基于等值回路平衡方程的變壓器保護原理

張 翔

（國網江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

基于等值回路平衡方程的變壓器保護原理

張 翔

（國網江蘇省供電公司檢修分公司南通運維分部，226001）

本文針對等值回路平衡方式的變壓器保護原理及相關問題進行分析。

等值回路平衡方程；變壓器；保護原理

0 前言

在電力系統中，電力變壓器是一種重要的輸變電設備，電力變壓器的主保護系統是差動保護，這些系統的運行都是以基爾霍夫電流定律作為理論依據。本文以等值電路原理作為依據，在對變壓器正常運行和發生故障狀態的回路方程基礎上進行分析，對變壓器運行狀態的判斷原理利用回路方程值是否等于零進行驗證。本文對變壓器漏感參數采用最小二乘法的方式進行估算，對保護靈敏度進行提高。

1 基于等值回路平衡方程的變壓器保護原理分析

1.1 變壓器正常運行和外部短路狀態回路方程

由滿足雙繞組單相變壓器正常運行狀態的回路方程式和外部短路狀態的回路方式中可以得出：

其中，原、副邊繞組的電壓為u1、u2；原、副邊繞組的電流為i1、i2；原、副邊繞組的漏感為L1、L2；原、副邊繞組的匝數為N1、N2；元、副邊繞組的互感磁通為φm。

根據回路方程式(1)、(2)可以得出互感磁通φm應該相等的結論，從而推導出原、副邊繞組平衡回路方程式為 ：

由回路方程式(3)與遍野器勵磁涌流情況相結合，已知2次測電流值為0，得出：

1.2 變壓器內部出現故障狀態回路方程式

據變壓器現場運行狀況表明，變壓器出現最常見的故障就是變壓器繞組匝間短路故障。由于可以把匝地故障變壓器看作為一種特殊的變壓器匝間故障，因此以下對變壓器匝間故障類型進行主要分析。可以將變壓器內部故障匝間短路的繞組分為、、三個等效的子繞組，、、分別為子繞組的漏感，、、分別是子繞組的漏互感，、分別為子繞組的電阻，其中匝間短路繞組內部環流為。

可得子繞組的回路方程式為

已知原、副邊繞組互感磁通項φm是相等的，由此可以得出在變壓器內部發生故障時，元、副邊回路方程式不再平衡。

1.3 基于等值回路平衡方程的電壓器保護判據

假設

在變壓器處于正常運行狀態時，回路方式為0。當變壓器內部發生故障時，變壓器的繞組電流和內部結構參數發生一定變化，使回路方式不再為0。在變壓器運行中，樓電感參數值和繞組電阻參數值都存在一定的誤差，同時變壓器分接頭位置的改變在保持系統電壓的情況下，使電壓器的變比不再是固定值，由此得出，回路方程式在變壓器的正常運行狀態下和電壓器外部發生短路狀態下，其值為一個不是0的值。可用作為判斷變壓器發生內部故障的保護依據。為了提高變壓器保護動作的可靠性，一段時間內絕對值之和可以用來表示，電壓器的保護判斷時間就在這段時間范圍內，變壓器外部短路的最大不平衡值用表示。

2 變壓器漏感參數辨識和驗證

2.1 簡介

由基于等值回路平衡方程的電壓器保護判據回路方程式可知，要想對本文提出的原理進行實現，就必須對變壓器原、副邊繞組的漏感值和電阻值作為已知條件。然而在現實中，變壓器上的銘牌參數一般只對短路電抗fffffe，和短路損耗fffffd的值表明，并不對變壓器的各側繞組的漏感值和電阻值顯示，因此，如何準確且便捷的獲得漏感值和電阻值，是實現等值回路平衡方程的變壓器保護原理的關鍵技術。由實際測量可知，大型變壓器的繞組電阻一般很小，因此成為影響保護靈敏度的主要參數就是變壓器各側繞組漏感參數。繞組的結構決定了繞組的漏感值。在變壓器中，當繞組發生了變形，隨之幾何圖形也會發生變化，進而變壓器的漏感值發生變化。針對此種情況，本文將正常狀態下的原、副邊回路的平衡方程式作為研究基礎，對變壓器繞組各側漏感值的辨識采用最小二乘法的方法，以達到保護算法靈敏度的提高。

2.2 最小二乘算法

以誤差平方和為準則，對符合實驗數據的最優參數評估方法的擬出就是最小二乘法。

Principle of transformer protection based on equivalent circuit equilibrium equation

Zhang Xiang
（State grid power supply company in Jiangsu Province, Nantong branch maintenance branch 226001)

In this paper,the principle of transformer protection based on equivalent circuit balance method and related issues are analyzed.

equivalent circuit equilibrium equation;transformer;protection principle