主变差动保护总结Word文档格式.docx

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主变差动保护要考虑的一个基本原则是要保证正常情况和区外故障时，用以比较的主变高低压侧电流幅值是相等，相位相反或相同（由差流计算采取的是矢量加和矢量减决定，不过一般是让其相位相反），从而在理论上保证差流为0。

不管是电磁式或集成电路及现在的微机保护，都要考虑上述三个因素的影响。

（以下的讨论，都以工程中最常见的Y/△-11而言）

电磁式保护（比如工程中常见的LCD-4差动继电器），对于接线组别带来的影响（即相位误差）通过外部CT接线方式来解决。

主变为Y/△接线，高压侧CT二次采用△接线，低压侧CT二次采用Y接线，由保护CT完成相角的归算同时消除零序电流分量的影响。

电流由主变高压侧传变到低压侧时，相位前移30度，低压侧CT接成Y/Y，角度没有偏移。

高压侧CT接成Y/△，CT二次侧比一次侧（也即主变高压侧）相位也前移了30度。

这样就保证了高低压侧CT的二次电流同相位。

高压侧CT接成Y/△后，电流幅值增大了√3倍（实际上是线电流），在选择CT变比时，要考虑到这个因素，尽量让流入差动继电器的主变高低压侧电流相等。

因为CT都是标准变比，通常不能保证高低压侧二次电流相等，对此一般采取在外回路加装电流变换器（可以理解为一个多变比抽头的小CT）或着对具有速饱和铁芯的差动继电器，调整它的平衡线圈的匝数。

不过这两种方法，精度都不高。

微机保护同传统保护相比，保护原理并没有太大的变化，主要是实现的方法和计算的精度有了很大提高。

早期有些微机差动保护，可能是运算速度不够的缘故，相角归算还是采用外部CT接线来消除（如DSA早期某型号产品）。

现在的微机差动保护，CT都是采取Y/Y接线，相角归算由内部完成：

通过电流矢量相减消除相角误差。

主变差动为分相差动，对于Y/△-11接线，同低压侧IAl相比较运算的并不是高压侧Iah，而是Iah*=Iah-Ibh（矢量减），这样得到的线电流Iah*，角度左移30度，同低压侧Ial同相位。

对于Y/△-11接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：

Iah*=Iah-Ibh、Ibh*=Ibh-Ich、Ich*=Ich-Iah（都为矢量减）。

对于Y/△-1接线，参与差流计算的Y侧3相电流量分别是：

Iah*=Iah-Ich；

Ibh*=Ibh-Iah、Ich*=Ich-Ibh（都为矢量减）。

通过减超前相或滞后相电流的不同，从而实现相角滞后或前移30度。

（因为用WORD画矢量图太麻烦，此处省略示意图，大家可以自己画一下）

主变变比和CT变比造成的误差都是幅值上的差异，这方面的处理，对于微机保护而言，是非常容易的，输入量（对△侧）或相位归算后的中间量（对Y侧）乘以相应的某个比例系数即可。

当然这个系数对Y侧，还要考虑到内部矢量相减，同时造成的幅值增大了√3倍。

目前国内绝大部分厂商（如南自厂等）的微机差动保护，是以一侧为基准（一般为高压Y侧），把另一侧的电流值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），比如差动速断定值是18A等等。

