石 凱 郝鳳霞

（內(nèi)蒙古北方聯(lián)合電力公司海勃灣發(fā)電廠(chǎng)，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件。因此合理的配置變壓器的保護(hù)裝置對(duì)于變壓器安全、可靠的運(yùn)行是十分重要的。

1 變壓器縱差保護(hù)基本原理

變壓器具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)KCL基本定理，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備無(wú)故障時(shí)恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。

當(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部本身發(fā)生故障時(shí)，短路點(diǎn)成為一個(gè)新的端子，此時(shí)電流大于0，但是實(shí)際上在外部發(fā)生短路時(shí)還存在一個(gè)不平衡電流。事實(shí)上，外部發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)橥獠慷搪冯娏鞔?，非凡是暫態(tài)過(guò)程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵(lì)磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)使得變壓器兩側(cè)互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動(dòng)特性的原理，外部短路電流越大，制動(dòng)電流也越大，繼電器能夠可靠制動(dòng)。

另外，由于縱差保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其動(dòng)差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護(hù)的正確靈敏動(dòng)作，必須對(duì)其回路中的不平衡電流進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生的原因，采取措施予以消除。

2 不平衡電流產(chǎn)生的原因

2.1 勵(lì)磁涌流的影響

變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，它的勵(lì)磁電流只流過(guò)變壓器的電源測(cè)，因此，通過(guò)電流互感器反映到差動(dòng)回路中就不能被平衡。在正常情況下，變壓器勵(lì)磁電流不過(guò)為變壓器額定電流的2%～3%；在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流也相應(yīng)減少，其影響就更小。在實(shí)際整定時(shí)可以不必考慮。

但是，在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能產(chǎn)生數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，其數(shù)值可達(dá)變壓器額定電流的6～8倍。勵(lì)磁涌流中含有大量的非周期分量和高次諧波分量。勵(lì)磁涌流的大小與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向以及鐵芯的特性有關(guān)。若正好在電壓最大值時(shí)合閘，則不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，而只有正常時(shí)的電流。但對(duì)于三相變壓器而言，由于三相電壓相位不同，無(wú)論在任何瞬間合閘，至少有兩相要出現(xiàn)程度不同的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流可分解成各次諧波，以二次諧波為主，同時(shí)在勵(lì)磁涌流波形中還會(huì)出現(xiàn)間斷角。

2.2 繞組連接方式不同的影響

變壓器各側(cè)繞組的連接方式不同，如雙繞組變壓器采用Y，d接線(xiàn)，三繞組變壓器采用Y，y，d接線(xiàn)時(shí)，各側(cè)電流相位就不同。這時(shí)，即使變壓器各側(cè)電流互感器二次電流大小能相互匹配，但不調(diào)整，相位差也會(huì)在差動(dòng)回路中產(chǎn)生很大的不平衡電流。

2.3 實(shí)際變比與計(jì)算變比不同的影響

由于電流互感器選用的是定型產(chǎn)品，其變比都是標(biāo)準(zhǔn)化的，很難與通過(guò)計(jì)算得出的變比相吻合，這樣就會(huì)在主變差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流。

2.4 改變調(diào)壓檔位引起的不平衡電流

電力系統(tǒng)中帶負(fù)荷調(diào)整變壓器分接頭是調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的重要手段。改變調(diào)壓檔位實(shí)際上就是改變變壓器的變比。而差動(dòng)保護(hù)已按照某一變比調(diào)整好，當(dāng)分接頭改換時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡電流流入差動(dòng)回路。此時(shí)不可能再用重新選擇平衡線(xiàn)圈匝數(shù)的方法來(lái)消除這個(gè)不平衡電流，這是因?yàn)樽儔浩鞯姆纸宇^是經(jīng)常在改變，而差動(dòng)保護(hù)的電流回路在帶電時(shí)是不可能進(jìn)行操作的。因此，對(duì)由此產(chǎn)生的不平衡電流，通常是根據(jù)具體情況提高保護(hù)動(dòng)作的整定值加以克服。

2.5 型號(hào)不同產(chǎn)生的不平衡電流

由于變壓器各側(cè)電流互感器的型號(hào)不同，它們的飽和特性和勵(lì)磁電流就不相同，因此，在差動(dòng)回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。

