摘要：簡述了干式變壓器差動保護的工作原理，分析了差動保護中電流不平衡的原因，并針對不同的原因對癥下藥。提出了相應的有效預防措施，以提高差動保護動作的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，從而保證干式變壓器的安全穩(wěn)定運行。查看更多勵磁信息[關鍵詞]差動保護電流互感器不平衡電流浪涌電流

1前言

干式變壓器差動保護基于環(huán)流原理。雙繞組干式變壓器，電流互感器安裝在兩側。當兩側電流互感器同極性同方向時，將兩側電流互感器不同極性的二次端子連接起來(如果同極性端子放在母線附近，則二次側接同極性)，差動繼電器的工作線圈并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。正常運行或外部故障時，兩側二次電流大小相等，方向相反，繼電器內(nèi)電流等于零，差動保護不動作。然而，由于干式變壓器實際運行引起的各種不平衡電流，差動繼電器的工作電流增加，從而降低了保護的靈敏度。

2.原因

不平衡電流有兩個方面：穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)。穩(wěn)態(tài)不平衡電流：產(chǎn)生的原因(1)干式變壓器高低壓側繞組的不同接線方式；(2)干式變壓器每側電流互感器的型號和比例不同；(3)有載分接開關引起的干式變壓器變比的變化。暫態(tài)不平衡電流主要是干式變壓器空載投入供電或切除外部故障恢復電壓時勵磁涌流引起的。

3影響和預防措施

干式變壓器差動保護電流不平衡的原因及預防措施如下。

3.1干式變壓器高低壓側繞組不同接線方式的影響及預防措施：

3.1.1干式變壓器接線組別對差動保護的影響

對于Y和y0連接的干式變壓器，由于初級繞組和次級繞組對應相的電壓同相，所以初級繞組和次級繞組兩側對應相的相位幾乎相同。常用的Y、d11接線干式變壓器，由于三角形側的線電壓存在30的相位差，所以其對應相的電流相位關系也相差30，即三角形側的電流比星形側的同相電流超前30，所以即使干式變壓器兩側的電流互感器二次電流相等，差動保護電路中也會出現(xiàn)不平衡電流。

3.1.2干式變壓器接線組別影響的預防措施

為了消除干式變壓器Y、d11接線引起的電流不平衡的影響，可以采用相位補償?shù)姆椒ǎ磳⒏墒阶儔浩餍切蝹鹊碾娏骰ジ衅鞫蝹冉映扇切危切蝹鹊碾娏骰ジ衅鞫蝹冉映尚切危瑥亩Ｕ娏骰ジ衅鞫坞娏鞯南辔弧Ｏ辔谎a償后，為了使每相兩個差動臂的電流值近似相等，在選擇電流互感器的比值nTA時，應考慮電流互感器的連接系數(shù)KC，即差動臂的電流為KCI1/nTA。其中I1為一次電流，變流器星形連接時KC=1，三角形連接時KC=3，如果變流器二次電流為5A，則兩側變流器的比例可按以下兩個公式選擇。 #p#分頁標題#e#

干式變壓器星形側的電流互感器比為：

nTA(Y)=3In(Y)/5

干式變壓器三角形側的電流互感器比率為：

nTA()=In()/5

式中(Y)干式變壓器繞組進星側額定電流；

在()干式變壓器三角形側的額定電流

干式變壓器兩側額定電壓不同，安裝在兩側的電流互感器型號不同，導致飽和特性和勵磁電流不同(分類到同一側)。因此，當外部短路發(fā)生時，會引起較大的不平衡電流，應僅通過適當增加保護動作電流來考慮。由于電流互感器都是標準化產(chǎn)品，實際選擇的比率一般與計算的比率不完全一致，所有干式變壓器的比率不可能完全相同，這會導致差動保護電路中電流不平衡。根據(jù)磁平衡原理，在差動繼電器中設置平衡線圈，可以消除因比率選擇不當而引起的不平衡電流。一般平衡線圈接在保護臂電流小的一側。因為平衡線圈和差動線圈一起纏繞在繼電器的中間磁柱上，所以應該適當選擇平衡線圈的匝數(shù)，使得平衡線圈產(chǎn)生的磁勢與差動線圈中差動電流產(chǎn)生的磁勢抵消。這樣就不會在次級繞組中感應出電勢，差動繼電器的執(zhí)行機構也就沒有電流了。但接線時要注意極性，平衡線圈小電流側和差動線圈差動電流產(chǎn)生的磁勢要相反。

