變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的工作原理和保護(hù)配置分析

邱立新

（大慶市兒童公園管理處，黑龍江 大慶 163000）

1 引言

變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩類。內(nèi)部故障主要是變壓器繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地側(cè)單相接地短路。內(nèi)部故障是和危險(xiǎn)的，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的電弧不僅會(huì)破壞繞組的絕緣，燒毀鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，可能引起變壓器郵箱的爆炸。變壓器最常見的外部故障，是引出線絕緣套管的故障，它可能引起引出線相間短路或接地（對(duì)變壓器外殼）短路。變壓器的不正常工作情況有：由于外部短路或過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流、油面的降低和溫度升高等。

2 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的工作原理

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)變壓器一、二次側(cè)電流差值的一種快速動(dòng)作的保護(hù)裝置。用來(lái)保護(hù)變壓器內(nèi)部以及引出線和絕緣套管的相間短路，并且也可用來(lái)保護(hù)變壓器的匝間短路，其保護(hù)區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相原理接線如下圖所示，在變壓器的兩側(cè)裝有電流互感器，兩側(cè)電流互感器同級(jí)性端子相連接，電流繼電器接在差流回路內(nèi)。將變壓器看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)（將兩側(cè)電流歸算至同一個(gè)電壓等級(jí)），設(shè)一次側(cè)的電流為I1和I'2。二次側(cè)的電流為I"1 和I"2，流入電流繼電器的電流IKA。在正常運(yùn)行和外部k-1 點(diǎn)短路時(shí)，如果TA1 的二次電流I"1 和TA2 的二次電流I"2相等（或相差極小）則流入繼電器KA的電流為IKA=I"1-I"2=0（或差流值極?。?，繼電器KA 不動(dòng)作。而在差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)內(nèi)k-2 點(diǎn)短路時(shí)，對(duì)于單端供電的變壓器來(lái)說(shuō)I"2=0，所以IKA=I"1，超過(guò)繼電器KA 所整定的動(dòng)作電流IOP,使KA 瞬時(shí)動(dòng)作，然后通過(guò)出口繼電器KM 使斷路器QF1 和QF2 跳閘，切除故障變壓器，同時(shí)由信號(hào)繼電器KS1 和KS2 發(fā)出信號(hào)。

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流及減少措施

變壓器差動(dòng)保護(hù)是利用保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)變壓器兩側(cè)電流在差動(dòng)回路中引起的不平衡電流而動(dòng)作的一種保護(hù)。該不平衡電流用IUN表示，IUN=I'1-I'2，在正常運(yùn)行和外部k-1 點(diǎn)短路時(shí)，希望IUN盡可能地減小，理想情況下是IUN=0。但這幾乎是不可能的，不僅與變壓器和電流互感器的接線方式及結(jié)構(gòu)性能等因素有關(guān)，而且與變壓器的運(yùn)行方式有關(guān)，因此只能設(shè)法使之盡可能地減小。下面簡(jiǎn)述不平衡電流產(chǎn)生的原因及其減小或消除的措施。

（1）由于變壓器一、二次側(cè)接線不同引起的不平衡電流，工廠總降壓變電所采用Y,dll 接線的變壓器，其高、低壓側(cè)電流之間就有30 度的相位差，因此，即使高、低壓側(cè)電流互感器二次側(cè)電流做到大小相等，其差也不會(huì)為零，因而出現(xiàn)由相位差引起的不平衡電流。

為了消除這一不平衡電流，必須消除上述30 度的相位差。為此，將變壓器Y 型界限冊(cè)的電流互感器接成d 形接線；而d 形接線電流互感器接成Y 形接線。這樣，可以使電流互感器二次連接臂（差動(dòng)臂）上的每相電流相位一致，如下圖所示。這樣即可消除因變壓器高。低壓側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。

（2）由兩側(cè)電流互感器變比的計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值不同引起的不平衡電流 采用上述方法可以使Y，dll 變壓器的差動(dòng)保護(hù)連接臂上電流相位一致，但還沒(méi)做到其大小相等，這樣兩者的差仍然不為零。如果變壓器兩側(cè)電流互感器選的變比與計(jì)算結(jié)果完全一樣，則不平衡電流 =0。但實(shí)際所選電流互感器變比不可能與計(jì)算值完全相同，而只能選擇與計(jì)算值接近的標(biāo)準(zhǔn)變比。故兩連接臂撒謊能夠還是存在不平衡電流。為了消除這一不平衡電流，可以在電流骨干起二次回路接入自耦電流互感器來(lái)進(jìn)行平衡，或利用專門的差動(dòng)繼電器中的平衡線圈來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，消除不平衡電流。