3 變壓器縱差保護(hù)中不平衡電流的克服方法

3.1 電流互感器變比產(chǎn)生的不平衡電流

3.1.1 采用自耦變流器進(jìn)行補(bǔ)償。通常在變壓器一側(cè)電流互感器裝設(shè)自耦變流器，將LH輸出端接到變流器的輸入端，當(dāng)改變自耦變流器的變比時(shí)，可以使變流器的輸出電流等于未裝設(shè)變流器的LH的二次電流，從而使流入差動(dòng)繼電器的電流為零或接近為零。

3.1.2 利用中間變流器的平衡線(xiàn)圈進(jìn)行磁補(bǔ)償。通常在中間變流器的鐵心上繞有主線(xiàn)圈即差動(dòng)線(xiàn)圈，接入差動(dòng)電流，另外還繞一個(gè)平衡線(xiàn)圈和一個(gè)二次線(xiàn)圈，接入二次電流較小的一側(cè)。適當(dāng)選擇平衡線(xiàn)圈的匝數(shù)，使平衡線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁勢(shì)能完全抵消差動(dòng)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁勢(shì)，則在二次線(xiàn)圈里就不會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，因而差動(dòng)繼電器中也沒(méi)有電流流過(guò)。采用這種方法時(shí)，按公式計(jì)算出的平衡線(xiàn)圈的匝數(shù)一般不是整數(shù)，但實(shí)際上平衡線(xiàn)圈只能按整數(shù)進(jìn)行選擇，因此還會(huì)有一殘余的不平衡電流存在，這在進(jìn)行縱差保護(hù)定值整定計(jì)算時(shí)應(yīng)該予以考慮。

3.2 變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流

對(duì)于由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流可以通過(guò)改變LH接線(xiàn)方式的方法來(lái)克服。對(duì)于變壓器Y形接線(xiàn)側(cè)，其LH采用△形接線(xiàn)，而變壓器△形接線(xiàn)側(cè)，其LH采用Y形接線(xiàn)，則兩側(cè)LH二次側(cè)輸出電流相位剛好同相。但當(dāng)LH采用上述連接方式后，在LH接成△形側(cè)的差動(dòng)一臂中，電流又增大了3倍，此時(shí)為保證在正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路中沒(méi)有電流，就必須將該側(cè)LH的變比擴(kuò)大3倍，以減小二次電流，使之與另一側(cè)的電流相等。

3.3 變壓器外部故障暫態(tài)穿越性短路電流產(chǎn)生的不平衡電流

在變壓器外部故障的暫態(tài)過(guò)程中，使縱差保護(hù)產(chǎn)生不平衡電流的主要原因是一次系統(tǒng)的短路電流所包含的非周期分量，為消除它對(duì)變壓器縱差保護(hù)的影響，廣泛采用具有不同特性的差動(dòng)繼電器。

對(duì)于采用帶速飽和變流器的差動(dòng)繼電器是克服暫態(tài)過(guò)程中非周期分量影響的有效方法之一。根據(jù)速飽和變流器的磁化曲線(xiàn)可以看出，周期分量很輕易通過(guò)速飽和變流器變換到二次側(cè)，而非周期分量不輕易通過(guò)速飽和變流器變換到二次側(cè)。因此，當(dāng)一次線(xiàn)圈中通過(guò)暫態(tài)不平衡電流時(shí)，它在二次側(cè)感應(yīng)的電勢(shì)很小，此時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流很小，差動(dòng)繼電器不會(huì)動(dòng)作。

另外，采用具有磁力制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器。這種差動(dòng)繼電器是在速飽和變流器的基礎(chǔ)上，增加一組制動(dòng)線(xiàn)圈，利用外部故障時(shí)的短路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，使繼電器的起動(dòng)電流隨制動(dòng)電流的增加而增加，它能可靠地躲開(kāi)變壓器外部短路時(shí)的不平衡電流，并提高變壓器內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度。因此，繼電器的啟動(dòng)電流隨著制動(dòng)電流的增大而增大。通過(guò)正確的定值整定，可以使繼電器的實(shí)際啟動(dòng)電流不論在任何大小的外部短路電流的作用下均大于相應(yīng)的不平衡電流，變壓器縱差保護(hù)能可靠躲過(guò)變壓器外部短路時(shí)的不平衡電流。

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