变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干问题探讨

本文阐述了变压器差动保护中电流互感器(TA)及其联接组的若干技术问题的重要性。对这些问题给出了 所采用的解决方法：利用数学方法解决TA联接组的匹配；针对TA饱和的附加稳定区判别法；电流电压量综 合判别法识别TA二次电路断线或短路问题；加强保护的人机接口功能避免TA的相序、极性和接地问题。
关键词：电流互感器TA；TA联接组；TA饱和

Discussion of several questions of the current transformer (TA) and connection group of its secondary circuit in the transformer differential protection

QUAN Xian-jun

(Yantai Dongfang Electronics Information Industtry Co.,Ltd,Yantai 264000,China)

Abstract: This paper proposes the important of several questions of the current transformer (TA) and connect group of it's secondary circuit in the transformer differential relay.The solution about them is introduced:adopt math method to solve the mismatch of TA connect group;the method of add-on stabilization area distinguish TA saturation; the integration method of current and voltage distinguish the break and short of TA secondary circuit; The question of phase sequence and polarity and earth are avoided by stronger HMI.
Key words: current transformer(TA);TA connect group;TA saturation;break and short

0 引言
电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。
作为电力变压器的主保护之一的变压器差动保护历来得到广大保护同行们的重视，对其主要保护原理的研究已经相当有成果。但是对于其电流互感器(TA)及其联接组的若干问题尚留有进一步探讨的余地，如：(1) 变压器各侧TA联接组的变比匹配 和相位修正；(2) TA饱和时的对策；(3) TA二次电路断线或短路时的对策；(4) TA的相序、极性和接地问题等。
这些问题处理的不好也会直接影响变压器差动保护的可靠工作，降低保护性能。特别是现在大量采用的微机型变压器差动保护，由于具有了更加强大的数据处理、计算、逻辑判断等软件功能，更应该很好处理和解决这些问题。本文针对这些问题并通过长期在变压器保护方面的研究、设计和应用中的体会，对变压器差动保护中变压器各侧电流互感器 TA及其联接组的若干问题专门作了探讨。

1 电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正
一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器各侧电流互感器TA的二次电流不会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线组别以及变压器各侧的电流互感器TA的变比和接线等情况有关。因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑下列各项因素，使得经过合理匹配的各侧电流才能进行比较。这些因素主要是：1) 变压器各侧的电压等级，包括分接头情况；2) 变压器各侧的电流互感器情况及其接线方法；3) 变压器Y-△接线下造成的电流相位角差；4) 变压器Y接线绕组侧的中性点接地情况；5) 变压器△侧有无接地故障零序电流电源。
常规的变压器差动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题，这里不再赘述。目前，微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以数学方法来实现匹配各种变压器和其电流互感器TA的变比，以及被保护变压器接线组别形成的相位差。不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。
一般情况下，微机型变压器差动保护装置可以采用如下的数学表达式模拟变压器各侧电流的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式。其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：

式中： [IOUT]为匹配后的该侧电流I_a、I_b、I_c的矩阵；K_n为该侧变比平衡系数； [A]为该侧相位平衡系数的矩阵； [I_IN]为该侧输入装置的电流I_A、I_B、I_C的矩阵；
如果采用零序电流补偿方式，其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：

式中：[I₀]为该侧零序电流的矩阵；K₀为该侧零序变比平衡系数。
例如，对于如图1所示的变压器接线情况，如果设定输入微机型变压器差动保护装置的变压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器 TA均为星形接法，且同名端均在变压器的外侧，那么保护装置电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式可以采用如下两种方式：

方式一，变比匹配和相位修正按照无零序补偿的常规方式。按照式(1)确定的各侧编程矩阵方程如下：

方式二，有零序补偿的方式。它的各侧编程矩阵方程按照式(2)和式(1)确定如下：

它们之间的区别主要是：方式一符合常规使用方式，应用经验丰富；方式二对于变压器一次侧的接地故障灵敏度较方式一好；方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输入的电流没有相关合成，因此对于变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况可能比方式一好些；方式二的缺点是需要输入保护装置接地侧的零序电流，应用经验不够丰富。
通过以上分析和在实际应用中的体会，采用纯数学方法依靠软件实现电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式带来的好处是：可靠性高、方式灵活、不受环境影响、经济性好、修改方便等。但是，在应用中一定要注意选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平衡系数本身放大保护的采样值影响保护工作。