1 引言
二次谐波制动变压器差动保护，是目前大型变压器内部故障的主要保护，有着比较丰富的现场运行经验[1]。但随着变压器容量的不断增大和电网电压等级的提高，二次谐波制动的变压器差动保护存在的不足也日益显现，主要表现在：对于Y0/△接线变压器，由于在Y0侧的CT二次电流流向差动回路的是两相电流之差，空载合闸于带有匝间短路变压器时，非故障相的励磁涌流可能会将保护闭锁，直至涌流衰减得足够低时，才能将故障变压器切除。另一方面，在超高压输电线路中，由于线路分布电容存在以及电网中日益增多的无功补偿装置的影响，使得变压器内部故障时，故障电流中也存在着各种谐波分量，当二次谐波分量比例足够大时，保护被制动，直至此谐波分量衰减得足够低时，才能开放保护，使变压器动作的时间延长，这种延时可达0.1~0.2s[2]。间断角原理是目前使用较多的另一种变压器主保护实现方案，当采用微机技术实现该原理时，主要通过计算采样的点数得到间断角，这就造成了间断角差动保护原理在实际工程应用中的一些困难：一是对AD采样的精度要求很高；二是对采样频率要求较高。正因为基于二次谐波和间断角制动原理的变压器保护在性能上越来越难以满足对大型和超大型变压器保护的要求，因此继电保护工作者不断地提出了一些新的变压器保护原理。但多种原理之间的协同工作和相互配合却研究不多。
本文主要研究多判据综合的变压器差动保护及其实现，其重点是基于多种继电保护判据的多层次联合故障判断。2 多判据综合变压器差动保护思想2.1 概述 电力系统继电保护对故障信息进行提取、综合、分析，以判断电力设备及线路是否发生故障或计算故障点位置，它是一个信息综合利用的过程。电力系统故障过程非常复杂，影响因素多，会因系统故障初始状态不同而表现出不同的物理特征，从而使电力系统的故障信息具有一定的冗余性、互补性和不确定性。传统的基于单个保护继电器或单一判据的保护装置，能有效利用的信息量有限，不足以提供对各种故障的广泛准确检测。由于继电保护实时性强，要求故障发生后瞬时动作，在计算机技术没有高度发展的条件下，难于在故障瞬间对故障信息进行综合处理。目前DSP处理器在继电保护中的推广，为深层次的信息综合技术在继电保护领域中的应用提供了可能。2.2 多判据综合变压器差动保护的主要判据 传统的变压器主保护，都是由一种主要原理而构成的，如二次谐波制动的变压器差动保护或基于间断角的变压器差动保护，基于多判据综合思想的变压器差动保护，由多个相对独立的保护判据组成。本文的变压器差动保护判据配置如下：
（1）采样值差速断保护；
（2）虚拟三次谐波制动相量差动保护；
（3）采样值差动保护；
（4）二次谐波制动相量差动保护；
（5）故障分量虚拟三次谐波制动相量差动保护；
（6）故障分量采样值差动保护；
（7）五次谐波及U/f过激磁闭锁；
（8）CT断线闭锁。
各判据主要原理：
（1）采样值差流速断保护
采样值差流速断保护的判据为
式中 ii为第i支路电流的采样值；iset为差速断整定值；n为支路数。
保护启动后采样值的6点中如有4点满足式(1)则保护动作。采用基于采样值的差速断判据，可以提高抗CT饱和的能力。
（2）虚拟三次谐波制动相量差动保护
为了克服二次谐波制动变压器差动保护的动作速度满足不了大容量变压器要求的不足，装置采用了变压器差动保护新的制动判据，即虚拟三次谐波制动新判据。
由于变压器铁心磁化特性的非线性，在变压器空载合闸时会产生励磁涌流，励磁涌流大小受合闸前的剩磁和合闸时刻电压的初相角等因素影响。励磁涌流波形呈现明显的非对称性，在前半周内表现为尖顶波的特性，依据这一特征，以此半周采样数据为基础将波形平移半周后翻转，则波形为奇对称波形，如图1所示。波形中三次谐波含量较大，而且在对称性涌流时经虚拟后的波形也含有较大的三次谐波。因此在采用分相制动方式时，它可以避免二次谐波制动原理在对称性涌流下因一相谐波过低而引起的差动保护误动。当变压器发生内部故障时，其波形基本为正弦波，无论以半周还是全周数据窗进行分析，三次谐波含量均较小，由此可区分出变压器内部故障和励磁涌流。
虚拟三次谐波在实际的涌流中是不存在的，它是涌流前半周尖顶波经平移反相后虚拟构成的一个奇对称波形，这种虚拟波形中所含的三次谐波，被称之为虚拟三次谐波。
由于虚拟三次谐波制动仅使用工频半周期信息，因而其数据窗短于二次谐波制动，其动作速度要快于二次谐波制动相量差动保护。
三次谐波制动的相量差动保护判据为
式中 Ii为第i支路电流相量值；K1为制动系数；Id0为最小动作电流；Ir0为制动电流拐点；n为支路数。
计算差流中的虚拟三次谐波与虚拟基波幅值之比K31=Iv3/Iv1是否大于整定值，若大于整定值则制动差动，K31一般不大于20%，通常取15%。
经过差分滤直和连续判别等处理后，虚拟三次谐波制动差动保护发跳闸令时间为启动后12ms。
（3）采样值比例差动保护
采样值差动保护由折线式制动特性组成，动作判据为
式中 K1为制动系数；n为支路数；id0为最小动作电流。其动作特性如图2所示。
相量差动保护的动作量和制动量，在消除非周期分量和谐波的影响后，相量的幅值或有效值基本是恒定的，因而在稳态过程中，其制动特性不会因数据窗的移动而发生变化。采样值差动保护则以瞬时采样值直接构成差动判据，因而其动作量和制动量都是随时间而变化的，其制动关系也是不恒定的，致使有一些采样点的制动效果好，另一些点的制动效果较差[3-4]。为保证保护动作的正确性，采用重复多次的判别方法，即连续 R 次采样中有S 及以上次满足式(3)，才输出动作信号。理论分析表明，当S的取值大于四分之一个周期时，在区外故障时采样值差动保护的制动效果等于或优于常规相量差动。在实际应用中除满足S>N/4（N为每周期的采样点数）这一基本条件外，S的选取还应考虑被保护对象的特点，对于变压器保护重点要考虑的就是励磁涌流和CT饱和问题。由于励磁涌流波形在一个周期内存在间断角，会导致有一些采样点满足不了采样值差动动作条件，而内部故障时仅在过零点附近使采样值差动条件不满足，因而通过选择合适的S，R值，采样值差动保护可运用于变压器的保护而且不需要另加谐波闭锁。此外即使在CT饱和非常严重的情形下，CT在过零点附近都有一段线性传变区，从而使差流满足动作条件的点数达不到S值，保护不会误动，这表明采样值差动保护抗CT饱和的能力要强于常规相量差动保护。对于每周波20点采样的变压器保护，可取R =16，S =13。
采样值差动保护，由于其所用数据窗比全周相量差动短，又具有自动识别励磁涌流的能力，因此保护出口速度快。因取S=13，所以采样值差动保护最快出口时间是启动后13ms。
（4）常规二次谐波制动相量差动保护
其判据为