我们公司的差动保护相位归算也是采用矢量相减，变比等因素造成的幅值归算采取的是Ie额定电流标幺值的概念，相应的定值整定和动作报告也都是采用Ie标幺值。

现场很多用户（包括公司一些新员工），对此感到较难理解，因此有必要详细解释一下。

3、以RCS9671/9679差动保护为例，解释Ie的概念

Ie是指根据变压器的实际容量求到的额定电流的标幺值。

我们常说的CT二次额定电流是5A，这只是一个产品标准参数，而Ie是根据主变容量得到的，它所对应的电流有名值的具体数值，对主变的每一侧都是不同的。

以下列参数为例：

某台主变，容量31.5/20/31.5兆伏安；

变比110±

4×

2.5%／38.5±

2×

2.5%／11千伏；

接线组别Yo/Y/△-12-11；

CT变比200/5,500/5,2000/5；

CT为Y/Y。

额定电流计算公式

Ie=S/（√3U）/CT变比

高压侧Ie=31500KVA/（1.732*110KV）/200/5=165.337A/40=4.133A

中压侧Ie=31500KVA/（1.732*38.5KV）/500/5=472.39A/100=4.723A

低压侧Ie=31500KVA/（1.732*11KV）/2000/5=1653.37A/400=4.133A

当高压侧CT二次流出电流为4.133A时,表明本侧流出的功率为变压器的额定功率,这就是Ie的物理含义，对中压侧、低压侧物理意义是相同的。

差动保护在每一侧采集到的电流除以该侧的Ie电流值，得到各侧电流相对于本侧额定电流的比例值（标幺值）。

采用各侧的Ie标幺值直接参与差流计算，而不是采用电流有名值，相应的定值及报告都是显示的是多少Ie。

比如说高压侧二次电流为4.133A，程序会把这个值除以高压侧（4.133A），得到标幺值1Ie；

中压侧电流为-1.42A，得到标幺值-0.3Ie；

低压侧电流为-2.89A，得到标幺值-0.7Ie。

程序计算差流时会把这三侧Ie相加求得到差流Id=0Ie。

注意：

上例中提及的主变高压侧及中压侧的Ie，与装置中Ieh及Iem不是同一个量，后者是前者的√3倍。

求Ie具体值的公式里包含了变压器容量、电压变比、每侧CT变比这几个参数。

基于能量守衡的原理（忽略主变本身损耗），计算时容量都采用同一个最大容量（应注意对于35KV侧，额定参数是20MVA，但计算时还是要用31.5MVA）。

得到的每侧额定值作为本侧的基准，实际电流除以该基准，就得到可以直接用以统一运算的标幺值。

整个计算的过程，就消除了由主变电压变比和CT变比因素所造成的影响。

其它公司以一侧为基准，其它侧往基准侧归算。

我们的差动分别以各侧额定为基准，各侧实际电流都往本侧归算；

思路都是一致的，但是我个人感觉还是Ie的概念更好一些，更符合物理意义。

举个通俗的例子，把高压侧电流比做黄金、低压侧电流比做白银，两者没法直接通过比较重量来比较价值。

我们都把其折合成美元，就可以统一比较了。

Ie在差动归算中，就起了一个美元的作用。

Ie是一个标幺值，是一个可以统一计算的中间度量单位（转换单位）。

4、以RCS9671/9679差动保护为例，从调试角度出发理解的差动归算思路

我们在本文一开头就提到了主变电压变比、CT变比还有接线组别的影响。

采用Ie的概念和计算方法后，可以消除掉电压变比和CT变比对幅值的影响。

对接线组别（相位）的影响，以RCS9671/9679程序里是这样做的。

若系统设置菜单里，接线组别设置为△/△（CT都是Y/Y接线，也即由装置内部完成归算），程序对电流采样数据不做相角上的任何归算处理，根据系统参数整定内容，计算出各侧Ie具体值，实际采样值同本侧Ie相除，得出本侧以Ie标幺值所表示的电流值参与差流计算。

当接线组别设置为Y/△-11，程序对Y侧电流采样数据首先进行相角调整，即参与差流计算的Iah*=Ia-Ib（矢量减），Ibh*=Ib-Ic，Ich*=Ic-Ia.这样一减，得到的矢量电流相位前移了30度，完成相位的归算。

