論電力變壓器的縱聯差動主保護

吳萬輝

（江門市錦江水庫工程管理處）

論電力變壓器的縱聯差動主保護

吳萬輝

（江門市錦江水庫工程管理處）

變壓器的作用是來升高或者降低電壓，使其達到某個特定需要的值。繼電保護裝置是能夠保護電氣設備，而且同時保證電網安全穩定運行的裝置。在實際電網中繼電保護整定方案的合理有效的制定，裝配合理的保護裝置，才能保證電網有保障的運行。變壓器是電力系統中必不可少的關鍵元件，是連接電力系統的關鍵橋梁，它的故障帶來的影響是巨大的，將對供電可靠性和電力系統安全運行帶來不可估量的影響。變壓器一旦發生各類故障和不正常運行時，是非常危險的，將對電力系統安全運行就會造成很大的威脅。為了保證變壓器穩定運行，少產生故障甚至不產生故障，對變壓器裝配的繼電保護裝置的要求必須是性能良好，動作安全可靠的繼電保護裝置。

變壓器；主保護；差動保護

1 電力變壓器的不正常運行狀態

變壓器的不正常運行狀態，主要有以下幾種情形：變壓器外部線路發生短路故障，使得電流快速變大，從而引起變壓器的過電流；變壓器工作負荷長時間超過額定容量運行，從而帶來的變壓器過負荷；變壓器風扇故障，不能及時的散熱；以及變壓器漏油引起的變壓器冷卻能力的下降等。這些不正常運行狀態持續的時間如果過久，就會使得繞組和鐵心過熱，繞組和鐵心就有可能被燒壞，這對變壓器來說是非常危險的。對于那些中性點不是接地運行的星形接線變壓器來說，即使不是變壓器內部短路，而是變壓器外部短路，中性點的電壓也會變得很高，就有可能會促使變壓器中性點過電壓，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行也是非常危險的，這樣會使變壓器過勵磁，勵磁會導致金屬元件產生熱量，引起金屬部件的過熱，甚至燒壞鐵心。變壓器不正常運行狀態的時候，雖然這個時候對變壓器產生的危害沒有故障的時候那么嚴重，但是也要處理，不然不正常運行太久就會導致變壓器發生故障。非電氣量保護要求裝在變壓器的內部，電氣量保護一般裝在變壓器的外部。

2 變壓器主保護縱差動保護

2.1 主變縱差動保護簡介

主變縱差動保護是變壓器的主保護之一，對于變壓器內部相間短路故障、匝間層間短路故障這些故障都是能夠快速反應的。差動保護是當兩端電流互感器之間發生故障，能夠快速切除故障。它的保護范圍就是兩個電流互感器之間的區域，其中包括高低壓繞組、引出線以及套管等。正常情況下和保護區外故障，流進差動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，差動電流此時等于零；內部故障時兩端電流都向故障點流，在保護內電流疊加，差動電流大于零。此時，通過邏輯判斷元件的處理，給予執行繼電器動作的命令，跳開保護兩側的斷路器，將故障設備切除。

2.2 縱聯差動保護的構成

縱聯差動保護工作原理是比較被保護元件始端和末端電流的大小和相位。為了實現這種比較，在被保護元件的兩側各裝配一組電流互感器TA1、TA2，它們的二次側的接線方法是按環流法接線，電流互感器的正極性端子放在靠近母線的那一側，同極性端子將他們二次側相連，然后再將差動繼電器的線圈接入，構成差動保護。差動回路是差動繼電器線圈的租車回路，差動保護的兩個臂是指兩側的回路。

2.3 縱聯差動保護的工作原理

根據基爾霍夫第一定律，∑i=0；式中∑i表示變壓器各個側電流的向量的和，它所表示的含義是：變壓器正常狀態運行以及發生故障是在外部的時候，這個時候不計勵磁電流的損耗和其他諸如鐵心發熱等損耗，可以近似的認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，縱差保護是不會產生反應動作的。當變壓器發生的故障是在內部的時候，這個時候電流只有流進變壓器的電流，而沒有流出變壓器的電流，變壓器電流的總電流和不為0，那么縱差保護就產生動作，將處在電力系統中發生故障的變壓器切除。下面是變壓器縱差保護原理接線圖1。

圖1 雙繞組變壓器縱差保護接線原理圖

縱差動保護的依據為：

式中：Iset表示縱差動保護發生保護動作的最小電流，也就是所謂的動作電流；Ir為差動電流的有效值，

把變壓器的內部鐵心損耗和繞組損耗等這些損耗忽略不計，變壓器保護區外故障和正常運行時這兩種情況，一次電流的關系為根據式（6），變壓器保護區外故障和變壓器正常運行和時，差動電流為0，也就是說沒有差動電流，保護是不會發生動作；變壓器內部發生故障時，不管故障是在哪里，這個時候變壓器內部相當于多了一條故障支路，差動電流流入差動繼電器的大小等于故障點電流。一旦故障電流大于差動繼電器設定的動作電流，差動保護就能夠迅速的發生動作，將變壓器從系統中切除。

平時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，能隔離3次諧波，抗三相不平衡度也較強。如圖1所示（本論文的圖中假定一次側電流從同名端流入，二次側電流從同名端流出）。這樣的接線方式造成了變壓器一和二次側電流的相位的不對應，我們以B相為例，變壓器正常運行以及變壓器外部故障時，超前°，如圖2（b）所示。如果繼續用單相變壓器的差動繼電器的接線方式的話，還是繼續將一、二次側電流直接引入差動保護，那么這個時候會在繼電器中產生很大的差動電流，這樣就有可能使得保護發生誤動作。因此，要采取相應的措施，將這個差動電流減小或者消除。那么，如何才可以做到把這個電流減小或者消除呢？方法就是我們可以通過改變縱差動保護的接線方式，將引入差動繼電器的星形側的電流也采用兩相電流差，消除這個電流。即：表示為流入三個差動繼電器的差動電流。

為雙繞組三相變壓器縱差動保護原理接線圖2（a）接線圖；圖2（b）對稱工況下的向量關系，這樣就可以消除兩側電流不對應。由于星形側采用了兩相電流差，那這一側流入差動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行和外部故障情況下，差動回路的電流和為0，這一側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，那兩側電流互感器變比的選擇就要滿足下面的式子：

圖2

3 總結

變壓器縱聯差動保護為了獲得動作的選擇性，其動作電流的整定值必須大于差動回路中可能出現的最大不平衡電流。因為變壓器各側電壓等級不同，繞組的接線方式也不同，每一側電流互感器型號以及變比也會不同，還有變壓器的勵磁涌流等原因，使得縱差保護的不平衡電流變得較大。因為不平衡電流越大，那保護的靈敏度就會受到一定的影響，靈敏度就會隨之變低，這樣就不利于保護。因此分析變壓器縱差動保護不平衡電流的產生原因和減小它對保護的影響是縱差動保護的主要問題，通常這些問題歸結為變壓器縱差動保護的特殊問題。

[1]汪際峰.地區電網繼電保護整定計算.中國電力出版社，2010.

[2]萬千云.電力系統運行技術.中國電力出版社第二版，2010.

[3]崔家佩.電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算.中國電力出版社，2000.

[4]許建安.電力系統繼電保護（第2版）.中國水利水電出版社，2005.

[5]西北、東北電力設計院，編.《電力系統設計手冊》.上海人民出版社.

[6]水利電力部西北電力設計院，編.《電力工程電氣設計手冊》（電氣一次部分）.

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1004-7344（2016）20-0083-02

2016-7-1