淺析變壓器差動保護

查正平

摘 要：近年來，我國輸電線路電壓等級不斷提高，變壓器的容量也隨之增加。原有的變壓器保護已不能滿足安全需求，特別是煤礦生產這樣的一級負荷，這就對其快速性提出了更高的要求。由于電力系統的發展特別是超高壓遠距離輸電技術的發展，原來己用于實際的一些方案也面臨著新的考驗，變壓器差動保護能否可靠快速動作也成為關鍵所在。然而變壓器差動保護能否快速動作就是能否正確識別變壓器勵磁涌流。

關鍵詞：單片機；差動保護；變壓器

1 變壓器縱聯差動保護的基本工作原理

目前，變壓器的保護工作僅僅是變壓器縱聯差動保護，主要目的是反應變壓器引出線、繞組、套管等各種類型的短路故障。

縱聯差動保護通過比較被保護變壓器的兩側電流大小和相位實現。通過在變壓器兩側各裝設一組電流互感器TA1、TA2來實現兩側電流大小和相位的比較，其二次側按環流法連接，。其保護范圍為兩側電流互感器TA1、TA2之間的全部區域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。

圖1 變壓器的縱聯差動保護單相原理接線圖

從圖1-1可見，正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為=–，在理想的情況下，其值是零。但實際上由于電流互感器特性、變比等因素，流過繼電器的電流為不平衡電流。變壓器內部故障時，流過差動繼電器的電流為=+，即為短路點的短路電流。當該電流大于KD的動作電流時，KD動作。

2 變壓器差動保護產生不平衡電流的主要原因

變壓器的線路縱差保護和差動保護的原理基本相同，但是不平衡電流比線路縱差保護大，產生不平衡電流的主要原因有以下幾個方面。

（1）變壓器高、低壓側電流不同，因此兩側應使用不同變比的電流互感器。若高壓側電流的變比為，低壓側電流的變比為K1，低壓側電流的變比為K2，=KT，KT為變壓器的變比。由于兩側電流互感器的依次額定電壓、電流、變比和型號不同而在縱差保護的差回路會產生一定的不平衡電流。

（2）因為變壓器高、低壓側繞組接法不同而相位可能不同，為保證正常運行時兩側電流互感器的二次回路中的電流能抵消，其二次的接線必須使兩側進入差回路的電流相位相同，故將變壓器星形側電流互感器接成三角形，使–和的相位相同。即兩側電流互感器的變比必須滿足下式：

然而，由于電流互感器生產的系列化和標準化，不可能滿足上式的要求。因此，這就是變壓器縱聯差動保護產生不平衡的第二個原因。

（3）帶負荷調壓的變壓器在分接頭時將改變上式所要求的變比關系，也必然產生不平衡電流。

（4）變壓器勵磁涌流使差回路產生不平衡電流。

變壓器在外部短路后，如果切除電壓，恢復或空載合閘的時候，極有可能產生較大的勵磁涌流。但是當電壓恢復到零的時候，空載合閘上的變壓器斷路器會因為鐵芯磁通不能突變和鐵芯中剩磁的影響，鐵芯中的磁通為2，激磁電流急劇增大，可達到額定電流的6～8倍，此電流稱為變壓器的勵磁涌流。

3 變壓器差動保護圖紙說明

在實施控制系統中，常常需要把外界連續變化的物理量變成數字量送入到計算機內進行加工、處理；反之，也需要將計算機計算結果的數字量轉為連續變化的模擬量，用以控制，調節一些執行機構。在今天，對那些具有明確應用目標的單片機產品設計人員來講，只需要合理的選用商品化的大規模A/D、D/A轉換電路，了解他們的功能和接口方法。

圖2 具有輸入和輸出的單片機應用系統

圖3 差動保護實際接線圖

由圖3可以看出，差動保護在實際應用中都是以成套設備一起使用。由變壓器兩側的電流互感器二次側輸出一組模擬量，經過采樣保持和A/D轉換轉換成數字量，再送給單片機。而單片機中有預先輸入的整定值，通過對輸入量和預先存入的整定值進行比較來判斷是否需要進行動作。當輸入的數字量與預先存入的整定值不同并超出范圍，單片機通過D/A轉換將數字量轉換為模擬量，再通過電氣主接線上的斷路器來進行動作。

4 總結

電力是我國的基礎能源，電力相關工作的發展與人們生活和企業發展息息相關。如何提高變壓器差動保護是當前急需解決的問題。

參考文獻：

[1]王士政，馮金光.發電廠電氣部分[M].中國水利水電出版社，2005.

[2]熊信銀，張步涵.電力系統工程基礎[M].華中科技大學出版社，2002.

[3]何永華.發電廠及變電站的二次回路[M].中國電力出版社，1997.

[4]許建安.電力系統繼電保護[M].中國水利水電出版社，2004.

[5]王鳴陽.最新工廠供電[M].科學出版社，2004.

[6]黃友銳.單片機原理及應用[M].合肥工業大學大學出版社，2006.