變壓器差動保護的技術分析

劉宇航

摘 要：差動保護原理一直作為變壓器的主保護而得到廣泛應用，在國際專利分類法（IPC）中針對變壓器的差動保護存在具體組，即H02H7/045，專門用于針對變壓器的差動保護的分類號。隨著電力系統復雜性的提高，用電負荷和非線性電氣元件在電力系統中的應用也在增加，其對差動保護原理產生的影響也越來越明顯，導致傳統的差動保護存在誤動或拒動的可能，故針對繼電保護系統要求的靈敏性和可靠性無法得到滿足。所以，針對H02H7/045分類號下的專利申請進行分析，挖掘變壓器差動保護的發展方向，了解國內各企業或高校的申請量等，掌握國內變壓器差動保護的技術走向是有必要的。

關鍵詞：變壓器 差動保護 專利分析

中圖分類號：TH86 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）02-0-01

一、前言

變壓器是電力系統中不可或缺的重要組成元件之一，變壓器的運行安全與否，直接關系到整個電力系統能否正常、穩定地工作。而作為變壓器主要保護手段的變壓器差動保護能否滿足繼電保護要求對變壓器提供可靠地保護，同樣會直接影響到整個電力系統的安全。因此，在考慮大型變壓器繼電保護總體配置時，不僅要做到準確的監測并解除故障，而且同時還要做到其他故障問題不會誤動作。

二、變壓器差動保護的技術發展歷程

1.差動保護的提出

1904年，英國的C.H.Merz和B.Price首次提出電流差動保護，保護原理為：理想情況下，變壓器正常運行或外部故障時兩端電流大小相等、方向相反，差動保護不動作；內部故障時兩端電流大小不等、方向相同，保護動作。

2.差動保護的改進

針對早期差動保護存在的問題，差動保護有所改進，引入了帶有制動特性的差動保護。幾種常見的帶制動特性的差動保護判據有：以兩側電流矢量差為制動量；以兩側電流幅值之和為制動量；最大值制動；固定門檻制動；標積制動；比率制動。

3.差動保護的發展

由于帶制動特性的差動保護要受到負荷電流的影響，靈敏度較低。因此，差動保護有了進一步的發展，出現了采樣值差動保護、故障分量差動保護和零序、負序差動保護等。

4.差動保護的智能化

隨著微機技術的成熟與普及應用，差動保護與微機技術結合使用成為了一種趨勢，差動保護步入了智能化階段。為了更好地提高保護的可靠性和靈敏性，繼電保護工作者提出了模糊理論、人工神經網絡、自適應技術和小波變換等一系列智能保護判據。

三、國內專利申請現狀分析

1.申請量年度分布

專利年度申請量趨勢能夠在一定程度上反映技術受關注的程度及技術發展的趨勢，下圖圖1示出了變壓器差動保護的專利申請量的年度分布趨勢，從圖中可以看出，2003年之前申請量相對穩定，并未出現申請量大幅增加的情況，在2004年出現了申請量的第一次高峰期，隨著用電負荷的增加，電網不斷擴大及發展，傳統的變壓器差動保護無法滿足保護的可靠性和靈敏性，2006年至今相較于2003年之前有了較大的申請量的增加，世界各國研究機構、各大公司和各大高校開始重視對于變壓器差動保護的研究。同時，也從側面反映出電網系統的不斷擴張，隨著用電負荷和非線性電氣元件的投入，變壓器差動保護傳統方法的問題在凸顯，急需更加完善的保護方法以避免保護誤動或拒動；另外，智能算法和微機技術的大力發展，也為差動保護帶來了智能化保護的發展走向。

2.申請人

關于變壓器差動保護主要申請人及其申請量，國家電網公司以184件專利申請排名第一，浙江大學和西門子公司分別以123和99位居第二、第三位，日本、美國的公司也有一定量的申請，可見我國對變壓器差動保護的研究處于領先地位。

3.國內申請狀態分析

下圖圖2為變壓器差動保護技術國內申請人分布情況，從圖中可以看出，國內申請以國家電網公司和浙江大學申請為主，企業申請為輔，其中，國家電網公司和浙江大學占比最高，這與國家電網公司業務方向和浙江大學專業學科優勢存在較大關聯。

下圖圖3為變壓器差動保護技術國內申請省市分布情況，從圖中可以看出，申請最突出部分區域分布在江蘇、浙江、北京這三個省市區域，其中，江蘇省電力公司發展較快，在江蘇省存在南瑞、南瑞繼保、南自等多家保護研究型企業，且多家高校例如東南大學、河海大學等存在電力的優勢學科，具有一定的科研能力和科研環境；浙江和北京與江蘇情況類似，從專利申請量也能反映出該三個省市區域在全國范圍內均屬于電力保護領域發展的排頭兵。

四、總結

在變壓器差動保護實際工作過程中，經過數據統計，引發差動保護誤動或拒動的原因有很多，其中，勵磁涌流是容易導致變壓器繼電保護裝置誤動的原因之一。所以，除了在保護原理上進行改進外，通過識別勵磁涌流并閉鎖差動保護同樣是避免變壓器差動保護誤動的重要保護方法。現有技術中針對勵磁涌流的識別有間斷角、二次諧波制動、波形對稱等原理，該方法在一定程度上還是具有一定的局限性，所以，通過改進勵磁涌流識別方法也是H02H7/045分類號下重要的申請方向。交叉學科的出現，給差動保護帶來了進一步完善、發展和創新的機遇。結合通訊技術，實現每個變壓器的差動保護裝置的信息共享和利用中心站實現故障信息的綜合處理，真正做到統籌兼顧以適應不同工況下的故障情況。

參考文獻

[1]黃少鋒.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2015年4月.

[2]黃新波. 智能變電站原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2013年5月.