但幅值同时也增大了√3倍（线电流和相电流的关系，这很好理解）。

程序里对矢量相减得到的值会同时固定除以√3，以保证只调整相位，不改变大小。

对Y/△-1，处理过程一样，只是矢量相减的相别发生一下变化：

Iah*=Ia-Ic（矢量减），Ibh*=Ib-Ia，Ich*=Ic-Ib.也要固定的对幅值除以√3。

要特别说明的是对接线组别Y/Y的变压器，程序对两侧均作了Y→△变换，目的主要是消除高压侧CT中可能流过的零序电流对差流的影响，确保高压侧发生区外接地故障时差动保护不误动。

看到这里，细心的同事可能会发现，在本文中Ie的计算公式同RCS9671/9679调试大纲里写的不大一样。

在《调试大纲》里，主变△侧Ie的计算公式同Y侧Ie的计算公式不同，Y侧Ie的计算公式：

Ie=S/U/CT变比（没有除以√3）。

而本文中Ie的计算公式△侧和Y侧是一致的。

《调试大纲》里Y侧的公式并不是没有除以√3，而实际上是按Ie=（S/√3U/CT变比）×

√3，对Y侧Ie扩大了√3倍，从公式字面上看好似是没有除这个√3。

《调试大纲》这样写实际上已经考虑了Y侧√3的接线系数。

不过我个人认为，从物理概念上讲，Ie的计算公式对Y或△侧都是一样的，应按3相功率来考虑。

（RCS系列主变保护程序是根据输入的主变参数自动计算Ie的，因此Ie与平衡系数密切相关。

特别要注意的是装置中的差动起动电流值及差动速动定值都与Ie有关，装置中涉及到的Ie均为经过接线系数调整以后的各侧额定电流值。

在定值整定过程中，若装置报“平衡系数错”，可通过改变系统参数中的变压器容量来消除，但此时应注意将装置中的差动起动电流值及差动速动定值作相应变动。

我们还是以上文所提到的主变参数来举例说明具体处理思路（该主变参数同《RCS9671/79调试大纲》里举例的主变参数相同）。

设主接线为Y/△-11，CT为Y/Y接线。

我们计算出高压侧（Y侧）Ie=4.133A（按本文公式）,《调试大纲》是乘以√3的，Ie=4.133A×

1.732=7.158A。

当在保护装置高压侧输入三相对称电流IA=4.133A（角差120度，同正常运行情况），程序按照整定的接线组别，首先进行相角归算（矢量相减），因为ABC三相都有电流，且角差120，得到Iah*=Ia-Ib=1.732×

Ia×

∠30°

;

Ibh*=Ib-Ic=1.732×

Ib×

；

Ich*=Ic-Ia=1.732×

Ic×

。

幅值增大了√3，相角逆时针旋转了30°

相位归算后的向量，程序会再除以√3,以消除因为矢量相减而导致的幅值增大√3倍。

再除以本侧Ie值4.133A，把有名值换算成标幺值（注:

实际上程序是乘以平衡系数,内部计算按相对于5A的标幺值来的。

这样解释是为了便于理解Ie物理概念,以下相同）。

因为△侧无电流输入，差流为零，故装置显示ABC相差流分别为1Ie。

在保护装置高压侧输入单相电流IA=4.133A，装置显示A、C两相都有差流，差流Iacd=0.577Ie;

Iccd=0.577Ie。

程序同样首先进行相角归算，即矢量相减。

Iah*=Ia-Ib=Ia（Ib=0）；

Ibh*=Ib-Ic=0（Ib=0，Ic=0）；

Ich*=Ic-Ia=0-Ia=-Ia。

虽然只有A相电流，但经过这一步处理后，在C相也因为计算产生了差流。

程序固定对相位归算后的向量再除以√3,但因为只有单相电流，矢量相减并没有改变相位和大小，所以经过这一步骤后，电流幅值减少了√3倍。

再除以本侧Ie=4.133A，把有名值换算成标幺值。

故装置显示AC相差流分别为0.577Ie。

当在△侧输入电流时,不管是输入单相IA或ABC对称三相,输入电流4.133A（低压侧/△侧Ie=4.133A），都会显示差流等于1Ie，且当输入单相IA时，也只有A相有差流，C相不会有差流。

