主变差动保护二次谐波制动怎么整定？空投涌流、CT饱和与制动系数取值

主变差动保护的整定里，二次谐波制动是最容易被拍脑袋定下来的一项。定值单上通常只写一个 0.15 或者 0.20，没人解释为什么是这个数，等到空投跳闸或者区外故障拒动，回头才发现取值和这台变压器的铁芯特性、CT 变比、系统阻抗都对不上。这篇文章按现场整定的顺序把这个系数拆开讲。

一、空投主变时差动保护为什么会动作

实际项目中遇到主变空投就跳闸的情况不少，多数时候装置本身没问题。合闸那一瞬间铁芯深度饱和，励磁电流只从电源侧流入，两侧 CT 一减就出来一个差流，主变差动保护看到的就是一个实打实的故障电流，幅值可以达到额定电流的 6 到 8 倍。这个电流不是短路电流，但它一样能让差动动作。

涌流的波形有三条硬特征，现场对着录波看基本不会认错。一是波形偏在时间轴一侧，正负半波明显不对称；二是每周期有间断角，二次电流在某一段区间几乎为零；三是二次谐波含量高，常规在 15% 到 40%，合闸角小、剩磁大的时候能冲到 60% 以上。

涌流衰减也有规律。小容量变压器衰减快，几个周波到十几个周波就下去了；大容量主变衰减慢，时间常数可以到 0.5 秒甚至更长，绕组合闸的那一侧涌流还会通过互感传到另一侧，形成所谓的和应涌流。和应涌流的二次谐波含量偏低，这是它最容易骗过制动判据的地方。关于三侧差动与两侧差动在判据上的差别，变压器三侧差动与两侧差动保护装置这篇里有更细的对比。

合闸角对涌流的影响在现场常被低估。合闸瞬间电压过零，铁芯磁通最偏离稳态，涌流最大；在电压峰值附近合闸，涌流可以小一半以上。三相合闸角本来就不同，三相涌流幅值差异大，这也是判断涌流的一条旁证。剩磁方向与合闸磁通同向时涌流更大，检修后做过直流电阻试验、绕组里通过直流电流的变压器，剩磁往往不小。

二、二次谐波制动比取 0.15 还是 0.20

二次谐波制动的判据是把差流里的二次谐波分量与基波分量做比值，比值超过制动比就闭锁差动。这个比值就是定值单上的那个数。取值 0.15 属于灵敏度偏高的档位，涌流二次谐波含量在 20% 以上的变压器用得住，空投误动的概率低；碰上和应涌流、或者铁芯硅钢片特性好、涌流谐波含量只有 12% 左右的变压器，这个值就会放不住。

取值 0.20 是多数 110kV 主变的常规选择，兼顾了空投和区内故障两种情况。代价是区内故障伴随 CT 饱和时，差流里也会出现二次谐波，制动比定高了会让差动延时动作甚至拒动。整定时不要只看空投试验的结果，还要回到最小运行方式下校验区内故障的灵敏度。

制动方式也要一起看。三取二或者或门制动是按相闭锁，一相满足制动条件就闭锁该相差动，抗涌流能力强，但区内故障时非故障相的谐波会把故障相一起拖住。分相制动灵敏度高，空投时容易误动。选哪种方式没有绝对的对错，要看这台主变历史上空投动作的记录。

定值最终要靠试验说话。做二次谐波制动试验时，在差流基波上叠加不同比例的二次谐波，逐档加量，记录装置闭锁与开放的临界点，与定值单核对。试验电源的谐波含量要干净，用继保测试仪的谐波输出功能，不要拿现场电压互感器二次回路取信号，那种信号本身带谐波，试验结果不可信。

还有一路判据容易被忽略，就是过励磁。变压器过电压运行时铁芯饱和，励磁电流里五次谐波含量上升，这时候靠二次谐波制动是闭锁不住的，需要五次谐波制动配合，常规取 0.20 到 0.30，动作后发过励磁告警而不是直接跳闸。

三、启动值与比例制动斜率怎么配合

差动启动值按变压器额定电流折算，常规取 0.3 到 0.5 倍额定电流。取值偏小，正常运行时的励磁电流、CT 误差、调压分接头变化都会叠进差流，轻负荷时装置就可能发差流越限告警；取值偏大，匝间短路的灵敏度不够。现场常见做法是取 0.4 倍额定电流，再按最小运行方式下的单相接地短路电流校验，灵敏系数不低于 2。

比例制动特性一般做成两段折线。第一拐点放在 0.8 到 1.0 倍额定电流，斜率取 0.3 到 0.5；第二拐点放在 3 倍额定电流附近，斜率抬到 0.7 以上，专门对付区外近端短路时 CT 严重饱和产生的差流。斜率定得太缓，区外故障容易误动；定得太陡，区内故障经过渡电阻时灵敏度不够。光纤差动保护定值怎么计算里对启动值与制动系数的计算过程有完整算例，本文的斜率取值可以对着那套方法复核。

