主变差动保护受小电阻改造的影响研究

李珊

摘要：本文分析了主变低压侧单相接地短路故障，研究了区外故障对两种补偿方法对差动保护的影响，并比较区内故障时两种补偿方法的灵敏度。

关键词：单相接地；补偿方法；差动保护

引言

在配网进行小电阻改造后，当Z型变接于主变三角侧出口时，主变低压侧区外发生单相、两相接地故障或单相断线故障，将有故障电流通过低压侧受总开关流向Z型变。

1Z型变的绕组结构及特点

Z型变的每个铁芯柱上的绕组被平均分为两部分，当绕组流过三相对称电流时，接地变的每一铁心柱上的磁势是该铁心柱上不同相的两绕组磁势的相量之和，三个铁心柱上的磁势对称彼此形成回路，因而磁通量大，呈现很大的励磁阻抗，使得有很高的正、负序阻抗；当对Z型变加入三相零序电流时，由于每个铁心上的两相绕组彼此极性相反，产生的磁通互相抵消，铁心内磁通量很小，因而Z型变呈现的零序阻抗也小。由上所述，系统正常运行情况下，Z型变正、负序阻抗大，因此流过绕组的电流很小。当系统发生接地故障时，由于零序阻抗很小，Z型变绕组中将流过较大的零序电流。

2接地故障对差动保护影响的理论分析

2.1主变低压侧单相接地短路故障分析

如下图1所示，主变低压侧接地故障分区外（K1点）和区内（K2点）两种情况：

图2单相接地故障等效序网图

Xs1、Xs2—系统的正序电抗、负序电抗，Xs1=Xs2；XT1、XT2—变压器的正序电抗、负序电抗，XT1=XT2；XZ0—接地变的零序电抗；3R—3倍R的零序接地电阻值

其中，由于接地变正序电抗XZ1、负序电抗XZ2相对于系统很大，可以忽略不计，ZΣ1≈jXs1+jXT1。同理，负序阻抗ZΣ2≈jXs2+jXT2，ZΣ1=ZΣ2。零序电抗ZΣ0=jZZ0+3R，根据图3示出的复合序网，求得标幺值：

对于主变差动保护，目前国内主要有两种转角补偿方式：Y补偿以及补偿方式。下面就小电阻改造后低压侧接地故障对两种补偿方法的影响进行详细分析。

2.2区外故障对Y补偿方法差动保护的影响

采用Y变化调整差流平衡其校正方法如下（以下简称补偿方法1）：

I'h为高压侧调整后电流，I'l为低压侧调整后电流，Icdd为变压器差动电流，Izdd为变压器差动保护制动电流。

同一电流归算至不同电压等级后，其有名值虽然发生变化，但其标幺值却保持不变，因此应用标幺值计算可以不考虑平衡系数的影响。将式3代入式4，再将结果与式2代入式5、式6，考虑到流过两侧电流互感器的方向相反，得各相的差动电流以统一高压侧为基准的标幺值表示为：IAcdd=IKA0，IBcdd=IKA0，ICcdd=IKA0。同理求出三相制动电流为：IAzdd=3IKA0，IBzdd=IKA0，ICzdd=IKA0。此时三相差动电流都为IKA0，若此值大于主变差动启动电流定值，主变差动保护将有误动的可能性。

2.3区外故障对补偿方法差动保护的影响

采用变化调整差流平衡其校正方法如下（以下简称补偿方法2）：

用同样方法将两侧电流代入，得到IAcdd=0，IBcdd=0，ICcdd=0。可以直观的发现小电阻接地方式低压侧区外单相接地，不会误动作。

从另一各角度说明，补偿方法2在低压侧由软件滤去了零序电流，因此差动电流为0；而补偿方法1由于在低压侧没有滤去零序电流，因此出现了零序差流。

2.4区内故障时两种补偿方法灵敏度比较

当K2点发生故障时，流过高压侧CT的电流不变，低压侧CT不会出现故障电流。分析方法与以上相同，这里不做详细推导。

对于补偿方法1，三相差动电流IAcdd=2IKA0，IBcdd=IKA0，ICcdd=IKA0；三相制动电流IAzdd=2IKA0，IBzdd=IKA0，ICzdd=IKA0。

对于补偿方法2，三相差动电流IAcdd=IKA0，IBcdd=IKA0，ICcdd=0；三相制动电流IAzdd=v/2IKA0，IAzdd=/2IKA0，ICcdd=0。

可以看出，当主变区内发生单相接地故障时，补偿方法1差动电流比对于补偿方法2的差动电流更大，因此相对更灵敏。

对于两相接地故障，计算式为IKA0=1/（ZΣ1+2ZΣ0），在经小电阻接地系统中，由于ZΣ1<ZΣ0，因此两相接地的故障电流小于单相接地故障电流，可以不用考虑此情况对主变差动的影响。

3计算实例

下面用某变电站的实际参数计算说明，低压侧单相接地故障对差动保护的影响。某110kVYN/Y0/变电站，10kV侧经Z型变小电阻接地，参数如下：

主变阻抗：XI*=2.13，XII*=-0.12，XIII*=1.5

接地变阻抗：正序阻抗XZ1*=85.2，零序阻抗XZ0*=81.18

接地电阻：3R0*=272.113

大方式下系统电抗：0.6443

高压侧CT变比800/5，低压侧CT变比2000/5

忽略接地变正、负序电抗，XΣ1*=XΣ2*=4.2743，

根据式1得IKA1=IKA0=0.003Ie，而差动保护的启动定值需要躲过最大不平衡电流，以高压侧电流为参考：Icd=KK*（KTA+Kb）*Ie，KK为可靠系数，取1.3；KTA为TA误差系数，当变压器各侧TA等级一致时，取0.1；Kb为变压器分接头调节系数，当变压器无有载调压时，取0.1。因此Icd=1.3*（0.1+0.1）=0.3Ie。

可以看出10kV侧单相接地故障，产生的差流小于主变差动启动电流，因此在区外故障时差动不会误动。在差动定值整定时，可以考虑用此方法以便可靠躲过区外单相接地故障，防止主变差动保护的误动作。而在区内故障时，因为差动没有足够的灵敏度，只能靠小电阻零序保护切除故障电流。