因为程序对△侧不进行相角归算（对LFP和RCS9671/79，采取Y侧往△侧归算的传统方法）。

没有矢量相减和除以√3这一步，直接跟本侧Ie电流值相除，换算成标幺值。

从上面的举例我们可以看到，现场实验如果说理解起来会有一点难度的就是Y侧加同样大小的单相电流和三相电流得到的结果不同。

这是为了调整接线组别造成的相位差，程序固定采取的计算方法带来的。

相位归算是按正常情况下（三相对称电流）来考虑的，即使输入的是单相电流，程序还是按同一个流程（归算思路）来处理。

现场调试，有时也会碰到外部CT采用Y/△接线，而不是常见的Y/Y接线。

这种情况一般出现在老站改造，比如原来的电磁式LCD-4差动继电器更换成微机保护，但CT及控制电缆都未更换。

对RCS9671/73/79而言，可以在系统参数里设置相应的接线组别参数。

各侧Ie值的内部计算同CT采用Y/Y接线是一样的，因为相角归算已由外部CT接线来实现了，所以程序不会再进行矢量相减这一步骤。

考虑到外部CT采用Y/△接线后，CT二次电流增大了√3倍，程序里还会固定的除以√3。

转换成标幺值的步骤也同Y/Y接线一样。

对CT采用Y/△接线的情况，现场实验时（主变参数同上，Y/△-11）保护装置高压侧输入单相电流IA=4.133A，装置显示A相有差流Iacd=0.577Ie，C相不会有差流。

当输入ABC三相对称电流，电流幅值为4.133A，装置显示ABC三相都有差流，差流数值都为0.577Ie。

也就是说，不管输入单相还是三相电流，装置计算的差流都比输入电流小√3倍，且只有输入相有差流。

从调试角度出发，RCS96XX系列差动保护相位和幅值归算的基本流程示意如下：

5、LFP900系列差动保护的归算

LFP900系列主变差动保护对主变接线组别和CT变比等因素的归算思路和RCS96系列差动保护的思路是一致的，都是从Y侧向△侧归算，也是采用矢量相减的方法来调整相位等等。

但是因为RCS96系列的硬件平台所能提供的计算能力要比LFP900系列强大许多，所以RCS96系列只需要用户把主变额定容量、接线组别等参数输入定值，Ie和平衡系数的计算由程序内部完成。

