主变保护整定原则

许继主变差动保护原理及相关重要试验

原作者：不祥

注释：沈天亮

一、主变差动保护原理：

1、主变的型号：

对于保护，其都是为一次设备服务的.下面我讲解一些主变一次设备的特点。

我们从一次设备讲起，下面是一次设备的图形：

对于主变，它有很多型号，目前国内35KV变电站主要使用Y/D11的主变，也有可能有其他型号的，我们下面介绍的都是以Y/D11的主变。

在电力系统的定义中规定：高压侧UAB始终值向时钟的12点，如果低压侧Uab超前UAB30度，也就是Uab指向11点，这样的主变就叫做Y/D11的主变，如下图1：

如果忽约主变内部的损耗，主变高、低压侧的功率因数都差不多，高低压侧电流的角度差和电压角度差一样，所以我们也可以用电流表示（这一点可以通过画向量图加以验证）（如图2）。而且用电流向量图要简单的多，今后我们都用电流表示。

2、主变的一次电流图：（高压侧一次星接，二次CT1角接，低压侧一次角接，二次CT2星接）

（如下图，IA1与Ia1’是直接发生关系的两个电气量，其他两相同理）此外，低压侧CT采用了与高压测相反反极性接法

注：除了Ia1、Ib1、Ic1是实际方向以外，其它的都为参考方向。

以上的图为Y/D11的主变，根据下面的公式我们可以画出其向量图如下：（IA1与Ia1’是直接发生关系的两个电气量，两者相位近似相同。其他两相同理。Ia1是低压侧一次角接形成的线电流，由于向量合成，偏移了30度相位。按道理说IA1幅值应当小于Ia1’，但是下图并不关心这个，下图只关心相位关系。

它们的关系是高

压测二次CT1角接前二次

电流=

/Nct1，

=/Nct1，

=/Nct

1；

高压测二次CT1角接后二次电流

=—，=—，

=—；

低压测一次接线角接后二次电流

=—，=—，

=—；

低压测二次接线星接后二次电流

= —/Nct2；= —/Nct2，

= —/Nct2

这三个式子中出现的负号说明了低压侧CT采用了与高压测相反反极性接法，这个反极性接法形成了一种差动最基本的抵消机制

低压侧一次角形接线原始相电流=*Nb/，

=*Nb/，=*Nb/；

其中Nb/。为主变原始变比，Nb为主变外部视在变比（简称主变变比）。两者均为线电压变比。

如果高压侧3相电流对称（正序电流），则有：

||=|*Nb|，

||=|*Nb|，||=|*Nb|；

其中：Nct1、Nct2、Nb分别为主变高压侧CT1变比、主变低压侧CT2变比、主变视在变比。

注1：主变变比为Nb时，则Y/D主变内部线圈变比（原始变比）为Nb/（为原始变比）。

3、老式主变差动保护原理：

由于主变变比、高低压侧CT变比的影响，主变差动保护要大小补偿；

由于主变接线形式的不一样，主变差动保护有可能要角度补偿。

先介绍以前的主变保护原理：

高压测一次原始相（线）电流，

高压测二次CT1角接前二次电流=/Nct1，

高压测二次CT1角接后二次电流=—

=（—）/Nct1----》差动比较量1式

主变低压侧一次原始相电流为’

