變壓器微機差動保護的工作原理和保護配置分析

邱立新

（大慶市兒童公園管理處，黑龍江 大慶 163000）

1 引言

變壓器的故障可分為內部故障和外部故障兩類。內部故障主要是變壓器繞組的相間短路、匝間短路和中性點接地側單相接地短路。內部故障是和危險的，因為短路電流產生的電弧不僅會破壞繞組的絕緣，燒毀鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解會產生大量的氣體，可能引起變壓器郵箱的爆炸。變壓器最常見的外部故障，是引出線絕緣套管的故障，它可能引起引出線相間短路或接地（對變壓器外殼）短路。變壓器的不正常工作情況有：由于外部短路或過負荷引起的過電流、油面的降低和溫度升高等。

2 縱聯差動保護的工作原理

變壓器縱聯差動保護是反應變壓器一、二次側電流差值的一種快速動作的保護裝置。用來保護變壓器內部以及引出線和絕緣套管的相間短路，并且也可用來保護變壓器的匝間短路，其保護區在變壓器一、二次側所裝電流互感器之間。

變壓器縱聯差動保護的單相原理接線如下圖所示，在變壓器的兩側裝有電流互感器，兩側電流互感器同級性端子相連接，電流繼電器接在差流回路內。將變壓器看成是一個節點（將兩側電流歸算至同一個電壓等級），設一次側的電流為I1和I'2。二次側的電流為I"1 和I"2，流入電流繼電器的電流IKA。在正常運行和外部k-1 點短路時，如果TA1 的二次電流I"1 和TA2 的二次電流I"2相等（或相差極小）則流入繼電器KA的電流為IKA=I"1-I"2=0（或差流值極小），繼電器KA 不動作。而在差動保護的保護區內k-2 點短路時，對于單端供電的變壓器來說I"2=0，所以IKA=I"1，超過繼電器KA 所整定的動作電流IOP,使KA 瞬時動作，然后通過出口繼電器KM 使斷路器QF1 和QF2 跳閘，切除故障變壓器，同時由信號繼電器KS1 和KS2 發出信號。

3 變壓器差動保護的不平衡電流及減少措施

變壓器差動保護是利用保護區內發生短路故障時變壓器兩側電流在差動回路中引起的不平衡電流而動作的一種保護。該不平衡電流用IUN表示，IUN=I'1-I'2，在正常運行和外部k-1 點短路時，希望IUN盡可能地減小，理想情況下是IUN=0。但這幾乎是不可能的，不僅與變壓器和電流互感器的接線方式及結構性能等因素有關，而且與變壓器的運行方式有關，因此只能設法使之盡可能地減小。下面簡述不平衡電流產生的原因及其減小或消除的措施。

（1）由于變壓器一、二次側接線不同引起的不平衡電流，工廠總降壓變電所采用Y,dll 接線的變壓器，其高、低壓側電流之間就有30 度的相位差，因此，即使高、低壓側電流互感器二次側電流做到大小相等，其差也不會為零，因而出現由相位差引起的不平衡電流。

為了消除這一不平衡電流，必須消除上述30 度的相位差。為此，將變壓器Y 型界限冊的電流互感器接成d 形接線；而d 形接線電流互感器接成Y 形接線。這樣，可以使電流互感器二次連接臂（差動臂）上的每相電流相位一致，如下圖所示。這樣即可消除因變壓器高。低壓側電流相位不同而引起的不平衡電流。

（2）由兩側電流互感器變比的計算值與標準值不同引起的不平衡電流 采用上述方法可以使Y，dll 變壓器的差動保護連接臂上電流相位一致，但還沒做到其大小相等，這樣兩者的差仍然不為零。如果變壓器兩側電流互感器選的變比與計算結果完全一樣，則不平衡電流 =0。但實際所選電流互感器變比不可能與計算值完全相同，而只能選擇與計算值接近的標準變比。故兩連接臂撒謊能夠還是存在不平衡電流。為了消除這一不平衡電流，可以在電流骨干起二次回路接入自耦電流互感器來進行平衡，或利用專門的差動繼電器中的平衡線圈來進行補償，消除不平衡電流。

（3）各側電流互感器型號和特性不同引起的不平衡電流 當變壓器兩側電流互感器的型號和特性不同時，其飽和特性也不同（即使型號相同，其特性也不會完全相同）。在變壓器差動保護范圍外發生短路時，各側電流互感器在短路電流作用下其飽和成都相差更大，因此，出現的不平衡電流也就更大。這個不平衡電流，可采用提高保護動作電流躲過。

