相位的校正采取内转角Y→△方式差动计算公式为：
仅当在高压侧注入单相电流时的计算：
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IdifA=（IA−IB）/3；IdifB=（IB−IC）/3；IdifC=（IC−IA）/3
这三个复数方程隐含变压器相移的补偿（对Yd11为超前30
o
）,从差动电流中消除Y侧的零序
电流。
对幅值的校正
仅当在低压侧注入单相电流时的计算：
Idif_u=（Iu−Iv）/3；Idif_v=（Iv−Iw）/3；Idif_w=（Iw−Iu）/3
同理这三个复数方程隐含变压器相移的补偿（对Yd11为超前30
o
）,从差动电流中消除Y侧的
零序电流。
对幅值的校正
仅当在中压侧（三角侧）注入单相电流时的计算：
电力变压器的联接几乎总是不允许变换零序电流。
零序电流仅能流过电力变压器一侧而不能流
过另一侧时，差动保护可能在外部接地故障时出现误动作。
零序电流不能恰当地变换到电力变压器
的另一侧。
这种情况，为避免误动作，必须从差动电流中消除零序电流，
[]yIdifa=Ia−I=a
3
2I；[]yIdifb=Ib−I=b
3
2I；[]yIdifc=Ic−I=c
3
2I；
Zero_Sequence
L1L2L3
yI
3
IIII=
++
=，当“ZSCSub”整定至“On”时
依据上述公式当注入单相电流时启动电流动作值：
高压330KV侧0.6/3=0.34A中压20KV侧
2.82×
3
2
=1.88A；低压6.3KV侧2.59/3=1.49A。
结果和理论相符。
3.3比例制动特性（Restraintcharacteristic）
对于保护区外的故障，由于分接开关的分接位置以及各电流互感器的差异，可能出现相对较大
的差动电流。
最大穿越性故障电流时，由很小百分数不平衡所产生的差动电流可能相当显著。
对于
刚好在保护区外的严重故障，电流互感器有饱和的危险。
对这些情况下的差动电流，差动保护不应
动作。
为了使差动继电保护装置尽可能灵敏和稳定，就发展了制动式差动保护，这使保护躲过穿越
性故障状态，同时仍使保护系统有良好的基本灵敏度。
RET521中差动保护提供了以下动作-偏置特性数据表
特性号第一斜率，%第二斜率，%基值灵敏度，%缺省基值灵敏度，%
1155010-5010
2205010-5020
3305010-5030
4405010-5040
5495010-5050
在DIFP算法中，每个特性由一组分段折线的三个方程来表示。
为增加灵活性，每个动作-偏置
特性的基值灵敏度（DIFP整定值Idmin）可在10%至50%额定电流范围内以步长为1%改变。
缺省灵
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敏度意味为所推荐的灵敏度，但在10%-50%范围内的任何灵敏度都是有可能的。
5个动作-偏置特性组
3.3.1T型连接侧的制动特性录制。
在一侧加制动电流（0°）,另一侧加电流（180°）至动作,制动特性测量结果如下
3321/0°0.81.01.21.41.82.43.0仪器二次电流
3220/1800.20.40.60.70.841.061．26.仪器二次电流
Idiff518518518.1604.2828.81156.01500.9装置读数
Ibias9121142.31372.71600.12059.92745.23430.5装置读数
A
相
制动斜率
ΔId/ΔIB
拐点前0.490.490.500.50
备注:
动作值515A
动作原理与结果分析：
T形接线中测量的电流一次值转变成采用CT一次额定电流的标幺值，
并将这两T形接线电流相比较。
此比较的电流转变成采用电力变压器绕组额定电流的标幺值,再将最
大的标幺值电流作为标幺值偏置电流，依此方法，就有可能得到T形接线下差动保护灵敏度和安全
性的最好组合。
试验方法：
依据定值通知单该制动特性选择曲线5，变压器高压侧330KV侧有两组电流，校验
时应两侧同时加相同电流，相位互差180度，A、B、C相做法相同。
此时，保护装置因为没有差流
而不会动作。
逐渐增加另一侧电流直至差动保护动作，记录所加电流和装置电流进行斜率计算。
校验点的选择：
依据RET521动作偏置特性曲线，规定了第一个拐点是在制动电流在1.25pu处，
第二拐点在差动电流在1.0pu处，因此我们预设一组数据取制动电流。
1.25pu前的三点进行测试，
由于RET521差动保护T型连接制动电流执行特殊算法,本例制动电流在1.2A、1.0A、0.8A处进行
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测试。
取制动电流1.25pu后，差动电流1.0pu前两点即1.4A、1.8A进行测试,取差动电流1.0PU
后两点2.4A、3.0A进行测试，录取特性曲线进行计算。
仅当在高压两侧加电流差动计算公式：
Idif_A=（IA1−IB1）/3×nh+（IA2−IB2）/3×nh