主变低压侧一次角接后原始线电流为=—

=*Nb/—*Nb/，

主变低压侧二次电流为(采用了反极性接法)= —

/Nct2= （—）*Nb//Nct2

-----》差动比较量2式

请注意比较差动比较量1式与2式，由于低压侧采用了反极性接法，1，2两式的抵消态势已基本形成！！！

Nct1——主变高压侧CT变比

Nb——主变高低压侧线电压比

Nct2——主变低压侧CT变比

对于主变的差动保护来说，此刻差流应该为0，也就是要

使高压侧二次电流经过角度补偿后为（—）/ Nct1，在

大小上应该等于主变低压侧二次电流为（—）

*Nb//Nct2，在角度上我们可以看出来方向相反。差动比较量1式与2式联立有如下绝对值恒等式：

|（—）/ Nct1|= |（—）

*Nb//Nct2|――――（差动量平衡公式）

所以有Nb= Nct2/ Nct1（ Nb为主变外部视在线电压变比（简称主变变比）

也就是以前的保护中，高低压侧CT的变比要到CT生产厂家去定做，这是为了大小（幅值）补偿，且CT变比只能补偿幅值，其保护接线如下：

其中：当IC2’与Ic2大小一样、角度相反时，经过CDJC 继电器的电流为0，CDJC继电器不会动作；当主变有问题时经过CDJC继电器的电流不会为0，大于CDJ继电器的整定值就动作。

从上图我们可以看出，高压侧CT二次角接是为了角度补偿，CT变比定做为了幅值补偿。

而低压侧CT2必须星接，这是显然的，不然就乱套了！！！！！

但是这2点都有局限：

1、CT二次角接不好接，常常会出现接错的现象；

2、CT变比定做麻烦，如果CT坏了要更换周期长。

4、新式主变差动保护原理：

现在我们用程序可以克服上面的两个局限了！！！！！！！！

我们现在用的是微机保护，它是要经过CPU处理的，而程序改变大小很容易，所以现在CT变比就不用定做了，我们可以让微机采集到的数据乘以一个系数就可以解决这个问题，这就是我们现在常常提到的平衡系数。而在角度补偿方面我们也可以通过程序来完成。我们先分析一下通过CT二次角接就可以知道程序该怎么做了。程序就是在模拟CT二次角接的效果。

传统上，高压侧CT用硬件进行二次角接后（角度补偿）：

=—，=—，

=—；―――――――――（公式1-2）

但现在高压侧CT一般为星接！！，是没有补偿效果的，所以我们用程序来补偿：（补偿高压侧部分！！！）

主变812、151、110：=(—)/，=(—

)/，=(—)/――― (公式1-3)

