浅谈对变压器差动保护不平衡电流的认识

浅谈对变压器差动保护不平衡电流的认识

摘要:差动保护是变压器的主保护。但在实际运行中,产生了不平衡电流降低了保护的灵敏度,有时会产生误动作现象。本文分析了差动保护不平衡电流产生的原因,并提出有效的防范措施。

关键词:差动保护不平衡电流影响措施

引言

在旗县农电局66千伏变电所中,差动保护是变压器的主保护。理论上,当变压器两侧电流互感器的极性相同时,把电流互感器不同极性的二次端子相连,差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上,此时变压器两侧的二次电流大小相等,方向相反,通过继电器中的电流为零,差动继电器将不会动作。但是在实际运行时,由于各种因素产生了不平衡电流,因而降低了保护的灵敏度,有时会产生误操作现象。因此通过了解变压器差动保护工作原理,分析差动保护不平衡电流产生的原因,找出有效的防范措施,提高差动保护动作的灵敏度性,对确保变压器的安全稳定运行很有必要。

1 不平衡电流产生的原因及其对差动保护的主要影响和消除方法

(1)变电所主变压器基本采用Yd11的接线方式,其两侧电流的相位差为30度,所以会在差动继电器中产生不平衡电流。消除这种不平

衡电流影响的最好方法是采用相位补偿法,通常将变压器的高压侧的三个电流互感器接成三角形,将变压器低压侧的三个电流互感器接成星形,通过调整互感器出线联接方式可使二次电流的相位相同。但是经过相位调整后,在高低压侧的电流幅值出现了偏差,差动电流增大。为了保证在正常运行情况下差动回路中电流近似为零,常通过将该侧电流互感器的电流乘以个系数,尽可能与另一侧的电流相近,使差动电流维持在最小水平。这是消除不平衡电流的一种常用方法。

(2)变压器的励磁涌流也会产生不平衡电流。变压器空载投入运行时,由于变压器的铁芯非常饱和,励磁电流将剧烈增大,这时出现可达额定电流8倍左右的励磁涌流。励磁涌流的大小与回路的阻抗、变压器的容量和铁芯性质等有关系,变压器容量越大,涌流倍数反而越小。另一方面,励磁涌流中含有二次谐波分量和大量的非周期分量,非周期分量都是偏到时间轴的一边,衰减比较慢。还有就是励磁涌流与合闸瞬间外加电压的相位,铁芯中剩磁的大小及铁芯材料等因素有关。在合闸瞬间,励磁涌流衰减的速度很快,对于中小型变压器,经1s 后,励磁涌流值不超过额定电流的0.25倍; 大型电力变压器励磁涌流的衰减速度较慢,衰减时间约为3s。这就是说,变压器容量越大励磁涌流衰减越慢,衰减时间越长。这时通常采用比率制动方法加以消除。

(3)变压器高低压侧电流互感器的变比不一样也会产生不平衡电流。在设计选择互感器时,是根据互感器的标准产品来确定一个比较接近的变比,实际选用的变比,与计算变比不可能完全一致,这是在差

动保护回路引起不平衡电流的又一个原因。这种变比选择不合适引起的不平衡电流,可在差动继电器中设置平衡线圈加以消除,平衡线圈一般接于保护臂电流小的一侧,因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上,选择好平衡线圈的匝数,让它产生的磁势和差流在差动线圈中产生的磁势相抵消,使得流经差动继电器的执行元件的电流为零。只不过接线时要注意极性,应使小电流侧在平衡线圈与差流在差动线圈产生的磁势相反。现在采用微机保护系统后,这种方法已经不常用了。

(4)变压器高低压侧电流互感器型号不一样也会产生不平衡电流。既然变压器两侧电流互感器的型号不一样,它们的饱和特性和励磁电流也就不一样,所以在外部故障时差动回路中所产生的不平衡电流就较大。这时应参考电流互感器的同型系数,并适当提高差动保护的动作电流值。

(5)电网电压出现波动时,通常利用调节变压器分接头的位置来维持电网的电压保持在正常水平。当改变变压器分接头位置时,就相当于改变了变压器的变比。但是差动保护中电流互感器以及差动继电器平衡线圈已经确定,当改变分接头时,差动回路就出现了新的不平衡电流Ibp,Ibp与一次电流Id.max成正比,即:

Ibp＝±△U·Id.max/Kn

式中±△U——调压分接头相对于额定抽头位置的最大变化范围

Id.max——通过调压侧的最大外部故障电流。

为消除这一不平衡电流的影响,在整定保护的动作电流时应相应增大保护的动作整定值。

2 变压器差动保护中减小励磁涌流影响的措施

(1)采用内部短路电流和励磁涌流波形的差别来躲过励磁涌流。具体方法是将差流进行微分,再将微分后的电流进行全波整流,利用整流后的波形,在动作整定值下存在时间长短,来判断是内部故障、还是励磁涌流。

(2)选取具有速饱和变流器的继电器是被广泛采用的一种减小励磁涌流影响的方法。发生外部故障时,非周期分量的最大不平衡电流能使变流器的铁芯很快单方面的饱和,使不平衡电流难以传到差动继电器的线圈上,从而保证差动保护不会误动作。发生内部故障时,变流器的一次线圈中非周期分量的衰减速度相当快,大约2个周期衰减完毕,完毕后通过的则是短路电流,继电器能灵敏动作。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能,来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。

(3)采用比率制动方法。在变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量,利用差流中二次谐波所占的比率作为制动系数,能鉴别变压器

空载合闸时的励磁涌流,保证保护装置在变压器空载投入时,能可靠地运行。

假设差动保护中差动电流的二次谐波幅值用Id2表示,差动电流Id中二次谐波所占的比率K2可表示为K2=Id2/Id,二次谐波制动系数为Kxb,只要K2大于Kxb,就可以认为是励磁涌流,此时保护不动作。在K2小于Kxb并同时满足比率差动其它判据时,才允许保护装置保护动作。作为比率差动保护的一主要判据是K2>Kxb。

二次谐波制动系数Kxb可根据实际要求整定,整定范围为0.1～0.35,通常取值为0.15,一般不宜低于0.15。

综上所述,为了保证差动保护动作的选择性,差动继电器的动作电流必须避越最大不平衡电流。产生的不平衡电流越小,保护装置的灵敏度越高,越能保证变压器的安全稳定运行。

参考文献

[1] 陈曾田.电力变压器保护.北京:中国电力出版社，1989.

[2] 刘清瑞.对提高变压器保护动作可靠性的探讨,电力系统装备,2005,8.

[3] 许建安.电力系统微机继电保护[M].北京:中国电力出版社，2001.