吳萬輝

（江門市錦江水庫(kù)工程管理處）

論電力變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)主保護(hù)

吳萬輝

（江門市錦江水庫(kù)工程管理處）

變壓器的作用是來升高或者降低電壓，使其達(dá)到某個(gè)特定需要的值。繼電保護(hù)裝置是能夠保護(hù)電氣設(shè)備，而且同時(shí)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的裝置。在實(shí)際電網(wǎng)中繼電保護(hù)整定方案的合理有效的制定，裝配合理的保護(hù)裝置，才能保證電網(wǎng)有保障的運(yùn)行。變壓器是電力系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵元件，是連接電力系統(tǒng)的關(guān)鍵橋梁，它的故障帶來的影響是巨大的，將對(duì)供電可靠性和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來不可估量的影響。變壓器一旦發(fā)生各類故障和不正常運(yùn)行時(shí)，是非常危險(xiǎn)的，將對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行就會(huì)造成很大的威脅。為了保證變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，少產(chǎn)生故障甚至不產(chǎn)生故障，對(duì)變壓器裝配的繼電保護(hù)裝置的要求必須是性能良好，動(dòng)作安全可靠的繼電保護(hù)裝置。

變壓器；主保護(hù)；差動(dòng)保護(hù)

1 電力變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)

變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)，主要有以下幾種情形：變壓器外部線路發(fā)生短路故障，使得電流快速變大，從而引起變壓器的過電流；變壓器工作負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過額定容量運(yùn)行，從而帶來的變壓器過負(fù)荷；變壓器風(fēng)扇故障，不能及時(shí)的散熱；以及變壓器漏油引起的變壓器冷卻能力的下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間如果過久，就會(huì)使得繞組和鐵心過熱，繞組和鐵心就有可能被燒壞，這對(duì)變壓器來說是非常危險(xiǎn)的。對(duì)于那些中性點(diǎn)不是接地運(yùn)行的星形接線變壓器來說，即使不是變壓器內(nèi)部短路，而是變壓器外部短路，中性點(diǎn)的電壓也會(huì)變得很高，就有可能會(huì)促使變壓器中性點(diǎn)過電壓，從而威脅到變壓器的絕緣裝置的安全；大容量變壓器在過電壓或者低頻等不正常情況下運(yùn)行也是非常危險(xiǎn)的，這樣會(huì)使變壓器過勵(lì)磁，勵(lì)磁會(huì)導(dǎo)致金屬元件產(chǎn)生熱量，引起金屬部件的過熱，甚至燒壞鐵心。變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，雖然這個(gè)時(shí)候?qū)ψ儔浩鳟a(chǎn)生的危害沒有故障的時(shí)候那么嚴(yán)重，但是也要處理，不然不正常運(yùn)行太久就會(huì)導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障。非電氣量保護(hù)要求裝在變壓器的內(nèi)部，電氣量保護(hù)一般裝在變壓器的外部。

2 變壓器主保護(hù)縱差動(dòng)保護(hù)

2.1 主變縱差動(dòng)保護(hù)簡(jiǎn)介

主變縱差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一，對(duì)于變壓器內(nèi)部相間短路故障、匝間層間短路故障這些故障都是能夠快速反應(yīng)的。差動(dòng)保護(hù)是當(dāng)兩端電流互感器之間發(fā)生故障，能夠快速切除故障。它的保護(hù)范圍就是兩個(gè)電流互感器之間的區(qū)域，其中包括高低壓繞組、引出線以及套管等。正常情況下和保護(hù)區(qū)外故障，流進(jìn)差動(dòng)繼電器的電流和流出的電流是大小相等，方向相反，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流此時(shí)等于零；內(nèi)部故障時(shí)兩端電流都向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大于零。此時(shí)，通過邏輯判斷元件的處理，給予執(zhí)行繼電器動(dòng)作的命令，跳開保護(hù)兩側(cè)的斷路器，將故障設(shè)備切除。

2.2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)工作原理是比較被保護(hù)元件始端和末端電流的大小和相位。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在被保護(hù)元件的兩側(cè)各裝配一組電流互感器TA1、TA2，它們的二次側(cè)的接線方法是按環(huán)流法接線，電流互感器的正極性端子放在靠近母線的那一側(cè)，同極性端子將他們二次側(cè)相連，然后再將差動(dòng)繼電器的線圈接入，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。差動(dòng)回路是差動(dòng)繼電器線圈的租車回路，差動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)臂是指兩側(cè)的回路。

2.3 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的工作原理

根據(jù)基爾霍夫第一定律，∑i=0；式中∑i表示變壓器各個(gè)側(cè)電流的向量的和，它所表示的含義是：變壓器正常狀態(tài)運(yùn)行以及發(fā)生故障是在外部的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候不計(jì)勵(lì)磁電流的損耗和其他諸如鐵心發(fā)熱等損耗，可以近似的認(rèn)為流入變壓器的電流和流出變壓器的電流相等，變壓器的電流的總電流為0。此時(shí)，縱差保護(hù)是不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)動(dòng)作的。當(dāng)變壓器發(fā)生的故障是在內(nèi)部的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候電流只有流進(jìn)變壓器的電流，而沒有流出變壓器的電流，變壓器電流的總電流和不為0，那么縱差保護(hù)就產(chǎn)生動(dòng)作，將處在電力系統(tǒng)中發(fā)生故障的變壓器切除。下面是變壓器縱差保護(hù)原理接線圖1。