Idif_B=（IB1−IC1）/3×nh+（IB2−IC2）/3×nh
Idif_C=（IC1−IA1）/3×nh+（IC2−IA2）/3×nh
动作结果分析：
制动电流在1.25pu即1.25×1145A=1431前差动动作值为最小动作值0.45×0.763=0.3433A，
单相做法理论值为0.3433A×3=0.595装置显示差流0.3433×1500/1=515A符合曲线5。
当一侧电
流为1.4A时，另一侧电流0.7A时差流计算结果为：
1.4/3×1500-0.7/3×1500=606与装置显示结果604.2相符。
由于T型接线制动电流执行特殊算法数据结果为所加两侧电流二次值的最大值与变压器额定电
流的乘积。
当在1.4A点时制动电流为1.4×1145=1603与测试结果1600.1相符。
制动斜率计算k=[Idif
（2）−Idif
（1）]/[Ibias
（2）-Ibias
（1）]
计算斜率结果如上表，与制动特性曲线5符合。
试验完成。
3.3.4高压星型侧对中压三角侧制动特性的校验（为了校验方便将零流补偿功能关闭。
）
在一侧加制动电流（0°）,另一侧加电流（180°）至动作,制动特性测量结果如下:
ZSUB=OFF_OK
20kV电流/0°1.1291.2561.4021.5371.5781.61仪器二次电流
3321CB电流/180°0.9571.2111.5181.7801.8981.973仪器二次电流
发电机补偿电流C
相/180°
33.94.85.7
66.3仪器二次电流
Idiff516.9701.6926.81134.61207.21263.0装置读数
Ibias1430.21810.52270.42694.52839.72952.1装置读数
A
相
v
制动斜率
ΔId/ΔIB
0.490.490.490.500.50
备注:
动作值515A
动作特性分析：
制动电流的选取：
RET521中差动保护功能采用所有制动输入中最大的电流作为偏置电流。
在各绕组
侧测到的电流转变成采用电力变压器绕组额定电流的标幺值。
然后最大标幺值电流就作为标幺值偏置电
流。
Ibias[pu]=（SrSide/Smax）×{max[IL1/IrSide;IL2/IrSide;IL3/IrSide]}
Ibias[Amps]=Ibias[pu]×Ir1（HMI上在DIFP功能的ServiceReport菜单下可看到）
试验点的确定：
依据制动特性曲线5知曲线第一拐点在制动电流在1.25pu，最小动作电流在
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0.45pu处，第二拐点在差动电流在1.0PU处。
又知道第一斜率是0.49，依据斜率计算公式计算出
第二拐点制动电流k=[Idif
（2）−Idif
（1）]/[Ibias
（2）-Ibias
（1）]=（1pu-0.45pu）/（Xpu-1.25pu）
=0.49，计算出第二拐点制动电流为2.372pu，分别取制动电流为1.25pu、1.6pu、2.0pu、2.375pu、
2.5pu、2.6pu既斜率是0.49三个点斜率0.5三个点并提前预设电流制动侧在高压侧既星型侧相应
制动电流为1.25×1145（变压器高压侧额定）/1500（CT变比）=0.954A、1.211A、1.517A、1.791A、
1.898A、1.975A
差动电流的计算：
Idif_A=（IA−IB）/3×nh+Ia×nm×（Um/Uh）+（Iu−Iv）/3×nL（UL/Uh）
Idif_B=（IB−IC）/3×nh+Ib×nm×（Um/Uh）+（Iv−Iw）/3×nL（UL/Uh）
Idif_C=（IC−IA）/3×nh+Ic×nm×（Um/Uh）+（Iw−Iu）/3×nL（UL/Uh）
以上三个公式为Yd11y0分别在高压侧与中压侧、低压侧加电流差流计算公式。
补偿电流的选取：
做制动特性曲线时仅在两侧加电流，以便校验与补偿。
当在变压器星型侧即本例的高压侧A相
加电流时，在C相出现方向相反的电流。
为了做出A相的制动特性，必须在三角侧C相补偿一电流，
此电流的大小为[Ibias[Amps]×（Uh/Um）]/3/CTside当制动电流为1.25pu时补偿电流为
[1.25×1145×363/20]/3/5000=3A,此电流还可以大一点或小一点使得补偿后C相差流小于启动
值即可。
所加电流的方向与A相高压侧相同。
同理计算出1.6pu、1.8pu、2.0pu、2.375pu、2.5pu、
2.6pu所需电流。
做B相制动特性补偿在A相、C相制动特性补偿在B相。
制动特性曲线录制：
首先在Yd11y0高压侧A相与中压侧定A、C相同时加计算的制动电流、及补偿电流、中压侧A
相与高压侧A相相位相反、补偿相与高压侧相位相同，逐渐减小中压侧电流直至保护动作记录动作
值并计算制动系数。
计算过程：
依据上述所取330KV侧电流0.954A、1.211A、1.517A、1.791A、1.898A、1.975A时试验所得当
