電力系統變壓器保護原理淺析

[摘要]變壓器在電力系統中起轉換樞紐作用，它的安全運行直接關系到整個系統的連續和穩定。現代大型變壓器容量大，電壓等級高，造價昂貴，結構復雜，一旦因故障而遭到損壞，影響范圍很大，且檢修時間長，檢修難度大，在經濟上必然遭受很大的損失。分析各種不同的變壓器保護原理，為進一步進行變壓器保護的研究、提高變壓器保護的正確動作率奠定基礎。

[關鍵詞]電力系統；變壓器；保護；原理

變壓器在電力系統中起轉換樞紐作用，它的安全運行直接關系到整個系統的連續和穩定。現代大型變壓器容量大，電壓等級高，造價昂貴，結構復雜，一旦因故障而遭到損壞，影響范圍很大，且檢修時間長，檢修難度大，在經濟上必然遭受很大的損失。

一、變壓器差動保護的分類

目前，變壓器保護主要應用變壓器電流縱聯差動保護。電流縱聯差動保護基于基爾霍夫定律，利用變壓器一次側和二次側的電流差值在無故障以及區外故障時無差值、區內故障有差值的特點，建立保護判據。差動保護具有靈敏度高、選擇性好的特點。運行經驗表明，差動保護能夠正確地區分區內和區外故障。隨著研究的深入，變壓器差動保護目前主要可以分為以下幾種：（1）繞組差動保護原理。變壓器繞組差動保護原理是利用變壓器一次側和二次側的電流差值在無故障及區外故障時為零、區內故障電流差值不為零的特點建立保護方案的。但是在實際的應用中，由于不能得到繞組的實際電流，只能采用電流互感器得到的電流代替，由此得到的電流值會比真實值大。同時由于電流互感器本身存在誤差，這樣必然導致繞組差動保護的準確度降低。（2）零序差動保護原理。零序差動保護單獨采用變壓器二次側的零序電流建立保護方案，具有以下優點：對于Y側繞組單相接地故障有較高的靈敏度。動作電流與變壓器調壓分接頭的調整無關。不直接受勵磁涌流的影響。所用的電流互感器變流比相同，與變壓器變壓比無關。但是，零序差動保護不能反應相間故障，更不能反應低壓側故障。在高阻接地故障時，零序電流減小，保護的靈敏度較低。（3）分側差動保護原理。分側差動保護對單相接地故障有較高的靈敏度，不受調壓分接頭的影響，不直接受勵磁涌流的影響，保護原理簡單，裝置可靠，調試方便。但是，分側差動保護不能反應常見的匝間故障，只有在每個繞組都具有兩個引出端子時才能采用該方案，保護繼電器的數目幾乎增加一倍。

二、差動保護存在的問題

通過分析保護原理，影響變壓器差動保護正確動作率的主要原因有：電流互感器的變比的匹配及誤差；變壓器調節分接頭；外部故障電流的暫態過程加大了傳變誤差；變壓器高壓側高阻接地單相短路；具有流出電流的小匝數匝間短路；勵磁涌流的影響。

三、新型的變壓器保護原理

（1）磁通特性保護原理。磁通特性保護原理與基于勵磁阻抗或是瞬時勵磁電感變化的原理在本質上一樣，是從勵磁支路的非線性特性出發，根據變化量的大小制定保護判據。這種方法不但可以克服二次諧波原理的不足，而且適宜用微機實現。但是磁通特性保護原理目前僅適用于單相變壓器組。（2）基于序阻抗原理的變壓器保護原理。利用變壓器發生區內外故障時，變壓器兩側正負序阻抗所在象限的不同，能夠有效識別變壓器區內外故障，具有不受飽和以及變化不一致影響等優點。但是，由于序阻抗原理仍然克服不了勵磁涌流帶來的影響，其保護的動作可靠性不高。（3）功率差動保護原理。在正常運行時變壓器消耗的有功非常小，而變壓器絕緣損壞時，電弧放電發熱將消耗大量的有功，通過檢測變壓器消耗有功的大小，可以判別變壓器是否發生內部故障。該方法基于能量守恒定律，可以較真實反映變壓器的實際運行狀況，由于在功率差動保護原理中，沒有讓勵磁涌流作為動作的因素，因此不受勵磁涌流的影響。其缺點是要避開涌流時第1周期的充電過程，并且涌流時銅耗難以精確計算。對于Y/△接線的變壓器，由于△側繞組內部電流無法獲取，導致銅損耗無法確定。（4）基于回路方程的變壓器保護原理。在基于回路方程的變壓器保護原理中，需要解決的關鍵問題是如何獲取各個繞組的漏感參數、保護方案的選取、保護判據的整定以及靈敏度的校驗。

電力變壓器是電網的重要組成元件之一，在電網的安全穩定運行中具有極其重要的作用。由于電網中變壓器數量越來越多，其單體價值又非常高，一旦發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。基于以上的分析，由于勵磁涌流的影響，變壓器的傳統保護——縱聯差動保護的正確動作率一直很低。很多新型的、不受勵磁涌流影響的變壓器保護原理也都或多或少的存在缺點。

參考文獻

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