而LFP900系列差动保护可能是因为计算能力的问题，有一部分工作是由硬件来完成的，需要用户来计算和跳线设置各种平衡系数。

具体的计算和跳线设置步骤在公司《LFP900系列变压器成套保护装置用户培训手册》一书中有周密详细的讲述，本文不再赘述。

只把需要注意的几点整理如下：

1）

主变电压变比和CT变比对幅值影响的消除也是通过Ie概念归算成标幺值；

利用矢量相减完成相位调整后对幅值增大了√3倍的处理（除以1.732）；

这两部分功能都是通过硬件来实现的，即通过设置VFC板各侧输入回路平衡系数完成。

调整平衡系数实际上是在调整高精度电位器的阻值，该电位器接于输入运算放大器回路当中，改变其阻值，即调整了该运放的放大倍数。

各侧平衡系数是5A（假设交流头为5A）标准值同各侧Ie的比值（可以理解为归算到以2次额定5A为基准的标幺值）。

各侧Ie电流值根据变压器最大容量、电压等级、CT变比这几个参数求出。

因为Y侧相位归算后要除以√3也要在这一步完成，所以对Y侧的Ie电流值必须要乘以接线系数√3，实际上就是把平衡系数分母增大√3倍。

保护装置各侧电流经过装置交流头小CT电流变换后，通过运放电路转换成电压量。

该输出可以近似理解为=输入电流×

运放电路的放大倍数=输入电流×

平衡系数。

通过硬件电路把各侧实际电流转换成相对于2次额定5A为基准的标幺值，同时对Y侧也“提前”把因相角调整而产生的幅值扩大消除（除以√3）

2）经过上述步骤处理的电压量经过V/F变换后，提供频率信号给CPU板上的CPU1进行差流计算等处理。

相角调整也由CPU1软件完成，归算方法仍然是采取矢量相减的方法。

同RCS系列差动保护相比应注意的是，软件进行不进行矢量相减（/即相位调整）；

哪两个矢量进行相减（/即是使相位向11点还是1点调整）都是出厂预装程序定死的，在现场是无法通过外部定值设置来修改的。

也就是说用户订货是提供的主接线形式是非常重要的，△/△的隔离变或Y/△-11或Y/△-1CPU1程序是不同的，这一点现场调试一定要注意确认，以防出错。

3）看到这里，可能会有同事提出：

《LFP900主变差动保护说明书及培训教材》上不是讲了对VFC板要根据主变接线组别设置JP1~3的跳线么，不是可以现场调整接线组别么。

其实这个跳线是设置MONI板CPU2相角调整的。

我们都知道，LFP900主变差动保护CPU板CPU1负责保护计算，MONI板CPU2负责启动开放出口电源及人机界面等。

1）步骤所描述的经过平衡系数调整后的电压量一方面通过V/F变换后的频率信号提供给CPU1，相角调整由软件完成。

另一方面经过差流形成电路提供给MONI板CPU2，CPU2通过电压型A/D模数转换后用以启动判断。

也就是说，MONI板CPU2的相位调整和差流计算都是由硬件来完成的，CPU2A/D转换的输入量已经是差流了。

VFC板上的JP1~3的跳线即是调整差流形成电路中相角调整功能的，通过跳线来设置是否矢量相减矢量相减（/即相位调整）；

哪两个矢量进行相减（/即是使相位向11点还是1点调整）。

具体电路如何实现，看一下《LFP971分板电路图》即可非常清楚。

4）再次强调一下：

平衡系数调整电路完成幅值变换和预先消除因Y侧相角调整所造成的幅值扩大了√3倍；

CPU1相角调整和差流计算由软件完成，不同接线组别对应不同程序；

MONI板CPU2相角调整和差流计算全部由硬件电路完成，不同接线组别可以通过跳线设置。

现场调试一定要注意这几个方面都要一一对应起来。

否则，极易出问题。

本文后面提到的调试案例也有这方面的内容。

5）还以上文所提到的主变参数为例〔主接线为Y/△-11，CT为Y/Y接线。

我们计算出高压侧（Y侧）Ie=4.133A（CT2次实际额定电流，未乘以接线系数√3）,乘以√3后的Ie=4.133A×

1.732=7.158A〕现场做实验时，当从保护装置高压侧加入单相电流IA=7.158A时，装置显示A、C相有差流，差流为1Ie；

加入三相对称电流7.158A时，装置显示A、B、C相都有差流，差流为1.732Ie。

这个结果和产生的原因和RCS96系列差动保护是一致的。

6）现场设置VFC板平衡系数时，Y侧Ie一定要记着乘以√3的接线系数。

定值里面各侧Ie（二次等值额定电流）定值，Y侧一定要用已经乘以√3接线系数的Ie，对上例而言，就是要输入7.158A而不要输成4.133A，更不要输成5A（除非你算出来真是5A），要保证这个值跟你算平衡系数的分母一致。

管理板这个定值决定了输入电流值的显示。

微机保护内部计算判断采用的都是离散化后的2进制代码，人机界面要显示装置输入的有名值（如输入电流是多少安），这中间就有一个系数的换算，该系数要考虑到从装置小CT到内部一些运算步骤的修正等等，内部的2进制数值乘以某个系数就是要显示的有名值。

