变压器纵差保护不平衡电流分析王洪玲

变压器纵差保护不平衡电流分析王洪玲

王洪玲

(云峰发电厂吉林集安134200)

摘要：本文在阐述变压器纵差保护基本原理的基础上，对纵差保护不平衡电流进行了分析，并提出了变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法。

关键词：变压器;纵差保护;不平衡电流

1、前言

纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择性好，在变压器保护上运用较为成功。但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素，变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。

2、变压器纵差保护基本原理

纵差保护在发电机上的应用比较简单，但是作为变压器内部故障的主保护，纵差保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据KCL基本定理，当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必等于各流出电流之和。如图1所示：

当被保护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新的端子，此时电流大于0，但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流。事实上，外部发生短路故障时，因为外部短路电流大，非凡是暂态过程中含有非周期分量电流，使电流互感器的励磁电流急剧增大，而呈饱和状态使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致，而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能够可靠制动。

另外，由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电流，使纵差保护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差保护的正确灵敏动作，必须对其回路中的不平衡电流进行分析，找出产生的原因，采取措施予以消除。

2.纵差保护不平衡电流分析

2.1稳态情况下的不平衡电流

2.1.1两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流。

由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性、励磁电流也就不同，因此在差动回路中产生的不平衡电流也就较大。这种不平衡电流是不可避免的，只能靠尽可能减少电流互感器铁芯的饱和程度来消弱它的影响。

为此应严格按照电流互感器的10%误差曲线选择二次负载，负载小了等于降低了二次电压，也就降低了电流互感器的磁感应强度，减弱了铁芯饱和程度，相应地也就减少了不平衡电流。

2.1.2计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流。

由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是，实际上由于两侧电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是一定的，三者的关系很难满足的要求，因而在差动回路中会产生不平衡电流。

解决这个问题的方法：一是采用自耦变流器进行补偿。二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数，但实际上平衡线圈只能按整数进行选择，因此还会有一残余的不平衡电流存在，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。

2.1.3变压器两侧电流相位不同而产生。

由于变压器通常采用Yd11的接线方式，其两侧电流的相位相差30°。此时，假如两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同会在纵差保护回路产生不平衡电流。

为了消除这种不平衡电流的影响，将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器接成星形，这样可以使二次电流的相位相同，如图2所示。

2.1.4变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流。

在电力系统中，经常采用有载调压变压器，在变压器带负荷运行时利用改变变压器的分接头位置来调整系统的运行电压。改变变压器的分接头位置，实际上就是改变变压器的变化nB。如果纵差保护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好，则当变压器分接头改变时，其变比会改变，此时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能用改变整定值的方法来消除这个不平衡电流，这是因为变压器的分接头经常在改变，而差动保护的电流回路在带电的情况下是不能进行操作的。它与电压调节范围有关，也随一次电流的增大而增大。在整定计算时，对这一不平衡电流也要予以考虑。

2.2暂态情况下的不平衡电流

2.2.1由变压器励磁涌流产生的不平衡电流。

变压器的励磁电流IL仅流经变压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来不利影响。正常情况下，变压器的励磁电流很小，一般不超过额定的2%～6%，故纵差保护回路的不平衡电流也很小。在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小，它的影响就更小了。因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响经常可忽略不计。但是，在电压忽然增加的特殊情况下，例如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下，则可能出现很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的数值很大的变压器励磁电流通常称励磁涌流。励磁涌流的存在会导致纵联差动保护误动作。

励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁芯性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。

励磁涌流具有以下特点：

①包含有很大成分的非周期分量，使涌流偏于时间轴的一侧；

②包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；

③波形之间出现间断。

根据以上特点，在变压器纵联差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：

①鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别。励磁涌流的相邻波形是不连续的，因而出现了间断角。间断角的大小与合闸瞬间电压的初相角有关，当间断角大于预先给定的整定值时，可认为出现了励磁涌流，此时将纵联差动保护闭锁，防止其误动作。

②利用二次谐波制动。在励磁涌流的作用下，差动回路中含有很大成份的二次谐波电流，因此从差动电流回路中滤出二次谐波，采用二次谐波作为制动量，可有效的防止出现励磁涌流造成保护的误动作。

2.2.2由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡电流。

纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此，必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。在变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。

3.结束语

以上就是变压器纵联差动保护不平衡电流产生的原因及解决的方法，在现场实际应用中，对这些问题加以注意避免不平衡电流的产生，避免差动保护的误动作。

作者简介：王洪玲，女，本科学历，吉林省集安市云峰发电厂，工程师。