摘要：根據(jù)對(duì)變壓器故障類(lèi)型和不正常工作狀態(tài)，提出變壓器應(yīng)配置的保護(hù)類(lèi)型。通過(guò)對(duì)勵(lì)磁涌流及不平衡電流產(chǎn)生的原因、抑制及消除方法的分析，提出了提高變壓器差動(dòng)保護(hù)可靠性的措施，并用實(shí)例說(shuō)明上述措施是正確有效的，據(jù)此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的裝置經(jīng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明，其靈敏度和可靠性都得到顯著提高。

　　關(guān)鍵詞：變壓器 差動(dòng)保護(hù) 可靠性

　　1、緒言

　　電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成元件之一，在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有極其重要的作用。由于電網(wǎng)中變壓器數(shù)量越來(lái)越多，其單體價(jià)值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴(yán)重后果，所以對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作的可靠性有更高的要求。近年來(lái)，110KV變壓器保護(hù)正確動(dòng)作率一直徘徊在70％～80％之間（1999年66.99%, 2000年75.12%，2001年82.54%，2002年74.77%），遠(yuǎn)低于線路保護(hù)的正確動(dòng)作率，因此迫切需要對(duì)變壓器保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展與完善。【1】【2】

　　2、變壓器故障的類(lèi)型及應(yīng)配置的保護(hù)【3】

　　變壓器的運(yùn)行故障主要有兩類(lèi)：（1）油箱內(nèi)部故障－包括各相繞組之間的相間短路、單相繞組部分線匝之間的匝間短路、單相繞組或引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障、鐵心燒損等；（2）油箱外部故障－包括引出線的相間短路、絕緣套管閃絡(luò)或破碎引起的單相接地（通過(guò)外殼）短路等。變壓器故障會(huì)導(dǎo)致不正常工作狀態(tài)，主要表現(xiàn)在：外部短路或過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生過(guò)電流、油箱漏油造成油面降低、中性點(diǎn)過(guò)電壓、因外加電壓過(guò)高或頻率降低引起過(guò)勵(lì)磁等。

　　根據(jù)變壓器的故障狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)下述保護(hù)：（1）瓦斯保護(hù)－防止變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低，其中重瓦斯跳閘、輕瓦斯發(fā)信號(hào)；（2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)－防止變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路；（3）相間短路的后備保護(hù)，包括過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)－防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備；（4）零序電流保護(hù)－防止大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路；（5）過(guò)負(fù)荷保護(hù)－防止變壓器對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷；（6）過(guò)勵(lì)磁保護(hù)－防止變壓器過(guò)勵(lì)磁。【4】

　　3、變壓器的勵(lì)磁涌流及變壓器差動(dòng)保護(hù)【5】

　　當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，因鐵心飽和及存在剩磁會(huì)出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流，其特點(diǎn)是含有很大成分的非周期分量、含有大量的高次諧波分量且以二次諧波為主、波形之間有間斷，其大小和衰減時(shí)間與外加電壓、鐵芯剩磁大小與方向、回路阻抗、變壓器容量和鐵芯性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于三相交流變壓器，由于三相之間相差1200，所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵(lì)磁涌流，它對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作有不利影響，而在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及差動(dòng)范圍外發(fā)生故障時(shí)則影響不大。

　　差動(dòng)保護(hù)是用某種通信通道將電氣設(shè)備兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)接起來(lái)，并將兩端電氣量比較來(lái)判斷保護(hù)是否動(dòng)作，其基礎(chǔ)是基爾霍夫定律。根據(jù)該定律，保護(hù)范圍內(nèi)流入與流出的電流應(yīng)該相等（變壓器歸算到同側(cè)）。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，其流入與流出的電流不等，差動(dòng)保護(hù)就根據(jù)這個(gè)不平衡電流動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，有很高的動(dòng)作選擇性和靈敏度，以其優(yōu)越的保護(hù)性能成為大容量、高電壓變壓器的主保護(hù)，缺點(diǎn)是在勵(lì)磁涌流情況下容易誤動(dòng)。

