0 引言

在高压变压器差动保护动作后，对保护装置进行故障数据验证，有助于全面了解故障发展情况和保护装置的运行状态。高压变压器差动保护涉及两个及以上分支数据，通用的三相或六相源继电保护测试仪难以满足故障数据验证的需要。南瑞继保电气有限公司提供的检验差动小程序，仅适用于两个分支的三相正相序或单相测试，无法验证故障时各分支相位、幅值的不同情况。又因变压器各侧接线方式、额定电压、额定电流、TA变比等参数不同，而且南瑞继保电气有限公司生产的985B变压器保护装置（以下简称南端958B）中变压器差动保护使用变斜率比率差动保护的方式，导致差动保护计算复杂，加上故障时刻数据量大，使得人工验算较为困难^[1-2]。因此，本文通过对南瑞985B变压器变斜率比率差动保护原理进行分析，提出使用Excel程序来验证差动保护故障数据的方法。

1 南瑞985B变压器差动保护原理 1.1 变压器差动保护原理

变压器差动保护是反映变压器各侧电流差而快速动作的保护，依据变压器在正常运行或外部故障时，各侧电流折算后向量和为零；内部故障时，电流向量和不为零的原理^[3-5]。

实际应用中，由于变压器各侧电流互感器的特性不完全一致，在正常运行或外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流流过，因此引入变斜率比率差动保护^[6-9]。比率制动原理就是使差动电流定值随制动电流的增大而提高，使制动电流定值在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用，而在内部故障时，制动作用最小。采用比率制动原理可以防止外部故障时差动保护误动作^[10-11]。

南瑞985B变压器变斜率比率差动保护的动作方程如公式（1）—（2）所示：

(1)

(2)

式中：I_d为差动电流，A；I_r为制动电流，A；I_{cd qd}为差动电流启动定值；I_e为额定电流，A；K_bl为比率差动制动系数；K_blr为比率差动制动系数增量；K_bl1为起始比率差动斜率，定值范围为0.05~0.15，一般取0.10；K_bl2为最大比率差动斜率，定值范围为0.50~ 0.80，一般取0.70；n为最大斜率时的制动电流倍数，固定取6^[12]。

对于发电机-变压器组、主变压器差动，I₁ — I₅为差动各侧电流，差动保护范围可通过调试软件进行设置；对于高压厂用变电器差动，I₁、I₂、I₃分别为高压侧、低压侧A、B分支电流，I₄和I₅未定义；对于励磁变压器差动，I₁、I₂分别为励磁变压器高压侧、低压侧电流，I₃、I₄和I₅未定义。

1.2 相位校正

由于变压器本身各侧绕组的接线方式不同，流入变压器差动保护的各侧电流也必然达不到简单的平衡条件。为确保变压器差动保护在正常运行或外部故障时流入差动保护的电流向量和为0，必须进行相位校正^[13-17]。

南瑞985B要求变压器各侧电流互感器二次均采用星形接线，其二次电流直接接入保护装置。变压器各侧TA二次电流相位由软件自调整。

以YD－11变压器接线方式为例，南端985B采用Y→Δ变化调整差动电流平衡，其校正方法如下。

对于Y侧电流：

(3)

(4)

(5)

式中：I_A、I_B、I_C为Y侧TA U、V、W三相二次电流，A；I′_A、I′_B、I′_C为校正后的各相电流，A。

对于Δ侧电流：

(6)

(7)

(8)

式中：I_a、I_b、I_c为Δ侧TA U、V、W三相二次电流，A；I′_a、I′_b、I′_c为校正后的各相电流，A；I₀为零序电流，A。

1.3 各侧幅值计算

考虑到变压器各侧容量、电压等级、电流互感器变比不同，南瑞985B配置的主变压器、高压厂用变压器差动保护均是以差动各侧的电流标幺值计算的，即各侧的电流标幺值=各侧电流÷各侧额定电流。

综上所述，南瑞985B变压器差动保护涉及变压器多侧电流，难以用通用的三相或六相源继电保护测试仪进行故障数据验证，而且差动保护采用变斜率和Y侧相位补偿，人工计算验证困难。

2 应用Excel程序计算设计 2.1 自动计算模块设计 2.1.1 幅值校正

利用Excel公式编辑器，根据变压器容量、各侧电压等级、电流互感器可自动计算出变压器各侧额定二次电流值。如计算高压侧U相二次额定电流时，公式为。

为了简化计算程序，Y侧幅值校正时要考虑相位校正时的系数1.732。因此，使用Excel计算变压器某侧故障时刻电流，首先需判断变压器该侧是否为Y型，如果是，将该电流折算为：；如果否，则该电流折算为：。

