張靜冉　郝變果

【摘要】變壓器是變電站最重要的電氣設(shè)備，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)至關(guān)重要，因此，它對(duì)繼電保護(hù)的要求很高，而差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，它的性能將直接影響變壓器保護(hù)的可靠工作和安全運(yùn)行，本文重點(diǎn)分析了差動(dòng)保護(hù)不平衡電流及保護(hù)種類(lèi)。

【關(guān)鍵詞】變壓器；差動(dòng)保護(hù)；不平衡電流

一、變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，是利用循環(huán)電流的原理構(gòu)成的，也就是將各側(cè)電流的相量（即大小和相位）進(jìn)行相加，其保護(hù)范圍是各側(cè)電流互感器之間的區(qū)域。因變壓器各側(cè)電流互感器以及其它諸多因素影響，在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其差動(dòng)保護(hù)回路中均會(huì)有不同程度的不平衡電流產(chǎn)生。

二、差動(dòng)保護(hù)不平衡電流分析

1、由各側(cè)電流互感器變比之間不匹配產(chǎn)生。理想情況下變壓器高、低壓兩側(cè)流入差動(dòng)回路的電流應(yīng)相等，即高、低側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比，從而使流入差動(dòng)回路的電流為零。但實(shí)際電流互感器的變比都是整數(shù)且選取的變比將受標(biāo)準(zhǔn)變比的限制，而變壓器的變比不變，因而會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。

通常利用平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償，平衡線圈通常接入二次電流較小的一側(cè)。合理選擇平衡線圈的匝數(shù)，使差動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)和平衡線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)相互抵消，二次線圈里就不會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，則在差動(dòng)繼電器中也將不會(huì)有電流流過(guò)。計(jì)算得出的平衡線圈的匝數(shù)通常不是整數(shù)，且匝數(shù)不能連續(xù)調(diào)整，因此還會(huì)存在一定的不平衡電流。

2、由變壓器兩側(cè)電流相位不同產(chǎn)生。由于變壓器繞組的接線組別不同，通常兩側(cè)相差30°角。假如各側(cè)的電流互感器仍按通常的接線方式，則二次電流相位也將相差30°角，差動(dòng)保護(hù)回路勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一定的不平衡電流。

通常采取電流互感器接線方式的不同與其相適應(yīng)。變壓器的星形接線側(cè)，其對(duì)應(yīng)的電流互感器采用三角形接線，變壓器的三角形接線側(cè)，則其對(duì)應(yīng)的電流互感器采用星形接線，如此調(diào)整后，變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)輸出電流相位將完全相同。

3、由變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)，利用有載調(diào)壓變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，是調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行電壓的一種方法。分接頭的調(diào)節(jié)改變了變壓器的變化。如果差動(dòng)保護(hù)已經(jīng)按某一運(yùn)行方式下的變比調(diào)整好，分接頭的改變將使已選電流互感器變比之間更不匹配，將會(huì)在差動(dòng)繼電器中產(chǎn)生不平衡電流。

4、由變壓器本身的勵(lì)磁涌流產(chǎn)生。勵(lì)磁電流僅流經(jīng)變壓器一次繞組的一側(cè)，正常情況下和區(qū)外故障時(shí)，變壓器的勵(lì)磁電流均很小，對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響幾乎可忽略不計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)異常，如在變壓器空載投入和外部故障切除后恢復(fù)供電時(shí)，勵(lì)磁電流可能激增，其值最大可達(dá)額定電流的6-8倍，稱(chēng)為變壓器的勵(lì)磁涌流。為確保差動(dòng)保護(hù)能躲過(guò)勵(lì)磁涌流，實(shí)際必須做空載合閘試驗(yàn)。

5、由變壓器外部故障時(shí)穿越性短路電流產(chǎn)生。變壓器外部故障的暫態(tài)過(guò)程中，一次系統(tǒng)的短路電流含有一定的非周期分量，由于它很難變換到二次側(cè)，因此主要成為互感器的勵(lì)磁電流，導(dǎo)致互感器的鐵心嚴(yán)重飽和。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)是瞬時(shí)動(dòng)作，必須充分考慮外部故障暫態(tài)過(guò)程中不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。