　　從電路上看，變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)原理建立在穩(wěn)態(tài)磁路平衡的基礎(chǔ)上，是差動(dòng)保護(hù)原理的一種拓展。在暫態(tài)過(guò)程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過(guò)程衰減后，原先的平衡關(guān)系才能重新建立，因此需要檢測(cè)這種暫態(tài)。變壓器差動(dòng)保護(hù)中的關(guān)鍵問(wèn)題是如何處理勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的誤動(dòng)，目前常用的涌流閉鎖方法有二次諧波制動(dòng)、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱(chēng)原理等。勵(lì)磁涌流是一次系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和衰減直流分量疊加磁鏈的激勵(lì)下，作用于非線性勵(lì)磁特性的電流輸出。衰減的直流分量在頻域中是用傅立葉分析的一個(gè)連續(xù)的密度譜，而穩(wěn)態(tài)交流分量在頻域上是用傅立葉級(jí)數(shù)分析的一個(gè)離散幅值譜。在保護(hù)的數(shù)字信號(hào)處理中，將衰減的直流分量在時(shí)間上截?cái)嗖⑦M(jìn)行了周期延拓，導(dǎo)致產(chǎn)生成了離散的幅度譜，混疊到了原來(lái)的幅度譜中，影響了二次諧波分量的大小，給二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)帶來(lái)了困難。

　　4、變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因及消除方法【6】

　　從理論上講，變壓器在正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，應(yīng)該有Ij=I1"- I2"=0。然而，由于變壓器在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上的特點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行中很多因素使Ij= Ibp≠0，（Ibp為不平衡電流），即當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)無(wú)故障時(shí)也存在不平衡電流，這些不平衡電流有可能引起保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)不平衡電流產(chǎn)生的原因及消除方法分析如下。

　　穩(wěn)態(tài)情況下不平衡電流產(chǎn)生的原因有：

　　（1）因各側(cè)繞組的接線方式不同造成電流相位不同而產(chǎn)生不平衡電流

　　我國(guó)規(guī)定的五種變壓器標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組中，35kV Y/D-11雙繞組變壓器常被使用。這種聯(lián)結(jié)方式的變壓器兩側(cè)電流相差300，要使差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)就要設(shè)法調(diào)整CT二次回路的接線和變比以進(jìn)行相位校正，使電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的CT二次電流相差1800且大小相等，這樣就能消除Y/D-11變壓器接線對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。其它方式依此類(lèi)推。

　　（2）因CT計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生不平衡電流

　　由于各側(cè)的CT變比都是標(biāo)準(zhǔn)的，如：600/5、800/5、1000/5、1200/5等，變壓器的變比也是一定的，很難完全滿(mǎn)足或的要求，即Ij≠0，產(chǎn)生Ibp，此時(shí)差動(dòng)回路就有不平衡電流流過(guò)使保護(hù)可能誤動(dòng)。通常利用差動(dòng)繼電器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償來(lái)消除或減小這個(gè)差值，即用平衡線圈彌補(bǔ)實(shí)際變比與理想值之差，使兩臂電流差接近零，從而消除或盡量減小不平衡電流。

　　（3）因各側(cè)CT型號(hào)不同而存在變換誤差產(chǎn)生不平衡電流

　　因各側(cè)CT型號(hào)不同，其結(jié)構(gòu)形式、飽和特性、勵(lì)磁電流（歸算到同側(cè)）、傳變特性等也就不同。因此正常運(yùn)行情況下差動(dòng)回路中產(chǎn)生在兩臂的不平衡電流較大：Ibp.CT =Ktx?Ker?Id.max/ nl1（其中Ktx =1），會(huì)影響保護(hù)正確動(dòng)作。在外部故障因某一側(cè)CT飽和而產(chǎn)生大量的不平衡電流時(shí)，也有可能影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作。所以應(yīng)采用CT同型系數(shù)為1的互感器以滿(mǎn)足10％誤差曲線的要求，并在整定計(jì)算中予以考慮。