摘要：簡(jiǎn)述了干式變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作原理，分析了差動(dòng)保護(hù)中電流不平衡的原因，并針對(duì)不同的原因?qū)ΠY下藥。提出了相應(yīng)的有效預(yù)防措施，以提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(yùn)行。查看更多勵(lì)磁信息[關(guān)鍵詞]差動(dòng)保護(hù)電流互感器不平衡電流浪涌電流

1前言

干式變壓器差動(dòng)保護(hù)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(cè)。當(dāng)兩側(cè)電流互感器同極性同方向時(shí)，將兩側(cè)電流互感器不同極性的二次端子連接起來(lái)(如果同極性端子放在母線附近，則二次側(cè)接同極性)，差動(dòng)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(yùn)行或外部故障時(shí)，兩側(cè)二次電流大小相等，方向相反，繼電器內(nèi)電流等于零，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。然而，由于干式變壓器實(shí)際運(yùn)行引起的各種不平衡電流，差動(dòng)繼電器的工作電流增加，從而降低了保護(hù)的靈敏度。

2.原因

不平衡電流有兩個(gè)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(cè)繞組的不同接線方式；(2)干式變壓器每側(cè)電流互感器的型號(hào)和比例不同；(3)有載分接開關(guān)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(fù)電壓時(shí)勵(lì)磁涌流引起的。

3影響和預(yù)防措施

干式變壓器差動(dòng)保護(hù)電流不平衡的原因及預(yù)防措施如下。

3.1干式變壓器高低壓側(cè)繞組不同接線方式的影響及預(yù)防措施：

3.1.1干式變壓器接線組別對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

對(duì)于Y和y0連接的干式變壓器，由于初級(jí)繞組和次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)相的電壓同相，所以初級(jí)繞組和次級(jí)繞組兩側(cè)對(duì)應(yīng)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(cè)的線電壓存在30的相位差，所以其對(duì)應(yīng)相的電流相位關(guān)系也相差30，即三角形側(cè)的電流比星形側(cè)的同相電流超前30，所以即使干式變壓器兩側(cè)的電流互感器二次電流相等，差動(dòng)保護(hù)電路中也會(huì)出現(xiàn)不平衡電流。

3.1.2干式變壓器接線組別影響的預(yù)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(bǔ)償?shù)姆椒ǎ磳⒏墒阶儔浩餍切蝹?cè)的電流互感器二次側(cè)接成三角形，三角形側(cè)的電流互感器二次側(cè)接成星形，從而校正電流互感器二次電流的相位。相位補(bǔ)償后，為了使每相兩個(gè)差動(dòng)臂的電流值近似相等，在選擇電流互感器的比值nTA時(shí)，應(yīng)考慮電流互感器的連接系數(shù)KC，即差動(dòng)臂的電流為KCI1/nTA。其中I1為一次電流，變流器星形連接時(shí)KC=1，三角形連接時(shí)KC=3，如果變流器二次電流為5A，則兩側(cè)變流器的比例可按以下兩個(gè)公式選擇。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

干式變壓器星形側(cè)的電流互感器比為：

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

干式變壓器三角形側(cè)的電流互感器比率為：

nTA()=In()/5

式中(Y)干式變壓器繞組進(jìn)星側(cè)額定電流；

在()干式變壓器三角形側(cè)的額定電流

干式變壓器兩側(cè)額定電壓不同，安裝在兩側(cè)的電流互感器型號(hào)不同，導(dǎo)致飽和特性和勵(lì)磁電流不同(分類到同一側(cè))。因此，當(dāng)外部短路發(fā)生時(shí)，會(huì)引起較大的不平衡電流，應(yīng)僅通過(guò)適當(dāng)增加保護(hù)動(dòng)作電流來(lái)考慮。由于電流互感器都是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，實(shí)際選擇的比率一般與計(jì)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(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)電路中電流不平衡。根據(jù)磁平衡原理，在差動(dòng)繼電器中設(shè)置平衡線圈，可以消除因比率選擇不當(dāng)而引起的不平衡電流。一般平衡線圈接在保護(hù)臂電流小的一側(cè)。因?yàn)槠胶饩€圈和差動(dòng)線圈一起纏繞在繼電器的中間磁柱上，所以應(yīng)該適當(dāng)選擇平衡線圈的匝數(shù)，使得平衡線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)與差動(dòng)線圈中差動(dòng)電流產(chǎn)生的磁勢(shì)抵消。這樣就不會(huì)在次級(jí)繞組中感應(yīng)出電勢(shì)，差動(dòng)繼電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就沒有電流了。但接線時(shí)要注意極性，平衡線圈小電流側(cè)和差動(dòng)線圈差動(dòng)電流產(chǎn)生的磁勢(shì)要相反。