通过上述计算即可完成变压器各侧电流幅值校正工作。

2.1.2 相位校正

变压器差动二次回路接线与南端985B差动回路说明中的极性可能存在相反情况，在故障数据复核时应考虑某侧TA极性反接的情况。因此在Excel中设置一个极性判别值，该值加上电流角度得到极性修正后的数值。当变压器某侧TA极性正常时，极性判别值为0，否则为180°。

依据南瑞985B变压器差动保护说明，得出各类接线钟点数的变压器Y侧电流相位校正关系，如表 1所示^[18-23]。

变压器各侧电流经幅值和极性修正后，利用Excel根据变压器联结组别、变压器钟点数，按照表 1即可进行相位校正。如高压侧U相校正时，在Excel内公式可编辑为“=IF（高压侧为Y，if（钟点数>6，I′_A = I_A - I_B，I′_A = I_A - I_C），校正后的幅值）”。

2.1.3 分相差动电流值、差动计算值、制动电流值的计算

变压器各侧电流经幅值、相位校正后，使用Excel按照公式（1）和（2），进行差动保护公式编辑，从而完成变压器分相差动电流值、分相差动计算值、分相制动电流值的计算。

2.2 自动计算模块使用步骤

基于Excel的变压器差动保护自动计算模块使用步骤如下：

（1）输入变压器各侧参数，包括变压器额定容量、额定电压、电流互感器变比、电流互感器极性等参数；

（2）依据保护定值设定差动启动电流和比率制动系数；

（3）从故障录波器中读取变压器各侧故障电流的幅值、相位并填入Excel表内；

（4）输入完毕后，即可自动计算出分相差动电流值、分相差动计算值、分相制动电流值；

（5）通过对比分相差动电流值、差动计算值的大小，即可判断保护是否动作。

3 差动保护数据验证 3.1 变压器差动保护静态验证

利用Excel计算和保护装置加量的方法，验证Excel计算模型的适应性。

（1）以YD-11型变压器为例。变压器和南端985B保护装置参数为：高压侧电流2.89 A，低压侧A分支电流4.66 A，低压侧B分支电流1.86 A，差动启动值0.4 I_e，差动起始斜率0.1，最大斜率0.7，差动最大斜率时的制动电流倍数为6。将上述参数输入到Excel对应表格内，通过调整三侧电流幅值、相位后，检查Excel计算结果与保护装置显示的偏差情况，如图 1—图 2所示。

通过检查，在差动电流值和制动电流值方面，Excel计算结果与保护装置显示的最大偏差为0.02 I_e。因此判断Excel计算模型与保护装置一致，可以使用Excel计算模型进行YD-11型变压器的差动保护故障数据复核。

（2）以DY-1型变压器为例。变压器和南端985B保护装置参数为：变压器高压侧电流0.6 A，低压侧A分支电流1.16 A，低压侧B分支电流1.16 A，差动启动值0.5 I_e，差动起始斜率0.15，最大斜率0.7，差动最大斜率时的制动电流倍数为6。将上述参数输入到Excel对应表格内，通过调整三侧电流幅值、相位后，检查Excel计算结果与保护装置显示的偏差情况，见图 3—图 4所示。

通过检查，在差动电流值和制动电流值方面，Excel计算结果与保护装置显示的最大偏差为0.04 I_e。判断Excel计算模型与保护装置一致，可以使用Excel计算模型进行DY-1型变压器的差动保护故障数据复核。

3.2 故障数据检验

2021年9月，某百万机组高压厂用变压器高压侧U、W两相短路，比率差动保护动作。现对差动数据进行复核，将变压器参数、差动保护定值和故障录波器记录的故障数据填入Excel，自动计算各时刻差动计算值和差动电流值，通过对比两者大小，可自动判断出保护是否应该动作（图 5内保护状态一栏），如图 5所示。

通过检查发现，Excel计算三相差动电流计算值与南端985B保护装置显示的各相差动电流值的偏差很小；Excel通过比较三相差动计算值与差动电流值，自动判别保护动作的状态（图 5内保护状态为1时，应该动作；保护状态为0时，不应该动作）与保护装置的动作记录及故障现象一致。因此，Excel计算模型可以进行故障数据的模拟复核工作。

4 结束语

通过对南瑞985B变压器变斜率比率差动保护原理进行分析，利用Excel程序设计出一套验证差动故障数据的程序，通过自动计算故障数据，可以了解故障发展情况，判断保护动作是否正常。通过对变压器差动保护静态验证及现场故障数据的验证，确定该方法适用于差动保护故障数据验证工作，从而解决了因仪器复核故障数据困难及人工验算大量故障数据难的问题。本方案也适用于南端985T保护装置，可以为其他单位解决类似问题提供借鉴意义。