主变821：=—，=—，

=—；―――――（公式1-4）

在平衡系数方面（幅值补偿）：

主变812：公式1-2和公式1-3）不一样，公式1-3高压

侧角度补偿后幅值比公式1-2的大小缩小了

1.732，所以（以高压侧为基准的话）程序角度

补偿时低压侧平衡系数要比外部CT接线角度

补偿小1.732倍。

主变821：公式1-2和公式1-4一样，所以程序角度补偿

时和外部CT接线角度补偿时的平衡系数一样

大。高压侧CT为星接和角接平衡系数都是一样

的!!!!!。

大小方面的计算（以主变821为例！！！！！）：

我们在前面介绍过CT变比定做的公式如下：

（左式为高压侧，右式为低压侧！！！！！！）

|（—）/ Nct1|（我们看到没有除以，这是由WBH-821

程序决定的）= |（—）*Nb//Nct2|

现在引入平衡系数KH,KL用待定系数法配平上

述公式如下：

(KH=1)*|（—）/ Nct1|= KL*|（

—）*Nb//Nct2|

KH——为主变高压侧平衡系数，一般都为1（其他

侧补偿高压侧。）；

KL——为主变低压侧平衡系数，（需要被算出的关

键系数！！！！！）

Nct1——主变高压侧CT变比（原始参数）

Nb——主变高低压侧线电压比（原始参数）

Nct2——主变低压侧CT变比（原始参数）

高压侧 KH一般都为1，所以有低压侧KL=

*Nct2/ Nct1/Nb（这是主变821的，主变812

的见后文！！！！其他主变保护装置型号的情况

根据上面介绍的去计算）。

例1：主变为Y/D11，35/10.5KV。高压侧CT星接，变比300/5。

低压侧CT星接，变比800/5。计算高低

压侧平衡系数。

一般来说都是把高压侧平衡系数设置为1，KH=1。其他侧补

偿高压侧。定值以高压侧下定值。

主变821：低压侧平衡系数 KL=（（* Nct2）/ Nct1）

/Nb=(（*(800/5)）/(300/5))/(35/10.5)=1.385

主变812(151)：低压侧平衡系数KL= （Nct2 /Nct1）/Nb= ((800/5) /(300/5))/(35/10.5)=0.8

KH——为主变高压侧平衡系数，一般都为1（其他侧

补偿高压侧。）；

KL——为主变低压侧平衡系数，（需要被算出的关键

系数！！！！！）

Nct1——主变高压侧CT变比（原始参数）

Nb——主变高低压侧线电压比（原始参数）

Nct2——主变低压侧CT变比（原始参数）

例2：主变为Y/D11，35/10.5KV。高压侧CT角接（不同于

例1!!!），变比300/5。低压侧CT星接，

变比800/5。计算高低压侧平衡系数。

一般来说都是把高压侧平衡系数设置为1，

KH=1。定值以高压侧下定值。

主变821：低压侧平衡系数 KL= （（* Nct2）/ Nct1）/Nb=（（*(800/5)）/(300/5)）/(35/10.5)=1.385

主变812 (151)：低压侧平衡系数KL=（（* Nct2）/ Nct1）/Nb= 1.385(注：定值是例1星接的倍)

5、主变比率差动：

当低压侧母线发生故障时，主变的CT很有可能饱和，而且高低压侧的饱和程度不一样，这样就形成了差电流；

当差电流大于差动定值时，主变差动就动作了，这是属于

误动作，因为这时的故障不是由差动来保护的。

对于上面的情况，我们程序采用的是比率差动，把区外故障时差流大的情况闭锁掉。

区内故障时：高压侧流入主变，为正；低压侧流入主变，

为正，或者流出主变为负，但是电流小。

区外故障时：高压侧流入主变，为正；低压侧流出主变，

为负；

比较：区内故障差流相对大，制动电流相对小；

区外故障差流相对小，制动电流相对大。

根据这种情况我们可以采取措施：当（差流/制动电流）相对大时差动可以动作；当（差流/制动电流）相对小时差动不可以动作，这就是差动保护的比率制动。

6、二次谐波制动:

在主变空投的时候（系统中主变空投不允许先合低压侧，都是先合高压侧），这个时候只有高压侧有电流，保护装置将会采到差流，如果主变容量大时，高压侧的充电电流将会很大，则差流也大，很有可能就达到差动定值了；

这样主变就没法送电了。所以这个时候我们得想办法不让差动动作。根据现场测试，发现主变空投时二次谐波相对比较大（一般正常运行的时候没有二次谐波），根据这个特点，我们设置了二次谐波制动，如果二次谐波大的话就不让差动动作。

7、差流越限：

按我们上面的分析，从理论上来说主变正常运行时，差流是为0的，但是实际上不是这样的，还有不少因数影响差流大小：

1、主变可以调档位，相当于改变主变的变比，而我

们设置平衡系数的时候与主变变比有关；当你调档

时，主变变比变了，而平衡系数没有变，这样就会

形成差流；

2、CT有误差，这样也会影响差流；

差流越限的目的有2个：

1、检查所有影响差流因数的总和是否太大；

2、负荷小的时候还可以检查差动保护的接线是否

有错；

容量大的主变空投的时候，充电电流存在的时间较长，

有可能有2到3秒，所以差流越限的延时设置最好大于

等于3秒。

8、差流速断：

当主变发现严重故障时，差流将会很大，这种故障要快速切除，所以设置了差流速断保护，其保护动作时间为20多毫秒，而差动一般为30毫秒左右。而且CT断线闭锁不了它，因为如果正常时出现CT断线也不可能有这么大差流，所以CT断线不闭锁差流速断。

10、三圈变压器：

三圈变压器实际上是两圈变压器的合成，其保护原理与两圈变一样。平衡系数的计算方法和两圈变一样（把它分解为两个两圈变计算！！！！！！）。

812主变装置平衡系数：(针对应城天鹅变Y/Y/D11三圈变压器)

