變壓器差動保護的基本原理及邏輯圖

1、變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理蔡學(xué)坤（大地工程開發(fā)（集團）有限公司天津分公司項目設(shè)計研究院 電氣工程師）0、 引言對變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護裝置并應(yīng)符合下列規(guī)定：1) 10MVA及以上的單獨運行變壓器和6.3MVA及以上的并列運行變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。6.3MVA及以下單獨運行的變壓器，亦可裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。2) 10MVA以下的變壓器可裝設(shè)電流速斷保護和過電流保護。2MVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷靈敏系數(shù)不符合要求時，宜裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。1、變壓器縱聯(lián)差動保護的工作原理 縱差保護的原理是比較被保護設(shè)備各側(cè)電流的相位和數(shù)值的大小。其原理接線圖見圖1。2、變壓器的

2、縱聯(lián)差動保護應(yīng)符合下列要求：1) 應(yīng)能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流；2) 差動保護范圍應(yīng)包括變壓器套管及其引出線。如不能包括引出線時，應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。但在63kV電壓等級的終端變電所和分支變電所，以及具有旁路母線的電氣主接線在變壓器斷路器退出工作由旁路斷路器代替時，縱聯(lián)差動可利用變壓器套管內(nèi)的電流互感器，引出線可不再采取快速切除故障的輔助措施。 圖1：變壓器縱聯(lián)差動保護的原理接線圖 3、勵磁涌流的特點及克服勵磁涌流的方法（1）勵磁涌流： 在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下，變壓器勵磁電流的數(shù)值可達變壓器額定6

3、8倍變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。 （2）產(chǎn)生勵磁涌流的原因 因為在穩(wěn)態(tài)的情況下鐵心中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，在電壓瞬時值u=0瞬間合閘，鐵芯中的磁通應(yīng)為-m。但由于鐵心中的磁通不能突變，因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通+m，如果考慮剩磁r，這樣經(jīng)過半過周期后鐵心中的磁通將達到2m+r，其幅值為如圖2所示。此時變壓器鐵芯將嚴(yán)重飽和，可知此時變壓器的勵磁電流的數(shù)值將變得很大，達到額定電流的68倍，形成勵磁涌流。圖2：變壓器空載投入時的電壓和磁通波形圖 圖3：勵磁涌流波形 （3）勵磁涌流的特點： 勵磁電流數(shù)值很大，并含有明顯的非周期分量，使勵磁電流波形明顯偏于時間軸的一側(cè)。 勵磁涌

4、流中含有明顯的高次諧波，其中勵磁涌流以2次諧波為主。 勵磁涌流的波形出現(xiàn)間斷角。 見圖3勵磁涌流波形圖。（4）克服勵磁涌流對變壓器縱差保護影響的措施： 采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護； 利用二次諧波制動原理構(gòu)成的差動保護； 利用間斷角原理構(gòu)成的變壓器縱聯(lián)差動保護； 采用模糊識別閉鎖原理構(gòu)成的變壓器縱聯(lián)差動保護。4、 不平衡電流產(chǎn)生的原因（1）穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 變壓器兩側(cè)電流相位不同 電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此，變壓器兩側(cè)電流的相位差為30°，如下圖所示，Y側(cè)電流滯后側(cè)電流30°，若兩側(cè)的電流互感器采用相同的接線方式，則兩側(cè)對應(yīng)相的二次

5、電流也相差30°左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流。電流互感器計算變比與實際變比不同 由于變比的標(biāo)準(zhǔn)化使得其實際變比與計算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。變壓器各側(cè)電流互感器型號不同 由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側(cè)）也就不同，從而在差動回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。 變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭 變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭，是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方法，改變分接頭就是改變變壓器的變比。整定計算中，差動保護只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動保護投入運行后，在調(diào)壓抽頭改變時，一般不

6、可能對差動保護的電流回路重新操作，因此又會出現(xiàn)新的不平衡電流。不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍有關(guān)。（2）暫態(tài)情況下的不平衡電流 暫態(tài)過程中不平衡電流的特點： 態(tài)不平衡電流含有大量的非周期分量，偏離時間軸的一側(cè)。 暫態(tài)不平衡電流最大值出現(xiàn)的時間滯后一次側(cè)最大電流的時間（根據(jù)此特點靠保護的延時來躲過其暫態(tài)不平衡電流必然影響保護的快速性，甚至使變壓器縱聯(lián)差動保護不能接受）。 5、減小不平衡電流的措施（1）減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 變壓器縱聯(lián)差動保護各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器縱聯(lián)差動保護專用的D級電流互感器；當(dāng)通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時，差動保護回路的二次負(fù)荷要能滿足10%誤差的要求。（2）減小電流

7、互感器的二次負(fù)荷 這實際上相當(dāng)于減小二次側(cè)的端電壓，相應(yīng)地減少電流互感器的勵磁電流。減小二次負(fù)荷的常用辦法有：減小控制電纜的電阻(適當(dāng)增大導(dǎo)線截面，盡量縮短控制電纜長度)；采用弱電控制用的電流互感器(二次額定電流為lA)等。（3）采用帶小氣隙的電流互感器 這種電流互感器鐵芯的剩磁較小，在一次側(cè)電流較大的情況下，電流互感器不容易飽和。因而勵磁電流較小，有利于減小不平衡電流。同時也改善了電流互感器的暫態(tài)特性。 （4）減小變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流采用相位補償圖4：Yd11接線變壓器差動保護接線圖 用適當(dāng)?shù)慕泳€進行相位補償法。圖5： Y,d11接線變壓器縱聯(lián)差動保相量圖 如變壓器為Y，

8、d11接線其相位補償?shù)姆椒ㄊ菍⒆儔浩餍切蝹?cè)的電流互感器接成三角形，將變壓器三角形側(cè)的電流互感器接成星形，如圖4所示，以補償30°的相位差。圖5為星形側(cè)的一次電流和三角形側(cè)的一次電流，及其相位關(guān)系。采用相位補償接線后，變壓器星形側(cè)電流互感器二次回路側(cè)差動臂中的電流分別為（上圖紅色），它們剛好與三角形側(cè)電流互感器二次回路中的電流同相位，如圖5所示。這樣，差動回路中兩側(cè)的電流的相位相同。 數(shù)值補償 變壓器星形側(cè)電流互感器變比 變壓器三角形側(cè)電流互感器變比 軟件校正 微機保護中采用軟件進行相位校正（5）減小電流互感器由于計算變比與標(biāo)準(zhǔn)變比不同而引起的不平衡電流采用數(shù)值補償 采用自耦變流器。如

9、圖6中的（a）。 利用BCH型差動繼電器中的平衡線圈。如圖6中的（b）。 變壓器微機保護的軟件中采用補償系數(shù)使差動回路的不平衡電流為最小。圖6：（a）用自耦變流器，（b）用差動繼電器中平衡線圈（6）由變壓器兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流 在差動保護的整定計算中加以考慮。（7）由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流 在變壓器縱聯(lián)差動保護的整定計算中考慮。 在穩(wěn)態(tài)情況下，變壓器的差動保護的不平衡電流可由下式?jīng)Q定（8）減小暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響 差動保護采用具有速飽和特性的中間變流器， 選用帶制動特性的差動繼電器或間斷角原理的差動繼電器等，利用其它方法來解決暫態(tài)過程中非周期分量電流的影響問題。 6、結(jié)語：通過以上的基本分析可以加深對