帶速飽和變流器的差動(dòng)繼電器，在很大程度上能躲過(guò)變壓器勵(lì)磁涌流及保護(hù)區(qū)外故障時(shí)的不平衡電流，且有較大的可靠系數(shù)，它在一次線圈中通過(guò)暫態(tài)不平衡電流時(shí)，其二次側(cè)感應(yīng)的電勢(shì)很小，流入差動(dòng)繼電器的電流極小，不會(huì)引起差動(dòng)繼電器動(dòng)作，是克服暫態(tài)過(guò)程中非周期分量對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響的有效方法。

三、差動(dòng)保護(hù)種類(lèi)及比較

1、電磁式差動(dòng)保護(hù)

電磁式繼電器構(gòu)成的變壓器差動(dòng)保護(hù)，理想情況下，在正常情況和外部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流應(yīng)為零，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。而實(shí)際上，由于空載變壓器投入、外部故障切除時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流數(shù)值很大，且勵(lì)磁涌流只存在于變壓器的一次繞組中，有可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)所用的各側(cè)電流互感器由于電壓等級(jí)不同、容量、變比、磁飽和特性等方面不一致，導(dǎo)致電流互感器之間的變比匹配可能不夠理想，由此產(chǎn)生的不平衡電流流入差動(dòng)回路，有可能引起差動(dòng)保護(hù)不正確動(dòng)作。

2、微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)

微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)由差動(dòng)電流速斷和二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)組成。另外還配置了差動(dòng)電流過(guò)大告警及CT斷線等保護(hù)功能。并針對(duì)在差動(dòng)回路CT斷線或接觸不良時(shí)差動(dòng)保護(hù)容易發(fā)生誤動(dòng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了CT斷線閉鎖功能，并可選擇閉鎖或不閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

（1）差動(dòng)電流速斷保護(hù)

差動(dòng)電流速斷保護(hù)是裝設(shè)在差動(dòng)回路內(nèi)的電流速斷保護(hù)，任一相差動(dòng)電流大于整定值時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作。裝設(shè)差動(dòng)電流速斷保護(hù)，是為了防止在比較嚴(yán)重的區(qū)內(nèi)故障情況下，由于電流互感器嚴(yán)重飽和，電流的二次波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致帶二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。

（2）比率差動(dòng)保護(hù)

由于差動(dòng)電流速斷保護(hù)的定值整定的比較大，靈敏度往往不能滿足要求，因此設(shè)置比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。使差動(dòng)保護(hù)在變壓器輕微故障時(shí)不帶制動(dòng)量，靈敏度較高。而在較嚴(yán)重的區(qū)外故障時(shí)，制動(dòng)量則相對(duì)較大，提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。為避免變壓器在空載合閘或外部短路故障切除后系統(tǒng)電壓恢復(fù)時(shí)，出現(xiàn)很大勵(lì)磁涌流對(duì)比率差動(dòng)保護(hù)的影響，設(shè)置了二次諧波閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)。由于勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波，其中以二次諧波為主，主要是利用差動(dòng)電流中二次諧波含量和基波的比值為制動(dòng)判據(jù)，若被判定為勵(lì)磁涌流，則閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)，有效防止勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。電流平衡調(diào)整就是給變壓器設(shè)置一個(gè)差動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系數(shù)，通過(guò)“差動(dòng)平衡調(diào)節(jié)”來(lái)消除不平衡的電流影響。即通過(guò)修改低壓側(cè)的比例系數(shù)平衡高壓側(cè)的二次電流，差動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系數(shù)的調(diào)節(jié)使比率差動(dòng)保護(hù)對(duì)電流互感器變比不一致誤差等因素的影響幾乎可忽略。變壓器差動(dòng)保護(hù)的移相任務(wù)可通過(guò)高壓側(cè)電流互感器Y/△調(diào)整，也可投控制字交給軟件計(jì)算。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)變壓器不平衡電流的分析及微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的分析和探討，進(jìn)一步表明采用微機(jī)差動(dòng)保護(hù)可有效避免外部短路時(shí)的不平衡電流和勵(lì)磁涌流造成的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)已發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)階段，我國(guó)的微機(jī)保護(hù)的研究和制造均已居于國(guó)際先進(jìn)水平，隨著對(duì)電網(wǎng)及二次改造的不斷深入，變電站將全部實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)，變壓器保護(hù)的可靠工作和安全運(yùn)行將得到保證和進(jìn)一步提高。