3.3有載調(diào)壓運(yùn)行中抽頭切換的影響及預(yù)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(lái)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(dòng)保護(hù)中電流互感器變比的選擇和差動(dòng)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(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，使差動(dòng)回路達(dá)到平衡。當(dāng)干式變壓器的抽頭改變時(shí)，平衡被破壞，出現(xiàn)新的不平衡電流。該不平衡電流與初級(jí)電流成正比，其值為

  Ibp＝±△UID.max/nTＡ

  式中±△U――調(diào)壓分接頭相對(duì)于額定抽頭位置的較大變化范圍

  ID.max――通過(guò)調(diào)壓側(cè)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(hù)的動(dòng)作電流時(shí)應(yīng)給予相應(yīng)的考慮，即提高保護(hù)的動(dòng)作整定值。

  3.4干式變壓器勵(lì)磁涌流的影響和防范措施

  3.4.1干式變壓器的勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

  干式變壓器的高、低壓側(cè)是通過(guò)電磁聯(lián)系的，故僅在電源的一側(cè)存在勵(lì)磁電流，它通過(guò)電流互感器構(gòu)成差回路中不平衡電流的一部分。在正常運(yùn)行情況下，其值很小，一般不超過(guò)干式變壓器額定電流的3％～5％。當(dāng)外部短路故障時(shí)，由于電源側(cè)母線電壓降低，勵(lì)磁電流更小，因此這些情況下的不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)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(fù)過(guò)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(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵(lì)磁電流（可達(dá)5～10倍的額定電流），通常稱為勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流的波形如下圖: #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

  由圖可知，勵(lì)磁涌流IE中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵(lì)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(shí)間軸的一側(cè)。勵(lì)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(guān)。對(duì)于單相的雙繞阻干式變壓器，在其它條件相同的情況下，當(dāng)電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合閘，勵(lì)磁電流較大;如果在電壓瞬時(shí)值較大時(shí)合閘，則不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，而只有正常的勵(lì)磁電流。對(duì)于三相干式變壓器，無(wú)論任何瞬間合閘，至少有兩相會(huì)出現(xiàn)不同程度的勵(lì)磁涌流。在起始瞬間，勵(lì)磁涌流衰減的速度很快，對(duì)于一般的中小型干式變壓器，經(jīng)0.5～1S后其值不超過(guò)額定流的0.25～0.5倍;大型電力干式變壓器勵(lì)磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值時(shí)約2~3S。這就是說(shuō)，干式變壓器容量越大衰減越慢，完全衰減要經(jīng)過(guò)幾十秒的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)和理論分析結(jié)果得知，勵(lì)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(gè)周期內(nèi)，勵(lì)磁涌流的波形是間斷的（即兩個(gè)波形之間有一間斷角），每個(gè)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(lì)磁涌流對(duì)于額定電流幅值的倍數(shù)，與干式變壓器容量有關(guān)，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(dòng)保護(hù)中減小勵(lì)磁涌流影響的措施

  防止勵(lì)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(dāng)外部故障時(shí)，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(dòng)繼電器的差動(dòng)線圈上，保證差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。內(nèi)部故障時(shí)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(guò)1.5～2個(gè)周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線圈中通過(guò)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并使執(zhí)行元件中的相應(yīng)電流也較大，從而使繼電器能靈敏地動(dòng)作。速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來(lái)躲過(guò)干式變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵(lì)磁涌流的非周期分量影響。

  此外，減小勵(lì)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(lì)磁涌流波形的差別（有無(wú)間斷角）來(lái)躲過(guò)勵(lì)磁涌流。

  即間斷角鑒別法，這種方法是將差電流進(jìn)行微分，再將微分后的電流進(jìn)行全波整流，利用整流后的波形在動(dòng)作整定值下存在時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷是內(nèi)部故障，還是勵(lì)磁涌流。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

  3.4.4利用二次諧波制動(dòng)。

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

  4結(jié)語(yǔ)

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

  參考文獻(xiàn)

  陳曾田:《電力干式變壓器保護(hù)》.北京.中電力出版社.1989年版