變壓器差動保護不平衡電流成因及消除方法探討

黃徐

摘要：電力變壓器能夠安全穩(wěn)定運行，與差動保護有著密不可分的關(guān)系，變壓器差動保護在基爾霍夫電流原理上構(gòu)建，在變壓器的各側(cè)安裝電流互感器，比較各側(cè)電流相位和數(shù)值大小，完成差動保護功能。以雙卷變?yōu)槔谡＿\行時發(fā)生區(qū)外故障，兩側(cè)電流互感器二次電流其方向相同，大小相等，差動電流其數(shù)值為不平衡電流，當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，兩側(cè)電流互感器二次電流其方向相反，差動電流很大，差動保護必須動作。由此可見內(nèi)部故障時容易實現(xiàn)變壓器差動保護的可靠動作，而區(qū)外故障時，不平衡電流的大小則嚴重影響著變壓差動保護的可靠性。

關(guān)鍵詞：變壓器;差動保護;不平衡電流

一、不平衡電流產(chǎn)生的原因

變壓器內(nèi)部出現(xiàn)勵磁涌流、變壓器兩側(cè)電流相位不同、變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭、變壓器兩側(cè)互感器勵磁特性不一致、電流互感器計算電流比與實際電流比不同，以上幾方面均是導致不平衡電流出現(xiàn)的原因。

二、不平衡電流對差動保護形成的影響以及消除手段

（一）變壓器勵磁涌流

變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對差動回路來說，勵磁電流的存在就相當于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流。因此，它必然給差動保護的正確工作帶來不利影響。

正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓降低，勵磁電流也將減小。因此，在正常運行和外部短路時勵磁電流對差動保護的影響常常可忽略不計。

但是，在電壓突然增加的特殊情況下，比如變壓器在空載投入和外部故障切除后恢復供電的情況下，則可能出現(xiàn)勵磁涌流。勵磁涌流具有如下特征：

1.勵磁涌流數(shù)值很大，最大可達變壓器額定電流的6-8倍;

2.勵磁涌流包含有很大成分的非周期分量，波形呈尖頂波形且偏于時間軸的一側(cè);

3.勵磁涌流包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主;

4.勵磁涌流相鄰波形是不連續(xù)的，因而波形之間出現(xiàn)了間斷角。

由于勵磁涌流的存在，使變壓器差動回路產(chǎn)生很大的不平衡電流，常常導致差動保護的誤動作，給變壓器差動保護的實現(xiàn)帶來困難。

我們可以利用勵磁涌流的這些特征克服勵磁涌流：

1.采用帶有速飽和變流器的差動繼電器構(gòu)成差動保護

2.利用二次諧波制動原理構(gòu)成差動保護

3.利用間斷角原理構(gòu)成差動保護

（二）電壓器兩側(cè)電流相位存在差異

由于變壓器常常采用Y，d11（對雙繞組變壓器而言）的接線方式，因此，其兩側(cè)電流的相位相差30°。此時，如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式（即均采用Y形接線方式），則二次電流由于相位不同，也會在差動保護差回路產(chǎn)生不平衡電流。

解決辦法是對一側(cè)電流相位進行補償：

即利用電流互感器接線方式（將變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形，將變壓器三角形側(cè)電流互感器接成星形）補償電流相位，或由微機型差動保護軟件將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整至同相。“外轉(zhuǎn)角”補償接線示例如圖2所示。

（三）變壓器帶負荷調(diào)整分接頭

在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常采用有載調(diào)壓變壓器，改變變壓器的分接頭位置，實際上就是改變變壓器的變比。如果差動保護已經(jīng)按某一運行方式下的變壓器變比調(diào)整好，則當變壓器帶負荷調(diào)壓時，其變比會改變，此時，差動保護就得重新進行調(diào)整才能滿足要求，但這在運行中是不可能的。因此，變壓器分接頭位置的改變，就會在差動繼電器中產(chǎn)生不平衡電流，它與電壓調(diào)節(jié)范圍有關(guān)，也隨一次電流的增大而增大。

變壓器帶負荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流無法避免，只能通過整定計算時按中間檔位分接頭進行計算來減小不平衡電流。

（四）變壓器兩側(cè)互感器勵磁特性不一致

與線路縱聯(lián)差動保護類似，各側(cè)電流互感器勵磁電流之間的不一致，形成變壓器差動回路不平衡電流。由電流互感器的等效電路可知，形成電流互感器誤差的根本原因是勵磁電流。而變壓器各側(cè)電流互感器之間的勵磁特性差異則導致了變壓器差動回路的不平衡電流，由于變壓器各側(cè)電流互感器型號不同，計算不平衡電流時TA同型系數(shù)取1。外部故障時有較大電流“穿越”變壓器，不平衡電流也較大。

解決辦法與線路縱聯(lián)差動保護類似，通常采用比率制動技術(shù)配合動作值整定躲過不平衡電流的影響，當制動電流增大時自動提高動作電流。

比率制動方程可表示為：

（五）電流互感器計算電流比與實際電流比不同

變壓器高、低壓兩側(cè)電流的大小是不相等的。在正常運行或外部短路時，要求流入繼電器差動回路的電流為零。實際上由于電流互感器在制造上的標準化，往往選出的是與計算電流比相接近且較大的標準電流比的電流互感器。這樣，由于電流比的標準化使得其實際電流比與計算電流比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。

解決辦法是：經(jīng)過上述幾點辦法消除了不平衡電流的二次電流因為電流互感器計算電流比與實際電流比不同依然不相等時，可將二者相除得到一平衡系數(shù)，在作差動計算時，將其中某一電流乘平衡系數(shù)以消除電流互感器計算電流比與實際電流比不同所產(chǎn)生的不平衡電流。

結(jié)語：

變壓器作為一種電力設備有它的獨特性，變壓器通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，因此不能簡單地利用基爾霍夫電流原理進行差動計算。一種成熟合格的變壓器差動保護需要考慮各種因素減小不平衡電流，以保證差動保護的可靠性，而其中如何解決各側(cè)電流相位不一與勵磁涌流的影響又是解決不平衡電流問題的關(guān)鍵。

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