圖1 雙繞組變壓器縱差保護(hù)接線原理圖

縱差動(dòng)保護(hù)的依據(jù)為：

式中：Iset表示縱差動(dòng)保護(hù)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的最小電流，也就是所謂的動(dòng)作電流；Ir為差動(dòng)電流的有效值，

把變壓器的內(nèi)部鐵心損耗和繞組損耗等這些損耗忽略不計(jì)，變壓器保護(hù)區(qū)外故障和正常運(yùn)行時(shí)這兩種情況，一次電流的關(guān)系為根據(jù)式（6），變壓器保護(hù)區(qū)外故障和變壓器正常運(yùn)行和時(shí)，差動(dòng)電流為0，也就是說沒有差動(dòng)電流，保護(hù)是不會(huì)發(fā)生動(dòng)作；變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，不管故障是在哪里，這個(gè)時(shí)候變壓器內(nèi)部相當(dāng)于多了一條故障支路，差動(dòng)電流流入差動(dòng)繼電器的大小等于故障點(diǎn)電流。一旦故障電流大于差動(dòng)繼電器設(shè)定的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)就能夠迅速的發(fā)生動(dòng)作，將變壓器從系統(tǒng)中切除。

平時(shí)我們見到的電力變壓器一般是三相變壓器，接線方式大部分都是采用Yd11的方式，Yd11的接線方式過載能力強(qiáng)，能隔離3次諧波，抗三相不平衡度也較強(qiáng)。如圖1所示（本論文的圖中假定一次側(cè)電流從同名端流入，二次側(cè)電流從同名端流出）。這樣的接線方式造成了變壓器一和二次側(cè)電流的相位的不對(duì)應(yīng)，我們以B相為例，變壓器正常運(yùn)行以及變壓器外部故障時(shí)，超前°，如圖2（b）所示。如果繼續(xù)用單相變壓器的差動(dòng)繼電器的接線方式的話，還是繼續(xù)將一、二次側(cè)電流直接引入差動(dòng)保護(hù)，那么這個(gè)時(shí)候會(huì)在繼電器中產(chǎn)生很大的差動(dòng)電流，這樣就有可能使得保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作。因此，要采取相應(yīng)的措施，將這個(gè)差動(dòng)電流減小或者消除。那么，如何才可以做到把這個(gè)電流減小或者消除呢？方法就是我們可以通過改變縱差動(dòng)保護(hù)的接線方式，將引入差動(dòng)繼電器的星形側(cè)的電流也采用兩相電流差，消除這個(gè)電流。即：表示為流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流。

為雙繞組三相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)原理接線圖2（a）接線圖；圖2（b）對(duì)稱工況下的向量關(guān)系，這樣就可以消除兩側(cè)電流不對(duì)應(yīng)。由于星形側(cè)采用了兩相電流差，那這一側(cè)流入差動(dòng)繼電器的電流也就變成了原來的倍。那么為了保證在正常運(yùn)行和外部故障情況下，差動(dòng)回路的電流和為0，這一側(cè)電流互感器的變比也要有所變化，和電流一樣要變成原來的倍，那兩側(cè)電流互感器變比的選擇就要滿足下面的式子：

圖2

3 總結(jié)

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為了獲得動(dòng)作的選擇性，其動(dòng)作電流的整定值必須大于差動(dòng)回路中可能出現(xiàn)的最大不平衡電流。因?yàn)樽儔浩鞲鱾?cè)電壓等級(jí)不同，繞組的接線方式也不同，每一側(cè)電流互感器型號(hào)以及變比也會(huì)不同，還有變壓器的勵(lì)磁涌流等原因，使得縱差保護(hù)的不平衡電流變得較大。因?yàn)椴黄胶怆娏髟酱?，那保護(hù)的靈敏度就會(huì)受到一定的影響，靈敏度就會(huì)隨之變低，這樣就不利于保護(hù)。因此分析變壓器縱差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的產(chǎn)生原因和減小它對(duì)保護(hù)的影響是縱差動(dòng)保護(hù)的主要問題，通常這些問題歸結(jié)為變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的特殊問題。

[1]汪際峰.地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算.中國(guó)電力出版社，2010.

[2]萬千云.電力系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù).中國(guó)電力出版社第二版，2010.

[3]崔家佩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算.中國(guó)電力出版社，2000.

[4]許建安.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第2版）.中國(guó)水利水電出版社，2005.

[5]西北、東北電力設(shè)計(jì)院，編.《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.上海人民出版社.

[6]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院，編.《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》（電氣一次部分）.

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2016-7-1