变压器差动保护不平衡电流分析及消除

变压器差动保护不平衡电流分析及消除
摘要变压器差动保护是变压器的主保护，它是按照循环电流原理构成的。

双绕组变压器在其两侧装设电流互感器，在理想情况下，当两侧电流互感器的同极性在同一方向，则将两侧电流互感器不同极性的二次端子相连接，（假如同极性端子均置于靠近母线一侧时，二次侧应为同极性相连）差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上，在正常运行或区外故障时，两侧的二次电流大小相等，方向相反，通过继电器中的电流等于零，因此差动继电器不动作，但实际运行中，由于种种不平衡电流的存在，使得差动保护整定时需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。

因此对差动保护的不平衡电流产生的原因和消除方法进行分析很有必要。

关键词变压器；差动；不平衡电流；分析；消除
中图分类号TM407 文献标识码 A 文章编号1673-9671-（2012）111-0145-01
变压器差动保护是变压器的主保护，一般容量在6300KV以上均应装设纵差动保护，它是按照循环电流原理构成的。

双绕组变压器在其两侧装设电流互感器，在理想情况下，当两侧电流互感器的同极性在同一方向，则将两侧电流互感器不同极性的二次端子相连接，（假如同极性端子均置于靠近母线一侧时，二次侧应为同极性相连）差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上，在正常运行或区外故障时，两侧的二次电流大小相等，方向相反，通过继电器中的电流等于零，因此差动继电器不动作，但实际运行中，由于种种不平衡电流的存在，使得差动保护整定时需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。

因此对差动保护的不平衡电流产生的原因和消除方法进行分析很有必要。

1 不平衡电流产生的原因
不平衡电流产生的原因主要有：1）变压器的励磁涌流。

2）变压器两侧电流相位不同。

3）计算变比与实际变比的不同。

4）两侧电流互感器型号不同。

5）变压器带负荷调整分接头。

2 对差动保护的影响和消除方法
2.1 由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流
变压器的励磁涌流仅流经变压器的某一侧，因此，它通过电流互感器反应到差动回落中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2-10倍。

在外部故障时，由于电压降低，励磁涌流减小，它的影响就很小。

但是在变压器空载投入和外部故障切除恢复时，由于变压器的铁芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大，这时出现数值很大的励磁电流，可达额定电流的5-10倍。

（通常称为励磁涌流）励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量（以二次谐波为主）它不是正弦波。

而是尖顶波，往往使励磁涌流偏于时间轴的一侧。

励磁涌流的大小和衰减速度、合闸瞬时外加电压的相位铁芯中剩磁的大小和方向、电流容量的大小、回路的阻抗、变压器的容量和铁芯性质等有关系。

例如，当电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。

对于三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。

变压器差动保护中减小励磁涌流影响的方法：1）防止励磁涌流的影响，采用BCH型具有速饱和变流器的继电器是国内目前广泛采用的一种方法。

当外部故障时，所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快单方面
的饱和，致使不平衡电流难以传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。

内部故障时，速饱和变流器的一次线圈中虽然也有非周期分量，但它的衰减速度相当快，一般2个周期衰减完毕，以后变流器中通过的全是周期性的短路电流，所以继电器能灵敏动作。

2）鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别，它是利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短来判定是内部故障还是励磁涌流。

3）利用二次谐波进行制动，内部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流。

2.2 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
由于变压器通常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位相差30度，即使变压器两侧的电流大小相等，反映到差动继电器中也会出现不平衡电流。

为了消除这种不平衡电流的影响，可用相位补偿法，通常将变压器的星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后可把二次电流的相位校正过来。

相位补偿后，在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了1.732倍。

为了保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大1.732倍（在微机保护中，通过程序中的平衡系数来平衡），以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。

2.3 由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流
由于变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一定的，因此，两侧互感器的变比与变压器的变比很难满足要求，此时差动回路中将有电流流过。

在实际选择互感器时，通常是根据互感器的定型产品来确定一个比较接近的变比。

计算时则先计算各侧的额定电流和差动继电器中各侧二次电流，然后得出流过差动继电器中的不平衡电流。

为了消除此不平衡电流，常采用具有速饱和铁芯的差动继电器利用它的平衡线圈来消除此差电流的影响。

一般平衡线圈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。

适当选择平衡线圈的平衡匝数，使它产生懂得磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消。

因此在铁芯中没有磁通，继电器不可能动作。

但实际上平衡线圈只能按整匝数进行选择，所以还会有一残余的不平衡电流存在，在整定计算时应加以考虑。

2.4 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
由于变压器两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算到同一侧）也就不同，因此在外部故障时差动回路中所产生的不平衡电流就较大。

此时应采用电流互感器的同型系数，并适当提高差动保护的动作电流。

2.5 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
带负荷调整分接头是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的常用方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比，假如差动保护已按某一变比调整好（如利用平衡线圈），则当分接头改变时就会产生新的不平衡电流流入差动回路，此时不可能再用重新选择平衡线圈的方法来消除这个不平衡电流，为了避免不平衡电流的影响，在整定保护的动作电流时应予以考虑，通常是提高保护的动作整定值。

由变压器两侧电流相位不同和计算变比与实际变比的不同产生的不平衡电流可适当地选择电流互感器二次线圈的接法和变比、以及采用平衡线圈的方法，可使其降到最小。

但由励磁涌流、互感器的型号不同和带负荷调整分接头而产生的不平衡电流是不可能消除的。

因此变压器的纵差动保护必须躲过这不平衡电流
的影响。

不平衡电流越小，保护的灵敏度就越高，从而保证变压器安全可靠运行。

采用具有磁力制动特性的差动继电器。

这种差动继电器是在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈，利用外部故障时的短路电流来实现制动，使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加，它能可靠地躲开变压器外部短路时的不平衡电流，并提高变压器内部故障时的灵敏度。

因此，继电器的启动电流随着制动电流的增大而增大。

通过正确的定值整定，可以使继电器的实际启动电流不论在任何大小的外部短路电流的作用下均大于相应的不平衡电流，变压器纵差保护能可靠躲过变压器外部短路时的不平衡电流。

参考文献
[1]许实章.电机学[J].机械工业出版社，1995.
[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[J].中国电力出版社，1996.
[3]陈德树.计算机继电保护原理与技[J].水利电力出版社，1992.。