浅谈变压器差动保护

浅谈变压器差动保护

摘要：变压器是电力系统的重要设备，对保证电网正常运行至为重要，大型变压器在使变压器保护难度加大的同时，也使对变压器保护的要求变得更严格。要使变压器安全、经济、稳定地运行得到充分的保证，就必须在保护原理和技术方案两方面共同处理好变压器的继电保护问题。差动保护是变压器的主保护，在电力方面运用比较普遍，采用比较多的是具备制动性的比率差动保护，这决定于它自身所具有的两个重要特点：区内故障可靠动作和区外故障可靠闭锁。然而具体应用时，在变压器出现区外故障的情况下，流过它自身的电流由于很大会导致其损坏，甚至引起严重后果，因此，对差动保护的要求很高、很严格。

关键词：变压器差动保护主保护

变压器主要用来起升压和降压的作用，它是电力系统领域应用很广的一种相当重要的设备，分布在电力系统各个不同的电压阶层，也是该领域必需的电器之一。一旦变压器出现故障，势必影响系统供电可靠性及安全性，此外，很多变压器也是相当贵重的，如大容量变压器等，这是不容忽视的。所以，很有必要按照变压器的重要性和贵重度，对变压器配置高性能、快动作、高可靠的继电保护。

对于35 kV及以上的变电站中通常都是采用差动保护，因为它是防止变压器内部故障的主保护。差动保护主要使用在保护双绕组、三

绕组变压器绕组内部及其引出线上等发生的各种相间短路故障，此外，还可以用来保护变压器单相匝间的短路故障。它的保护范围是组成变压器差动保护电流互感器之间的电气设备和连接线，也即是两端TA中间的设备和连接线。差动保护保护范围不包括区外故障，对区外的故障也不起任何作用，所以在区内出现故障的情况下，差动保护不用配合区外相邻元件的保护，动作立即发生。它的保护范围比较清楚，保护原理比较简单，使用电气量单纯，动作非常灵敏，几乎不需延时，正因为如此，差动保护用于变压器的主保护。

1 变压器差动保护的基本原理

变压器差动保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。差动保护装置,可以用来保护变压器线圈里面以及它的引出线上出现的相间短路和与大电流接地电网相连的变压器的单相接地故障，简言之，也就是双绕组、三绕组变压器绕组内部及其引出线上等发生的各种相间短路故障和变压器单相匝间的短路故障。电流互感器被装在了电力变压器的两侧来达到以上的保护目的。由于变压器具有两个或更多个电压等级，所以，要对两边的电流互感器的变化比进行比较合理的选择来保证差动保护动作的正确性。

2 差动保护中不平衡电流和励磁涌流

不平衡电流和励磁涌流是差动保护中的两个重要元素，下面简要

介绍一下不平衡电流的产生原因以及励磁涌流及其鉴别方法。

2.1 差动保护中不平衡电流产生原因

变压器在具体应用中，会受如环境温度、湿度、电磁干扰等多种因素的影响，从而会引起差动回路中出现不平衡的电流。由于变压器的差动保护受不平衡电流影响比较大，可能会导致其不能正常工作，所以必须及时恰当地解决引起不平衡电流的常见问题，这样才能保证变压器差动保护的正常工作，提高动作的准确性，避免差动保护装置发生误动或拒动的情况。

(1)变压器区外短路时引起的电流不平衡，由于穿越性短路电流其实是TA铁芯饱和，造成不平衡差流变大，而且不平衡差流随穿越性电流变大而变大。

(2)励磁涌流引起的电流不平衡。在切除变压器外部短路故障后恢复电压时，变压器电源侧绕组里面，将出现非常大的励磁电流，极短时间内达到6～8倍额定电流大小，但是这时电流仅流过变压器电源侧绕组，因此差动回路中产生很大的不平衡电流是必定的。

(3)电流互感器两侧特性不相同引起的，比如，使用的电流互感器，35 kV一边通常用断路器中的套管式，10 kV一边则常用环氧树脂浇铸式，它们的型号不一样，特性肯定不会没有差异，因此，差动回路中存在不平衡电流是不可避免的。

(4)变压器在工作过程中，改变分接开关的位置或者是在带负荷状态下调压，就会破坏电流互感器中二次电流的平衡，从而必在差动回路中产生不平衡电流。

2.2 变压器的励磁涌流及其鉴别方法

变压器差动保护继电器的正确选型、设计和整定，都是跟变压器的励磁电流分不开的。励磁电流仅仅出现在变压器的接通电源一侧的绕组，它的存在就等效于变压器内部故障时的短路电流，会对差动保护的正常工作造成影响。

变压器的励磁回路如果从其原边看的话，可以看作是非线性的电感。在变压器及其系统正常工作的情况下，铁芯没有处于饱和状态，这时它的相对导磁率相对大一些，变压器的励磁回路可以被看做是一含有铁芯的电感线圈，变压器的绕组电感也比较大，因此励磁电流小的在计算时可以不考虑。在外部短路情况下，因为系统电压减小，励磁电流造成的影响一般可忽略。

然而，如果遇到特殊情况，像电压突然增加的情况，比如切除外部故障后供电恢复时，铁芯饱和时的相对磁导率近似等于1，再从变压器原边看的话，励磁回路等效于空心线圈，回路电感减小，引起励磁电流可达额定电流的6～8倍。通常，这种变压器励磁电流称为励磁涌流。

变压器差动保护最重要的问题是正确鉴别励磁涌流以及内部故

障。长期以来，有很多的学者在研究励磁涌流和内部故障的判别原理和识别方法，其中最主要方法有：二次谐波电流鉴别励磁涌流、波形特征识别法、谐波识别法、基于间断角原理鉴别励磁涌流、基于波形对称原理鉴别励磁涌流、基于波形凹凸性识别励磁涌流、磁通特性识别法、等值电路识别法、有功功率识别法。

3 变压器差动保护发展方向

虽然从变压器差动保护出现以来，对励磁涌流的准确识别就已然是变压器差动保护必须要研究和重点解决的问题之一，但到目前为止都没有达到令人十分满意的效果，因此，在找到更先进的新原理和更可取的新技术之前，只能加深对差动保护励磁涌流的研究，增强对它的准确识别的能力。由于变压器差动继电保护系统将辨认励磁涌流为变压器内部故障电流，而可能引起继电器的误动作，故必须设法区分。目前为止，变压器主保护的动作准确率还不够高，甚至还比较低，变压器差动保护以及与它相关的判断依据要更加完善。然而，新器件，新技术的应用为变压器的保护研究与发展提供了一个广阔的天地。计算机与网络技术的迅猛发展，高性能的微处理器芯片不断出现，微机变压器保护装置的性能不断得到改善，整个微机保护系统正向集成化，人工智能化，网络化，通信一体化，标准化方向发展。

4 结语

随着变压器的复杂性的增加及设备贵重程度的提高等，对变差器