電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)技術(shù)探討

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)工作的核心設(shè)備之一，變壓器的差動(dòng)保護(hù)具有動(dòng)作迅速、選擇性好且與系統(tǒng)的運(yùn)行方式及其它元件保護(hù)裝置的整定值無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，它在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于變壓器而言，其基礎(chǔ)保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)，較常用于電力領(lǐng)域，以制動(dòng)性比率差動(dòng)保護(hù)居多。但在差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用方面，若變壓器具有區(qū)外故障的現(xiàn)象，易損壞變壓器，帶來不良影響，所以需對(duì)差動(dòng)保護(hù)嚴(yán)格要求。本文就變壓器的差動(dòng)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；差動(dòng)保護(hù)；原理；技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 14-0000-01

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到大功率電臺(tái)安全傳輸發(fā)射工作。而變壓器是電力系統(tǒng)工作的核心設(shè)備之一，且其自身成本較高，如果出現(xiàn)故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，特別是大型電力變壓器，更是很貴重的設(shè)備。為了避免變壓器事故的擴(kuò)大，要求變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)應(yīng)迅速切斷電源，使變壓器退出運(yùn)行。由于變壓器的過流保護(hù)、速斷保護(hù)還存在一定的死區(qū)，所以加強(qiáng)大容量變壓器的差動(dòng)保護(hù)至關(guān)重要。

一、電力變壓器的故障和繼電保護(hù)的配置

（一）變壓器的故障狀態(tài)

變壓器的故障狀態(tài)有外部短路或過負(fù)荷所引起的繞組中過電流、油面降低，電壓升高等。長(zhǎng)時(shí)間的不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使變壓器的溫度升高、絕緣老化、壽命縮短，甚至?xí)鸸收?，因此，?yīng)裝設(shè)動(dòng)作于信號(hào)或跳閘的繼電保護(hù)裝置以保護(hù)變壓器。

（二）變壓器繼電保護(hù)的配置

根據(jù)變壓器的各種故障狀態(tài)，變壓器繼電保護(hù)裝置一般應(yīng)配置下列保護(hù)功能：

1.非電量保護(hù)。非電量保護(hù)首先是瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)能迅速的反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的油氣變化或油位下降。其次應(yīng)裝設(shè)有反應(yīng)變壓器內(nèi)部溫度變化的油溫和繞組溫度保護(hù)；變壓器的壓力釋放保護(hù)；變壓器過負(fù)荷后自啟風(fēng)冷的保護(hù)；過載閉鎖有載調(diào)壓的保護(hù)。

2.電量保護(hù)。電量保護(hù)分為以下幾種：（1）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)速斷保護(hù)（下面會(huì)詳細(xì)分析）；（2）反映相間短路故障的后備保護(hù)，用作變壓器外部相間短路故障和作為變壓器內(nèi)部繞組、引出線相間短路故障的后備保護(hù)；（3）反映接地故障的后備保護(hù)。變壓器中性點(diǎn)直接接地時(shí)，用零序電流（方向）保護(hù)作為變壓器外部接地故障和中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組、引出線接地故障的后備保護(hù)。變壓器中性不接地時(shí)，用零序電壓保護(hù)、中性點(diǎn)的間隙零序電流保護(hù)作為變壓器接地故障的后備保護(hù)。

3.過負(fù)荷保護(hù)。防止變壓器對(duì)稱過負(fù)荷的保護(hù)，即各種原因（如單臺(tái)運(yùn)行變壓器在備用電源自動(dòng)投入時(shí)）使變壓器對(duì)稱過負(fù)荷時(shí)，過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作。

（三）縱差動(dòng)保護(hù)