一般保护这个系数出厂时程序就可以确定了。

但LFP系列差动保护在现场有平衡系数设置这个环节，装置中CPU及MONI采集到的电流是乘以平衡系数后归算至In（5A/1A）下的电流。

可以这么说，LFP971/972（A/B/C）中，差流大小的计算及显示取决于平衡系数，各侧输入电流大小的显示值取决于Ie。

若平衡系数设置不对，差流计算将会出错，从而导致差动保护的误动作。

而Ie整定不正确，只会使该侧输入的电流值的显示不对。

假设平衡系数计算Ie采取的是7.158A，如果平衡系数整定为5/7.158,在定值里Ie输成了5A，当实际输入三相电流为7.158A，则保护状态显示里电流大小会显示为5A，差流则不管CPU板还是MONI板显示都会正确。

装置内部是以5A/1A（视交流头而定）为基准，内部2进制数值乘以根据输入的二次等值额定电流值确定的系数，得出显示的实际输入值。

输入电流值取自相角归算以前，所以Y侧输入单相还是三相电流，只对差流计算有影响，对实际电流输入的显示无影响。

比如Y侧输入单相电流7.158A，差流显示A、C相为1Ie,电流显示只有A相电流7.158A；

输入三相电流7.158A，差流显示A、B、C3三相为1.732Ie,电流显示ABC三相还是7.158A,跟实际情况是一致的。

RCS系列主变差动因为输入主变各项参数后，Ie等中间参数都是程序内部计算的，所以没有LFP差动这方面需注意的问题。

另外从保护状态显示菜单里CPU板可以看到总的差流和各侧实际输入电流等显示；

但MONI板只有总的差流显示，这跟我们前面提到的CPU板和MONI板不同计算处理过程是一致的。

7）从调试角度出发所理解的LFP900差动保护归算基本过程，见下图：

7、RCS978主变保护装置差动保护的归算

RCS978保护装置中的差动保护部分同RCS96XX系列差动保护相同的地方都是用户只需输入系统参数,各类内部计算所需的中间量不需要用户整定,而且装置本身提供了象平衡系数、计算差流等内部计算所需中间量的查询显示，大大方便了用户和我们调试人员在现场的实验工作。

但是因为RCS978适用于500/220KV高压系统，所以装置差动保护部分对主变接线组别和变比的归算调整方法同RCS96XX系列差动相比有了较大变化，主要体现在平衡系数基准量的选择和相位由△侧向Y侧调整。

1）LFP900系列差动保护根据变压器最大容量求出各侧二次额定电流，平衡系数=In/各侧Ie；

各侧输入量乘以该侧平衡系数得到以为In（5A/1A）基准值的标幺值。

程序如此处理，主要是考虑到内部计算处理的方便（毕竟根据系统参数定值，预先算出以5A为基准值的各侧平衡系数，输入量乘以该平衡系数从而得到标幺值。

在程序处理上会比输入量除以各侧二次额定电流Ie得到标幺值要方便一些。

虽然从物理意义上理解这两者是一样的），RCS978也是采用平衡系数来转换标幺值，但是用来计算平衡系数的基准值（平衡系数的分子）并不是固定为5A。

而是根据各侧额定2次电流Ie的比率大小有不同的选择。

RCS978平衡系数计算步骤同LFP和RCS96XX一样，首先根据主变最大容量和各侧实际运行电压和CT变比求出各侧Ie。

平衡系数公式等于：

Kph=（I2n-min/I2n）×

Kb其中Kb=min（I2n-max/I2n-min,4）

I2n-max为最大的IeI2n-min为最小的Ie

程序根据所求出的各侧Ie值中，Ie最大值（I2n-max）是否大于Ie最小值（I2n-min）的4倍来决定平衡系数有两种计算公式:

当（I2n-max/I2n-min）＜4时：

Kph=I2n-max/I2n.

当（I2n-max/I2n-min）＞4时：

Kph=4I2n-min/I2n.

（如果I2n-max/I2n-min恰好等于4，则上述两公式就一致了，用哪个都成）

当Ie最大值大于Ie最小值4倍以上时，各侧平衡系数的基值（分子）选择为4倍的Ie最小值（4I2n-min），Ie最小的