高压侧 KH=1，

中压侧 KM=(Nctm/Nb1)/Ncth或着Nctm/( Nb1*Ncth)或着

(Nctm/Ncth)/ Nb1(注解：符号‘/’代表除

法，符号‘*’代表乘法。三个算式等价。)

( 请注意除法运算与乘法不同，不满足结

合律，一定要先计算括弧内的再计算括弧

外的，下同)

低压侧KL= (Nctl/Nb2)/Ncth =

Nctl/( Nb2*Ncth)= (Nctl/Ncth)/ Nb2(注

解：符号‘/’代表除法，符号‘*’代表乘

法。)

KH——为主变高压侧平衡系数，一般都为1；

KM——为主变中压侧平衡系数，

KL——为主变低压侧平衡系数

Ncth——主变高压侧CT变比

Nctm——主变中压侧CT变比

Nctl——主变压低侧CT变比

Nb1——主变高对中压侧线电压比

Nb2——主变高对低压侧线电压比

11、821主变保护装置于812主变保护装置的区别：

1、程序角度补偿时改变幅值大小不一样，如公式1-3

和公式1-4；

2、平衡系数的计算公式不一样；并且812中不可选则

高压测CT接线方式，因此采用812装置时CT必须星

接!!!!!!

3、三圈及以上变压器可用主变812，两圈变压器用主

变821或812装置保护；

4、液晶显示不一样，812显示的高低压侧电流为入装

置的电流角度补偿后乘以平衡系数，821的为入装置

的电流；

二、主变差动保护试验：（试验前请把检查CT是否接、，CT的

变比、精度确认等工作做好）

1、零漂校验：不加电流时看装置内显示的数据是否在误

差范围内；如果太大，把外部电流接线全部拆除，然后再

看是否在误差范围内（因为外部接线上有可能受别的干扰

了），这是满足要求则说明我们的保护装置没有问题；

2、刻度校验：分别从高中低压侧各相加入电流，与装置

采集的电流比较，检查其误差范围；如果偏大可以修改装

置里面的设置，把通道系数稍微修改一下（偏大就改小点，偏小就改大点）；

3、差流速断：（同时校验CT断线不能闭锁它）

812保护装置：分别从主变高中侧二次（Y/Y./D主变）加

入单相电流，使（I*本侧平衡系数/大于差

流速断定值）；或则从低压侧二次加入单相电

流，使（I*本侧平衡系数大于差流速断定值）；

821保护装置：分别从高低压侧加入单相电流，使（I*本

侧平衡系数大于差流速断定值）；

4、一般的差动（校验差动定值）：

812保护装置：分别从主变高中压侧二次（Y/Y./D主变）加入单相电流，在保证I*本侧平衡系数/小于最小

制动电流的前提下，使I*本侧平衡系数/大于最小

动作电流；或者从主变低压侧二次（Y/Y./D主变）加

入单相电流，在保证I*本侧平衡系数小于最小制动电

流的前提下，使I*本侧平衡系数大于最小动作电流；

821保护装置：分别从高低压侧加入单相电流，在保证（I*本侧平衡系数）/2小于最小制动电流的前提下，使I*

本侧平衡系数大于最小动作电流；如果定值里面CT

接线设置为Y/Y时，加入A相电流，可能报A相差动

动作或者C相差动动作，或者A、C相差动动作，因为

程序要补偿，参照前面的公式1-4；如果定值里面CT

接线设置为D/Y时，加入A相电流，只报A相差动动

作。

5、比率差动（校验制动系数）：

812保护装置有几种方法如下：

⑴、高（或者中）对低压侧差动：

从主变（Y/Y0/D11）高压侧A相加入电流I1，使I1/

大于最小制动电流定值，初始角度为0度，低压侧A

相加入电流大小为I1/，初始角度为180度，低压

侧C相加入电流大小为I1/（把C相差动），初始角

度为0度；然后让低压侧A相电流变小（在快要动作

的时候变化的步长不要太大，最好是0.02或者0.05，