制动电流的取法直接影响斜率的效果。两侧差动常取两侧电流的较大值，三侧差动常取各侧电流的最大值或者绝对值之和的一半。取最大值的方式在区外故障时制动量大，安全性好；取半差的方式在小电流故障时制动量小，灵敏度高。换装置或者换版本时，这一点要重新确认，不同厂家的定义不一致，照抄旧定值单会出问题。

灵敏度校验给一个现场常用的小算例。110kV 主变容量 50MVA，变比 110/10.5kV，高压侧额定电流约 262A，差动启动值取 0.4 倍即 105A。10kV 侧三相短路电流 8kA，折算到高压侧约 760A，是启动值的 7 倍，灵敏系数满足要求。10kV 侧单相接地属于小电流接地系统，故障电流只有几十安，折算后达不到启动值，这类故障本来就该由零序保护管，不要拿差动去凑。

差动速断是另一道防线，整定值要躲过空投涌流的最大值，常规取 6 到 8 倍额定电流，动作时间不设延时。有些项目为了躲涌流把速断定到 10 倍，结果区内严重故障时差动速断不动作，只能靠比率差动带延时切除，主变承受的故障时间变长。速断定值上限建议不超过 8 倍额定电流。

四、CT 饱和与励磁涌流怎么区分

区外故障时 CT 饱和引起的差动误动，是主变差动保护另一类高频问题。CT 饱和后的二次电流波形会畸变，峰值被削平，过零点提前，差流里出现大量高次谐波。这种差流的二次谐波含量不一定高，靠二次谐波制动是拦不住的，要靠波形识别或者时差判据。

现场区分两者的办法比较实用：看故障发生的时间点。涌流一定出现在合闸后的几十毫秒到几百毫秒内，只在空投操作之后出现；CT 饱和引起的差流总是跟着区外故障出现，故障切除后立刻消失。把两次录波放在一起对比，时间轴一对就清楚了。

CT 选型上有讲究。P 类保护用 CT 在稳态短路下能保证复合误差，但暂态过程中容易饱和，尤其是区外故障带非周期分量的时候。主变差动这类对暂态特性敏感的保护，220kV 及以上电压等级宜选 TPY 级，110kV 系统用 P 类时要把二次负载核算清楚，实际负载不超过额定负载的 25% 到 50%。二次回路导线截面按 2.5 平方毫米配，长度超过 200 米时要单独核算。CT 二次负载与伏安特性的核算方法，线路光纤差动保护对两侧电流互感器的技术要求里有现场可直接套用的表格。

二次负载不要只看设计值。现场用伏安特性测试仪实测 CT 二次回路的实际负载，把电缆电阻、端子接触电阻、装置输入阻抗都算进去，再与 CT 额定负载比较。实测值超过额定负载的一半，区外故障时饱和风险明显上升，处理办法是换大变比 CT、加粗二次电缆或者改用 TPY 级。改造项目尤其要测这一项，老电缆截面普遍偏小。

还有一种情况容易误判：CT 变比与装置内设置不一致。改造项目里换了 CT 没改定值、或者两侧 CT 变比不同而平衡系数没重算，正常负荷下就会有差流，负荷越大差流越大，空投时正好赶上负荷波动，装置就动作了。这类问题查起来最快，核对定值单与 CT 铭牌即可。

五、定值单落地与投产试验的核对项目

定值单下发现场之前，先做三件事：核对装置型号与版本、核对定值区、核对软压板。版本不一致时定值项的含义可能变了，曾经遇到过升级后二次谐波制动比的定义从「谐波与基波之比」改成「谐波占差流比例」，同一个 0.15 在两种定义下差了一倍的制动强度。

投产试验要覆盖四项。一是比率制动特性测试，从启动值到第二拐点逐点加量，画实测曲线与整定曲线对比；二是二次谐波制动试验，在差流里叠加 15%、20%、25% 的二次谐波，确认制动边界与定值一致；三是空投试验，用主变实际空投录波复核制动是否可靠动作；四是带负荷测试，测六角图确认各侧电流相位与幅值，差流应小于 0.05 倍额定电流。

运行阶段还有两件事值得做。每次主变空投后把录波留存归档，积累三五次就能看出这台变压器的涌流谐波含量分布，下一次整定就有依据；定值变更时同步更新定值单与装置内定值，并在台账上记录变更原因，避免几年后没人说得清这个 0.18 是怎么来的。

整套逻辑回到一句话：二次谐波制动比不是查表填数，要跟这台变压器的涌流特性、CT 的暂态能力、系统的运行方式对应起来。取值偏保守不会出事，但会让区内故障的动作时间变长；取值偏灵敏能提高速动性，代价是空投时多几次误动。把这个平衡点找准，比记住某个具体数字有用得多。

我公司在继电保护类项目中配套的主变差动保护装置，整定说明里对二次谐波制动、五次谐波制动、比例制动斜率都有分项说明，现场调试时可以按本文的顺序逐项核对。继电保护测控屏的屏柜配置与端子排定义，按项目图纸对应即可。

以上内容按现场整定的顺序整理，具体定值仍要以装置说明书和整定计算书为准，不同厂家在制动方式、制动电流取法上的定义不完全一致，套用前先核对版本。