变压器三侧差动保护装置和两侧差动保护装置的区别、选型方案

变压器差动保护装置按能接入几侧电流,分成三侧差动和两侧差动两种。很多采购方看招标文件里写的"主变差动""变压器纵差保护",分不清到底该配哪种。判断的根源其实在变压器本身,双绕组变压器配两侧差动装置,三绕组变压器配三侧差动装置。本文把两种装置从原理到选型一次讲透,让你拿到变压器铭牌就能定下差动保护装置的方案。

变压器差动保护装置的保护对象是变压器,而变压器本身分双绕组和三绕组两大类。双绕组变压器有两个电压等级出口,最常见于配电和新能源升压,比如 10kV/0.4kV 站用变、35kV/0.8kV 光伏箱变;三绕组变压器有三个电压等级出口,多在枢纽变电站和大型电厂使用,比如 110kV/35kV/10kV、220kV/110kV/10kV 主变,中压侧用来带地区负荷或电网联络。

要把握的关键是:差动保护靠比较各侧电流来判断变压器内部是否故障,有几个电压等级出口,就要接入几侧电流。双绕组变压器只有高压、低压两侧电流要比较,用两侧差动装置;三绕组变压器的高、中、低三侧电流都要参与比较,用三侧差动装置。绕组数和接入侧数是对应的,不能乱配。

两侧差动装置只在高压侧和低压侧各装一组电流互感器,把低压侧电流按变比折算到高压侧后与高压侧电流做差。它能覆盖高压侧套管、高压绕组、低压绕组的内部故障,但对三绕组变压器的中压绕组和中压侧套管完全没有监视能力。如果硬把两侧差动装置用在三绕组变压器上,中压绕组内部发生故障,差动装置根本感受不到,保护范围出现大片盲区。

三侧差动装置则在高、中、低三侧各接入一组电流互感器,三侧电流同时参与差流计算。任一侧绕组或套管发生匝间、相间、单相接地故障,只要该侧电流出现异常增大或不平衡,装置就能灵敏判别并出口跳闸。三侧差动是把中压侧纳入保护范围的关键,这正是它和两侧差动最根本的差异所在。

简单说,两侧差动保护的是"高—低"一个端口回路,三侧差动保护的是"高—中—低"整台三绕组变压器。选错装置,就等于把中压绕组裸奔,这是工程上的大忌。

从装置本身的实现看,两种差动在电流接入和平衡处理上有明显差别。两侧差动装置需要的高压、低压两路电流通道,电流端子少,接线简单,通常用两组电流互感器,整定只需要处理高压对低压一个平衡关系。

三侧差动装置要接入高压、中压、低压三路电流,电流通道多、端子也多,需要三组电流互感器分别引到装置。整定时要分别算出高、中、低三侧的二次平衡电流,以高压侧为基准,中压侧和低压侧各设一个平衡系数,由装置在内部完成三侧的幅值补偿和转角平衡。平衡系数算错任何一侧,正常运行就会出现较大差流,严重时保护误动。

三侧差动的接线方式整定也更复杂,要根据绕组实际的联结组别(如高压侧 Y、中压侧 d、低压侧 y)选对装置内部的转角算法。选错联结组别,差动在区外故障时可能误动,在区内故障时可能拒动,对电网影响很大。两侧差动因为只有一组 Y/Δ 转角关系,出错概率相对低一些。

把两种差动装置的差别列成表格,便于采购和设计对照选用:

实际工程里,双绕组变压器占了绝大多数,所以两侧差动装置应用最普遍;三绕组变压器只在特定电压等级结构中才出现,三侧差动装置的应用面相对窄,但一旦用到,两侧装置无法替代。

选型方案的核心就一句话:跟着变压器的电压等级组合走。双绕组变压器,选两侧差动装置即可,成本低、接线简单、整定省事;三绕组变压器,必须选三侧差动装置,保证中压侧也在差动保护范围内。下单时把变压器是两绕组还是三绕组、各侧额定电压、额定容量写清楚,厂家才能配出正确的差动通道。

有几个细节要提醒。一是三绕组变压器各侧容量可能不等,差动整定以容量最大侧为基准计算平衡电流,接入差动的其它分支也应统一按这个容量处理。二是确认中压侧是否要带负荷或并网,如果中压侧只是接在电网之间,更要保证三侧差动完整覆盖。三是三绕组主变通常配主后备一体的保护装置,差动之外的高后备、低后备、中后备要按各侧分别配置,选型时要一并考虑,别只盯着差动。

验收时重点查三件事:各侧 CT 变比和平衡系数是否按实际整定、联结组别是否选对、差动速断能否躲过空载合闸涌流。做空载合闸试验如果差动误动,先查谐波制动系数,再复核接线方式。传动试验要在每一侧分别加电流模拟区内故障,确认三侧差动在各侧都能正确出口,不能只测一侧就判定合格。动作波形可由故障录波记录核对,故障录波屏里保存的录波数据正是查验差动动作时序的依据。

最后提醒一句:判断差动保护该用几侧,本质是判断变压器绕组数和接线结构,而不是看差动装置本身能接几路电流。把变压器一次结构摸清,选型就不会跑偏。关于差动整定中平衡系数与涌流躲过的方法,变压器差动保护一文有更细的说明,可对照参考。

三侧差动和两侧差动保护装置的选择,归根到底看主变是双绕组还是三绕组。双绕组配两侧,三绕组配三侧,把各侧电压容量、联结组别、后备配置一起梳理清楚,选型和验收都能少走弯路。如需针对具体主变参数做差动保护装置选型和差动定值方案,可联系我公司技术团队,电话/微信同号,我们提供选型与整定技术支持。