摘要：根據(jù)對變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)，提出變壓器應配置的保護類型。通過對勵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保護可靠性的措施，并用實例說明上述措施是正確有效的，據(jù)此設計開發(fā)出的裝置經(jīng)試驗和現(xiàn)場運行證明，其靈敏度和可靠性都得到顯著提高。

　　關(guān)鍵詞：變壓器 差動保護 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)量越來越多，其單體價值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴重后果，所以對變壓器保護動作的可靠性有更高的要求。近年來，110KV變壓器保護正確動作率一直徘徊在70％～80％之間（1999年66.99%, 2000年75.12%，2001年82.54%，2002年74.77%），遠低于線路保護的正確動作率，因此迫切需要對變壓器保護進一步發(fā)展與完善?！?】【2】

　　2、變壓器故障的類型及應配置的保護【3】

　　變壓器的運行故障主要有兩類：（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、絕緣套管閃絡或破碎引起的單相接地（通過外殼）短路等。變壓器故障會導致不正常工作狀態(tài)，主要表現(xiàn)在：外部短路或過負荷產(chǎn)生過電流、油箱漏油造成油面降低、中性點過電壓、因外加電壓過高或頻率降低引起過勵磁等。

　　根據(jù)變壓器的故障狀態(tài)，應裝設下述保護：（1）瓦斯保護－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；（2）縱聯(lián)差動保護和電流速斷保護－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，包括過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序過電流保護－防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和差動保護的后備；（4）零序電流保護－防止大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路；（5）過負荷保護－防止變壓器對稱過負荷；（6）過勵磁保護－防止變壓器過勵磁。【4】

　　3、變壓器的勵磁涌流及變壓器差動保護【5】

　　當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，因鐵心飽和及存在剩磁會出現(xiàn)很大的勵磁電流即勵磁涌流，其特點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)不同的勵磁涌流，它對變壓器差動保護的正確動作有不利影響，而在穩(wěn)態(tài)運行及差動范圍外發(fā)生故障時則影響不大。

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

　　從電路上看，變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個節(jié)點，變壓器差動保護原理建立在穩(wěn)態(tài)磁路平衡的基礎(chǔ)上，是差動保護原理的一種拓展。在暫態(tài)過程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過程衰減后，原先的平衡關(guān)系才能重新建立，因此需要檢測這種暫態(tài)。變壓器差動保護中的關(guān)鍵問題是如何處理勵磁涌流導致的誤動，目前常用的涌流閉鎖方法有二次諧波制動、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。勵磁涌流是一次系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和衰減直流分量疊加磁鏈的激勵下，作用于非線性勵磁特性的電流輸出。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數(shù)分析的一個離散幅值譜。在保護的數(shù)字信號處理中，將衰減的直流分量在時間上截斷并進行了周期延拓，導致產(chǎn)生成了離散的幅度譜，混疊到了原來的幅度譜中，影響了二次諧波分量的大小，給二次諧波制動原理的差動保護帶來了困難。

　　4、變壓器差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因及消除方法【6】

　　從理論上講，變壓器在正常運行和區(qū)外故障時，應該有Ij=I1"- I2"=0。然而，由于變壓器在結(jié)構(gòu)和運行上的特點，實際運行中很多因素使Ij= Ibp≠0，（Ibp為不平衡電流），即當保護范圍內(nèi)無故障時也存在不平衡電流，這些不平衡電流有可能引起保護誤動。對不平衡電流產(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：

　?。?）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

　　我國規(guī)定的五種變壓器標準聯(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，要使差動保護不誤動就要設法調(diào)整CT二次回路的接線和變比以進行相位校正，使電源側(cè)和負荷側(cè)的CT二次電流相差1800且大小相等，這樣就能消除Y/D-11變壓器接線對差動保護的影響。其它方式依此類推。

　　（2）因CT計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生不平衡電流

　　由于各側(cè)的CT變比都是標準的，如：600/5、800/5、1000/5、1200/5等，變壓器的變比也是一定的，很難完全滿足或的要求，即Ij≠0，產(chǎn)生Ibp，此時差動回路就有不平衡電流流過使保護可能誤動。通常利用差動繼電器的平衡線圈進行磁補償來消除或減小這個差值，即用平衡線圈彌補實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。

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

　　因各側(cè)CT型號不同，其結(jié)構(gòu)形式、飽和特性、勵磁電流（歸算到同側(cè)）、傳變特性等也就不同。因此正常運行情況下差動回路中產(chǎn)生在兩臂的不平衡電流較大：Ibp.CT =Ktx?Ker?Id.max/ nl1（其中Ktx =1），會影響保護正確動作。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，也有可能影響變壓器差動保護的正確動作。所以應采用CT同型系數(shù)為1的互感器以滿足10％誤差曲線的要求，并在整定計算中予以考慮。