1.差動(dòng)保護(hù)的基本原理。差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)手段，可防御變壓器和引出線的多相短路；防御大接地電流電網(wǎng)側(cè)線圈和引出線的接地短路以及線圈匝間的短路。其原理是將被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的幅值和相位差進(jìn)行比較，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)回路中的電流值大于整定值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作；而對(duì)保護(hù)區(qū)外的故障，變壓器差動(dòng)保護(hù)則不應(yīng)動(dòng)作。由于差動(dòng)保護(hù)故障反應(yīng)靈敏、動(dòng)作迅速、沒有死區(qū)，而且不受上下級(jí)保護(hù)配合的限制，因此被作為變壓器的主要保護(hù)手段。

2.克服勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)影響的措施。（1）采用帶有速飽和特性的變流器；（2）采用二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理、模糊識(shí)別閉鎖原理構(gòu)成的微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)。

3.減小不平衡電流的措施。（1）減少由于電流互感器的原因增大的不平衡電流。變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)用的電流互感器，選用變壓器差動(dòng)保護(hù)專用的D級(jí)、小氣隙的電流互感器，當(dāng)通過外部最大穩(wěn)態(tài)短路電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)回路的二次負(fù)荷要能滿足10%誤差的要求；（2）減小電流互感器的二次負(fù)荷。這實(shí)際上相當(dāng)于減小二次側(cè)的端電壓，相應(yīng)地減少電流互感器的勵(lì)磁電流。常用辦法有：減小電纜的電阻（適當(dāng)增大導(dǎo)線截面，盡量縮短控制電纜長(zhǎng)度）；采用弱電控制用的電流互感器（二次額定電流為1A）等；（3）減小變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流，采用相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償?shù)奈C(jī)保護(hù)；（4）軟件校正。微機(jī)保護(hù)中采用軟件進(jìn)行相位校正；（5）由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流。在變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算中考慮。

4.比率差動(dòng)保護(hù)。是用來區(qū)分差流是由于內(nèi)部故障還是外部故障引起的。比率差動(dòng)的原理及動(dòng)作特性：

比率差動(dòng)動(dòng)作特性方程：

Id>IqdIzd>Ie

Id-Iqd>k（Izd-Ie）Izd>Ie4

式中Iqd-差動(dòng)電流起動(dòng)定值

Id-差動(dòng)電流動(dòng)作值，Id=>i1>i2

Izd-制動(dòng)電流，Izd=0.5（>I1>I2>）

K-比率制動(dòng)系數(shù)，取0.5

Ie-變壓器的額定電流

即：當(dāng)Izd>Ie時(shí)，比率差動(dòng)不帶制動(dòng)作用，Izd>Ie時(shí)，比率差動(dòng)有較大的制動(dòng)作用。

5.差動(dòng)速斷保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)保護(hù)一般能滿足正常運(yùn)行的變壓器需要，能正確及時(shí)的動(dòng)作。但是在變壓器內(nèi)部發(fā)生繞組短路故障時(shí)，TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，使差動(dòng)回路中的電流改變了方向或等于零（無源側(cè)），高次諧波分量增大，反應(yīng)二次諧波的判據(jù)誤將比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)閉鎖，無法反映區(qū)內(nèi)短路故障，從而影響了比率差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作，所以變壓器比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)還應(yīng)配有差動(dòng)速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)以加快保護(hù)在內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)的動(dòng)作速度。注意的是，差動(dòng)速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來整定。

二、結(jié)束語(yǔ)

目前變壓器微機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)普遍應(yīng)用，其保護(hù)原理仍沒有太大的突破，但實(shí)現(xiàn)的手段上有了根本的變化。微機(jī)保護(hù)與以往的繼電保護(hù)相比，由于采用了數(shù)字計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，因此具有靈活性大、可靠性高、易于獲得附加功能和維護(hù)調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)。但是變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)原因仍是多方面的，我們只有在安裝調(diào)試過程中把每一環(huán)節(jié)工作做好，把該考慮的問題考慮周全，做好細(xì)節(jié)，嚴(yán)把整組試驗(yàn)關(guān)，積極采取相應(yīng)措施，以避免變壓器在運(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

參考文獻(xiàn)：

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