3.3有載調(diào)壓運行中抽頭切換的影響及預防措施

在電力系統(tǒng)中，通常采用調(diào)整干式變壓器分接頭的方法來維持一定的電壓水平(由于分接頭的變化，干式變壓器的比例也發(fā)生變化)。但差動保護中電流互感器變比的選擇和差動繼電器平衡線圈的確定，只能根據(jù)一定的干式變壓器變比進行計算和調(diào)整，使差動回路達到平衡。當干式變壓器的抽頭改變時，平衡被破壞，出現(xiàn)新的不平衡電流。該不平衡電流與初級電流成正比，其值為

  Ibp＝±△UID.max/nTＡ

  式中±△U――調(diào)壓分接頭相對于額定抽頭位置的較大變化范圍

  ID.max――通過調(diào)壓側的較大外部故障電流。

  為了避免不平衡電流的影響，在整定保護的動作電流時應給予相應的考慮，即提高保護的動作整定值。

  3.4干式變壓器勵磁涌流的影響和防范措施

  3.4.1干式變壓器的勵磁涌流對差動保護的影響

  干式變壓器的高、低壓側是通過電磁聯(lián)系的，故僅在電源的一側存在勵磁電流，它通過電流互感器構成差回路中不平衡電流的一部分。在正常運行情況下，其值很小，一般不超過干式變壓器額定電流的3％～5％。當外部短路故障時，由于電源側母線電壓降低，勵磁電流更小，因此這些情況下的不平衡電流對差動保護的影響一般可以不必考慮。在干式變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復過程中，由于干式變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵磁電流（可達5～10倍的額定電流），通常稱為勵磁涌流。勵磁涌流的波形如下圖: #p#分頁標題#e#

  由圖可知，勵磁涌流IE中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵磁涌流已不是正弦波，而是尖頂波，且在較初瞬間完全偏于時間軸的一側。勵磁涌流的大小和衰減速度，與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、干式變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關。對于單相的雙繞阻干式變壓器，在其它條件相同的情況下，當電壓瞬時值為零時合閘，勵磁電流較大;如果在電壓瞬時值較大時合閘，則不會出現(xiàn)勵磁涌流，而只有正常的勵磁電流。對于三相干式變壓器，無論任何瞬間合閘，至少有兩相會出現(xiàn)不同程度的勵磁涌流。在起始瞬間，勵磁涌流衰減的速度很快，對于一般的中小型干式變壓器，經(jīng)0.5～1S后其值不超過額定流的0.25～0.5倍;大型電力干式變壓器勵磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值時約2~3S。這就是說，干式變壓器容量越大衰減越慢，完全衰減要經(jīng)過幾十秒的時間。根據(jù)試驗和理論分析結果得知，勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中二次諧波分量所占比例較大，約為60％以上。四次以上諧波分量很小，在較初幾個周期內(nèi)，勵磁涌流的波形是間斷的（即兩個波形之間有一間斷角），每個周期內(nèi)有120。～180。的間斷角，較小也不低于80。～100。[見左下圖（b）]。另外，勵磁涌流對于額定電流幅值的倍數(shù)，與干式變壓器容量有關，容量越大，干式變壓器的涌流倍數(shù)也越小。

  3.4.2干式變壓器差動保護中減小勵磁涌流影響的措施

  防止勵磁涌流的影響，采用BCH型具有速飽和變流器的繼電器是內(nèi)目前廣泛采用的一種方法。當外部故障時，所含非周期分量的較大不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快地單方面飽和，傳變性能變壞，致使不平衡電流難于傳變到差動繼電器的差動線圈上，保證差動保護不會誤動。內(nèi)部故障時雖然速飽和變流器一次線圈的電流也含有一定的非周期性分量，但它衰減得快，一般經(jīng)過1.5～2個周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線圈中通過的完全是周期性的短路電流，于是在二次線圈中產(chǎn)生很大的感應電動勢，并使執(zhí)行元件中的相應電流也較大，從而使繼電器能靈敏地動作。速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來躲過干式變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵磁涌流的非周期分量影響。

  此外，減小勵磁涌流還可以采用以下措施:

  3.4.3采用內(nèi)部短路電流和勵磁涌流波形的差別（有無間斷角）來躲過勵磁涌流。

  即間斷角鑒別法，這種方法是將差電流進行微分，再將微分后的電流進行全波整流，利用整流后的波形在動作整定值下存在時間長短來判斷是內(nèi)部故障，還是勵磁涌流。 #p#分頁標題#e#

  3.4.4利用二次諧波制動。

  保護裝置在干式變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時，利用二次諧波分量進行制動;內(nèi)部故障時，利用基波做;外部故障時，利用比例制動回路躲過不平衡電流。

  4結語

  綜上所述，為了保證差動保護動作的選擇性，差動繼電器的動作電流必須避越較大不平衡電流。不平衡電流越小，保護裝置的靈敏度越高，從而保證干式變壓器的安全穩(wěn)定運行。

  參考文獻

  陳曾田:《電力干式變壓器保護》.北京.中電力出版社.1989年版