姜越

（北京局集团有限公司石家庄供电段  石家庄 056002 ) 

        摘要：牵引变电所差动保护是牵引变压器的主保护，在变压器内部及引出线发生故障时，能无延时迅速动作，使变压器高低压两侧断路器跳闸，断开其电源。变压器合闸时会产生励磁涌流，保护区外短路会产生不平衡电流，为了避免误动，差动保护都采用了二次谐波闭锁和比率制动的方法。在日常的变压器差动保护校验和检修时，比率制动系数和比率制动拐点的测试一直是比较棘手的难点。本文理论结合实际介绍了牵引变压器差动保护比率制动系数和制动拐点的试验方法和计算。

       关键词：差动保护  比率制动系数  比率制动拐点  试验计算

       Abstract:The differential protection of traction substation is the main protection of traction transformer. When there is a fault in the transformer and the lead-out line, the differential protection of the traction substation can act rapidly without delay, so that the circuit breakers on both sides of the transformer are tripped to disconnect the power supply.When the transformer is closed, the inrush current will be generated, and the short circuit outside the protection zone will generate unbalanced current. In order to avoid misoperation, the differential protection adopts the method of second harmonic locking and ratio braking.In the daily transformer differential protection check and maintenance, the rate of braking coefficient and rate of brake inflection point test has been more difficult.The theory of this paper combines the actual introduction of the differential protection rate of traction transformer braking rate and braking inflection point of the test methods and calculations.Keywords: differential protection  Ratio braking factor  Ratio Braking inflection point  Test calculation.

        Key words: differential protection; ratio braking coefficient; ratio braking point; test calculation.

       差动保护是铁路牵引变电所变压器的主保护，它的可靠性与精确性直接关系到牵引供电系统的安全运行。日常检修试验时，对差动保护的比率制动特性进行校验是必不可少的项目。由于当前所用继保测试仪器不同相的电流输出只能同时增加或同时减少相同步长的量，使得比率差动试验实现起来比较困难，每次都要花费大量的时间。在使用既有仪器的前提下，总结一套行之有效的计算和试验方法，可以大大减少测试时间，提高工作效率。

1 比率差动保护原理

       牵引变压器差动保护是反应变压器内部及引出线故障，并根据所测得的差流值大小来确定是否动作的一种保护装置。

差动保护把被保护的电气设备也就是变压器看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流（注：变压器一侧电流要经过折算）相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

       差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流(折算后的电流)相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧(或三侧)向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。

        差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器。

        为了避免差动保护范围外部故障时，在变压器内部产生的不平衡电流引起差动保护误动作，牵引变电所差动保护普遍采用了带有比率制动的差动保护，简称比率差动保护。

1.1比率差动特性

       如下图所示，当差动保护范围外发生故障时，穿越电流较大，差动不平衡电流增大，制动电流随之增大，这样差动保护范围外发生故障时，就可以防止差动保护误动作。

图1 比率制动特性曲线

1.2比率差动保护判据

式中：

          Icd——差动电流

          Izd——制动电流

          Idz——差动电流整定值

          I1——制动电电流I段整定值

          I2——制动电流Ⅱ段整定值

          K1——I段比率制动系数

          K2——Ⅱ段比率制动系数

1.3比率差动三段动作说明

当制动电流小于I1时，只要差动电流大于设定的定值，这时保护就会动作出口。

当制动电流在I1与I2之间时，差动出口值按照Icd≥Idz+ K1(Izd－I1) 斜线变化。

 当制动电流大于I2时，差动出口值按照Icd≥Idz+K1(I2－I1) +K2（Izd－I2） 斜线变化。

2 差动保护接线及高低压侧电流平衡关系

由于三相V/V变压器在铁路牵引供电系统中应用广泛，所以我们下面以220kV三相V/V变压器差动保护为例，介绍它的接线与高低侧电流平衡关系。

2.1三相V/V变压器差动保护接线

如图2所示：CT1采集变压器220kV侧三相电流值，CT2采集变压器27.5kV侧两相电流值，高低两侧采集的电流同时引入差动保护装置。差动保护装置按照220kV侧与27.5kV侧的电流平衡关系计算对应相的差动电流和制动电流，与设定值比较后确定是否发跳闸命令。

变压器主保护

图2三相V/V变压器差动保护接线图

2.2三相V/V变压器差动保护电流平衡关系

为了便于表达，将变压器220kV侧引入保护装置的电流统一用表示。将变压器27.5kV侧引入保护装置的电流折算到变压器220kV侧的电流用I。a、I。b、I。c表示。则