因为电流差一点对制动系数的计算影响很大），角度不

变，当小到一定程度的时候A相差动就会动作了，这

样就得到了1个动作点。

改变I1的大小同时重复上面的试验，又可以计算出多个动作点，把这些点连接起来就成了一条直

线，看其斜率和制动系数的差是否符合要求。

⑵、高对中压侧差动：

从主变（Y/Y0/D11）高压侧A相加入电流I1，使I1/

大于最小制动电流定值，初始角度为0度，中压侧A 相加入电流大小为I1，初始角度为180度，然后让中压侧A相电流变小（在快要动作的时候变化的步长不要太大，最好是0.02或者0.05，因为电流差一点对制动系数的计算影响很大），角度不变，当小到一定程度的时候A或者C相或者AC两相差动就会动作了，这样就得到了1个动作点。

改变I1的大小同时重复上面的试验，又可以计算出多个动作点，把这些点连接起来就成了一条直线，看其斜率和制动系数的差是否符合要求。

821保护装置有几种方法如下：

⑴、定值里面CT接线设置为Y/Y（指的是高压测）时：

从主变（Y/D11）高压侧A相加入电流I1,初始角度为0度，低压侧A相加入电流I2，初始角度为180度，低压侧C相加入电流I1，初始角度为0度（不让C相差动动作）；使（I1-I2）大于最小差动定值，（I1+I2）/2远大于最小制动电流定值。然后同时把高压侧A相电流、低压侧A相电流、低压侧C相电流

变小，变化的步长一样，当（I1+I2）/2小到一定程

度的时候差动就会动作了，这样就得到了一个动作点；

改变（I1-I2）的大小，重复上面的试验，又可以得到多个动作点，把这些动作点连接起来就成了一条直

线，，看其斜率和制动系数的差是否符合要求。

注意：这种方法有可能刚开始就会动作，因为试验仪器没有加到设定值时是动态的，不过加到稳定后是可

以复归的。

⑵、定值里面CT接线设置为D/Y（指的是高压测）时：

从主变（Y/D11）高压侧A相加入电流I1,初始角度为0度，低压侧A相加入电流I2，初始角度为180

度，使（I1-I2）大于最小差动定值，（I1+I2）/2远

大于最小制动电流定值。然后同时把高压侧A相电流、

低压侧A相电流变小，变化的步长一样，当（I1+I2）

/2小到一定程度的时候差动就会动作了，这样就得到

了一个动作点；

改变（I1-I2）的大小，重复上面的试验，又可以得到多个动作点，把这些动作点连接起来就成了一条

直线，看其斜率和制动系数的差是否符合要求。

6、二次谐波制动（校验二次制动系数）：

⑴、试验仪器好的话可以用试验仪器的合成试验项（就

是试验仪器本身根据你的设置把基波电流和二次谐波

电流同时从试验仪器的某相电流输出），

⑵、如果试验仪器做的不准确，可以换一种方法，从试

验仪器的A相输出基波电流，从试验仪器的B相输出二

次谐波电流，把试验仪器的A、C两相并联接入装置的

某相电流；

首先加入的最大二次谐波电流大于（最大基波电流*二次谐波制动系数），同时满足差动的动作条件，然后把

二次谐波电流变小，当小于（最大基波电流*二次谐波制

动系数）的时候差动就会动作了；

7、差流越限：

分别从高中低压侧加入电流，使差流大于差流越限定值，

经过整定延时告警。

8、CT断线及闭锁差动保护：

参照第6页CT断线原理。

三、常见问题实练：(非常重要！！！！！)

1、我们的821主变保护装置（保护Y/D11的主变）在不

修改程序的条件怎么保护Y/Y0和Y/D/1的主变？

答：1）、对于Y/Y0的主变（高低压侧CT都为Y/Y接线）只要改变保护装置里面的定值就可以了，把CT接线形式设为1（Y/D接线），平衡系数的计算公式不在是原来

的KL=Nct2/Nct1/Nb，而是KL=Nct2/Nct1/Nb。

2）、对于Y/D1的主变（高低压侧CT都为Y/Y接线）