（4）由于變壓器分接頭改變引起的不平衡電流 變壓器在運行時，往往采用改變分接頭未知（即改變高壓繞組的匝數）進行調壓。因為分接頭的改變，就是變壓器變比的改變，因此，電流互感器二次側電流將改變，引起新的不平衡電流。也可采用提高保護動作電流的措施躲過。

（5）由于變壓器勵磁涌流引起的不平衡電流 變壓器的勵磁電流僅流過變壓器電源側，因此，本身就是不平衡電流。在正常運行及外部故障時，此電流很小，引起的不平衡電流可以忽略不計。但在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，則可能有很大的勵磁電流（即勵磁涌流）。

勵磁涌流產生的原因是由于變壓器鐵心中的磁通不能突變引起過度過程產生的。因此，在變壓器差動保護中減小勵磁涌流影響的方法是如下。

①采用具有速飽和鐵心的差動繼電器。

②采用比較波形間斷角來鑒別內部故障和勵磁涌流的差動保護。

③利用二次諧波制動而躲開勵磁涌流。

在常規保護中現普篇使用的是BCH-2 型（DCD-2 型、DCD-2M 型）帶速飽和變流器短路線圈的差動繼電器。

綜合上述分析可知，變壓器差動保護中的不平衡電流要完全消除是不可能的，但采取措施，減小其影響，用以提高差動保護構成的差動保護。

4 變壓器的保護配置

電力變壓器的微機保護的配置原則與常規保護的配置是基本相同，但是由于微機保護軟件的特點，一般微機保護的配置較齊全，靈活。

4.1 中、低壓變電所主變壓器的保護配置

4.1.1 主保護配置

（1）比率制動式差動保護。由于中，低壓變電所容量不大，通常采用二次諧波閉鎖原理的比率制動差動保護。（2）差動速斷保護。（3）本體重瓦斯、有載調壓重瓦斯和壓力釋放。

4.1.2 后備保護配置

主變壓器后備保護按側配置，各側后備之間、各側后備保護與主保護之間軟件、硬件均相互獨立。（1）中性點不接地系統變壓器過電流保護。Ⅰ段動作跳本側分段斷路器，Ⅱ段動作跳本側斷路器，Ⅲ段動作斷開三側斷路器。（2）三段過負荷保護。Ⅰ段發信，Ⅱ段啟動風冷，Ⅲ段閉鎖有載調壓。（3）冷控失電，主變壓器過溫報警。

4.1.3 中線點直接接地系統變壓器后備保護的配置。

對于高壓側中性點接地的變壓器，除了上述保護外應考慮設置接地保護。1）中性點直接接地運行，配置二段式零序過電流保護。2）中性點可能接地或不接地運行，配置一段兩實現間隙零序過電流保護。3）中性點經放電間隙接地運行，配置一段兩實現間隙零序過地阿牛保護。對于雙繞組變壓器，后備保護可以配置一套，裝于降壓變壓器的高壓側（或升壓變壓器的低壓側）。對于三繞組變壓器，后備保護可以配置兩套：一套裝于高壓側作為變壓器本身的后備保護；另一套裝于中壓側或低壓的電源側，并只作為相鄰元件的后備保護，餓日不作為變壓器本身的后備保護。

4.2 高壓變電所主變壓器的保護配置

4.2.1 主保護配置

（1）比率制動式差動保護，除采用二次諧波閉鎖原理外，還可以采用波形鑒別閉鎖原理或對稱識別原理以客服勵磁涌流誤動。（2）工頻變化量比率差動保護。（3）差動速斷保護。（4）本體重瓦斯、有載調壓重瓦斯和壓力釋放。

4.2.2 后備保護配置

高壓側后備保護可按下列方式配置：（1）相間阻抗保護，方向阻抗元件帶3%的偏移度。（2）兩段零序方向過流保護。（3）反時限過激磁保護。（4）過負荷報警。

中壓側后備保護同高壓側。低壓側后備保護設兩實現過電流保護及零序過電壓保護。

[1]楊新民.電力系統微機保護培訓教材.北京；中國電力出版社，2000

[2]丁毓山、南俊星.微機保護與綜合自動化系統.北京：中國水利水電出版社，2002

[3]葛耀中.微機式自適應電壓保護研究.繼電器.2001 第1 期