Kph为平衡系数，对于三相V/V变压器，原边为110kV时Kph=4 nT1 /nT2，原边为220kV时Kph=8 nT1 / nT2。

其中，nT1—变压器高压侧CT变比

          nT2—变压器低压侧CT变比

以京广高铁邯郸段为例，变压器一次侧电压为220kV，流互CT1变比为400/1，流互CT2变比为2500/1，则A相的电流平衡关系是I(。)a =1/1.28I(。)α。

2.3 三相V/V变压器差动电流及制动电流计算公式

差动电流为：

制动电流为：  

以A相差动为例，由以上各式可得：

3  比率制动系数的测试及计算

下面以京广高铁邯郸段的三相V/V接线变压器的A相差动的测试为例，介绍比率制动系数K1的测试及计算方法。

3.1测试原则说明

图3 比率差动拐点及比率制动系数示例图

如图3中所示1、2两点。

由公式：K1=（Icd2-Icd1）/（Izd2-Izd1）  

式中， Icd1、Izd1是第1个点的差动值与制动值，Icd2、Izd2为第2个点的差动值与制动值。

可知：考虑测试误差的因素，1、2两个测试点离得越远，所求得的K1值越精确，误差越小。

3.2测试方法

为了提高测试效率，减少测试时间，我们可以先计算出1、2两点的理论值。

3.2.1 测试点1理论值计算

设测试点1的制动值为Izd1=0.69A，K1=0.4。则差动值Icd1=0.55＋（0.69－0.59）×0.4=0.59A。将其代入下列式中

可得=0.985A，低侧I(。)α=0.505A。

3.2.2测试点1的测试

参考理论计算值，在端施加电流1.1A，在I(。)α端施加电流0.6A，此时差动保护装置应该不动作。以步长0.01A同步减少与I(。)α端电流，至差动保护装置动作，记录测试点1的实际动作值Icd1、Izd1。

3.2.3测试点2的理论值计算

设测试点2的制动值为Izd2=1.4A，则差动值Icd2=0.55＋（1.4－0.59）×0.4=0.874A。将其代入下列式中

可得=1.837A，低侧I(。)α=1.233A。

3.2.4测试点2的测试

      同样，参考理论计算值，在端施加电流1.9A，在  I(。)α 端施加电流1.3A，此时差动保护装置应该不动作。以步长0.01A同步减少与I(。)α端电流，至差动保护装置动作，记录测试点2的实际动作值Icd2、Izd2。

3.2.5实测值制动系数K1的计算

将实测值Icd1、Izd1 、Icd2、Izd2代入下列式中

     可得出实测K1的值。

     3.2.6测试K2的方法与测试K1的方法类似，不再重复介绍。

因为目前所使用仪器的功能限制，不能够通过两路电流一升一降的办法使制动值固定，也不能通过按平衡系数的比例关系进行同升同降使差动值固定，所以只能采用计算边界值再用临近边界值检测的方法去鉴定差动保护装置的比率制动系数正确与否。

4 比率制动拐点的测试

      鉴于继保仪的功能限制，采取以下方法对比率制动拐点进行测试。第一步计算测试点值，第二步施加边不动作缘电流，第三步施加动作边缘电流。我们将其简称为“三步成”法。

     4.1测试示意图及说明

     如图所示，点a和点b差动值相等，当施加电流使差动值、制动值在点b时，因为在制动区，装置应不动作。当施加电流使差动值、制动值在点a时，经过第一拐点，进入动作区，装置应动作。同理，施加电流在点d时，装置应不动作，经过第二拐点在点c时，装置应动作。

图4 拐点测试示意图.

4.2 点a、b、c、d施加电流值的计算

设点a差动值为0.56A，制动值为0.58A，将其代入式子

    可得=0.86A，低侧  I(。)α=0.384A。按照此方法，再依次算出b、c、d点的应加电流。然后用仪器向装置施加计算电流值，b、d两点应不动作，a、c两点应动作。

4.3实测拐点值的确定

经过以上测试验证，我们就可以认为点b与点a之间存在拐点1，点d与点c之间存在拐点2。取b、a两点制动值的中间数为第一实测拐点值，取d、c两点制动值的中间数为第二拐点的制动值。

5 结束语

按本文介绍的牵引变电所差动保护测试方法，在现场得到了广泛应用。节约了检修试验的时间，提高了生产效率。同时，本文还可以做为综自厂家测试比率差动系数及拐点的参考。

参考文献：

 [1] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].第二版.成都:西南交通大学出版社,2007

[2] 刘学军.继电保护原理［M］.北京:中国电力出版社,2004

[3] 宋荣书等.牵引变电所运行与维护[M].中国铁道出版社,2015.

作者简介：

姜越，北京局集团有限公司石家庄供电段检修车间，高级技师，主要研究方向是牵引变电所检修试验。  

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编辑：编辑部