保护动作时20KV侧电流为1.12A、1.256A、1.402A、1.537A、1.578A、1.61A则差动电流为:
（0.954X1500/1）/3-1.129X25000/5X20/363=826-311=515与装置读数516.9一致。
因为归算
至高压侧330KV侧电流大，则致制动电流取330KV侧0.954X1500/1=1431（注意制动电流不进行相
位的变换。
）与装置读数1430.2一致。
再依据k=[Idif
（2）−Idif
（1）]/[Ibias
（2）-Ibias
（1）]
计算出比率制动系数填入上表，结果符合曲线5。
3.3.5低压星型侧对中压三角侧制动特性的校验（为了校验方便将零流补偿功能关闭。
）将变比改
为99999/5
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20kV电流/0°1.1291.2561.4021.5371.5781.61仪器二次电流
6KV电流/180°4.1335.2266.5557.788.1898.525仪器二次电流
发电机补偿电流C相/180°33.94.85.766.3仪器二次电流
Idiff515.7699.0924.61132.91203.21261.2装置读数
Ibias14281806.32266.22691.02832.62948.2装置读数
A
相
制动斜率
ΔId/ΔIB
0.490.490.490.500.50
备注:
动作值515A
低压星型侧对中压三角侧校验方法与中压侧方法相同，装置的显示差流与制动电流都要归算至高压
侧，计算结果符合曲线5
3.3.6低压星型侧对高压星型侧制动特性的校验将6KV侧变比改为31500/5
3321电流0.81.01.21.41.82.43.0仪器二次电流
6.3kV电流2.765.035.445.8656.697.798.89仪器二次电流
Idiff515545692.3838.41131.81578.72026.7装置读数
Ibias119314921791.62090.82689.53584.94479.3装置读数
A
相
制动斜率
ΔId/ΔIB
4950505050
备注:
动作值
515A
校验方法与T型校验相同，制动电流为归算至高压侧电流的最大值。
仅当在高压侧及低压侧加电流时差流计算公式：
Idif_A=（IA−IB）/3×nh+（Iu−Iv）/3×nL（UL/Uh）
Idif_B=（IB−IC）/3×nh+（Iv−Iw）/3×nL（UL/Uh）
Idif_C=（IC−IA）/3×nh+（Iw−Iu）/3×nL（UL/Uh）
计算结果如上表，符合曲线5
3.4速断差动（UnrestraintDifferentialCurrent）
变压器的差动保护常提供有非制动式差动保护功能。
即速段差动非制动式差动保护对严重的内部
故障提供了更快的故障清除，对于励磁涌流或过励磁电流，保护也不会被闭锁。
非制动式差动保护
的目的是为了排除在严重内部故障时电流互感器二次电流谐波畸变引起制动过分的危险。
发电机侧定值（a）发电机侧6KV侧动作值定值（a）6KV侧动作值
A12.5017.2
B12.5117.2
C
300%Ir
12.4712.50
300%Ir17.3
6KV侧变比改为99999/5
17.2
定值（a）330kV动作值（3320）330kV动作值（3321）
A3.983.99
B3.983.98
C
300%Ir
43.983.98
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动作情况分析：
RET521差动保护的校验方法与启动电流的校验方法完全相同，即在各侧、各相电流通道上加单
相电流至保护动作即可。
该通道有独立的模块即在DIFP-TRUNR下看0变为1即为动作。
当校验值中
含有二次谐波及五次谐波时保护不制动，动作情况符合定值设置。
3.5谐波制动特性（Harmonicrestraintcharacteristic）
励磁涌流是变压器合闸电源时出现的一种暂态状况。
变压器励磁电流的波形中含有一定比例的
谐波，随着峰值磁通密度向饱和状态升高，谐波增大。
涌流为一波形偏离时间轴的非对称电流。
变
压器励磁电流的波形中含有一定比例的谐波涌流中总是存在二次谐波，因此二次谐波制动是避免电
力变压器合闸电源时出现误动的一种有效方法。
差动电流的二次谐波分量与同一差动电流的基波分
量进行比较，若两者的比值高于某一整定限定值保护被闭锁
另外，RET521保护功能提供有五次谐波制动以避免电力变压器在过励磁状况下保护动作。
若差
动电流中五次谐波与基波之比高于可整定的限定值，则保护被制动。
PhaseIharmonic
（100HZ）（a）
二次谐波
Ifundamental
（a）
基波
Kn
（100HZ）
制动系数
Iharmonic
（250HZ）（a）
五次谐波
Ifundamental
（a）（250HZ）
基波
Kn
（250HZ）
制动系数
A0.31215.5%0.52226%
B0.3121
升级会员 