（3）各側(cè)電流互感器型號(hào)和特性不同引起的不平衡電流 當(dāng)變壓器兩側(cè)電流互感器的型號(hào)和特性不同時(shí)，其飽和特性也不同（即使型號(hào)相同，其特性也不會(huì)完全相同）。在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外發(fā)生短路時(shí)，各側(cè)電流互感器在短路電流作用下其飽和成都相差更大，因此，出現(xiàn)的不平衡電流也就更大。這個(gè)不平衡電流，可采用提高保護(hù)動(dòng)作電流躲過(guò)。

（4）由于變壓器分接頭改變引起的不平衡電流 變壓器在運(yùn)行時(shí)，往往采用改變分接頭未知（即改變高壓繞組的匝數(shù)）進(jìn)行調(diào)壓。因?yàn)榉纸宇^的改變，就是變壓器變比的改變，因此，電流互感器二次側(cè)電流將改變，引起新的不平衡電流。也可采用提高保護(hù)動(dòng)作電流的措施躲過(guò)。

（5）由于變壓器勵(lì)磁涌流引起的不平衡電流 變壓器的勵(lì)磁電流僅流過(guò)變壓器電源側(cè)，因此，本身就是不平衡電流。在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，此電流很小，引起的不平衡電流可以忽略不計(jì)。但在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能有很大的勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁涌流）。

勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因是由于變壓器鐵心中的磁通不能突變引起過(guò)度過(guò)程產(chǎn)生的。因此，在變壓器差動(dòng)保護(hù)中減小勵(lì)磁涌流影響的方法是如下。

①采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器。

②采用比較波形間斷角來(lái)鑒別內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流的差動(dòng)保護(hù)。

③利用二次諧波制動(dòng)而躲開勵(lì)磁涌流。

在常規(guī)保護(hù)中現(xiàn)普篇使用的是BCH-2 型（DCD-2 型、DCD-2M 型）帶速飽和變流器短路線圈的差動(dòng)繼電器。

綜合上述分析可知，變壓器差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流要完全消除是不可能的，但采取措施，減小其影響，用以提高差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)。

4 變壓器的保護(hù)配置

電力變壓器的微機(jī)保護(hù)的配置原則與常規(guī)保護(hù)的配置是基本相同，但是由于微機(jī)保護(hù)軟件的特點(diǎn)，一般微機(jī)保護(hù)的配置較齊全，靈活。

4.1 中、低壓變電所主變壓器的保護(hù)配置

4.1.1 主保護(hù)配置

（1）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。由于中，低壓變電所容量不大，通常采用二次諧波閉鎖原理的比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。（2）差動(dòng)速斷保護(hù)。（3）本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放。

4.1.2 后備保護(hù)配置

主變壓器后備保護(hù)按側(cè)配置，各側(cè)后備之間、各側(cè)后備保護(hù)與主保護(hù)之間軟件、硬件均相互獨(dú)立。（1）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)變壓器過(guò)電流保護(hù)。Ⅰ段動(dòng)作跳本側(cè)分段斷路器，Ⅱ段動(dòng)作跳本側(cè)斷路器，Ⅲ段動(dòng)作斷開三側(cè)斷路器。（2）三段過(guò)負(fù)荷保護(hù)。Ⅰ段發(fā)信，Ⅱ段啟動(dòng)風(fēng)冷，Ⅲ段閉鎖有載調(diào)壓。（3）冷控失電，主變壓器過(guò)溫報(bào)警。

4.1.3 中線點(diǎn)直接接地系統(tǒng)變壓器后備保護(hù)的配置。

對(duì)于高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的變壓器，除了上述保護(hù)外應(yīng)考慮設(shè)置接地保護(hù)。1）中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，配置二段式零序過(guò)電流保護(hù)。2）中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行，配置一段兩實(shí)現(xiàn)間隙零序過(guò)電流保護(hù)。3）中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行，配置一段兩實(shí)現(xiàn)間隙零序過(guò)地阿牛保護(hù)。對(duì)于雙繞組變壓器，后備保護(hù)可以配置一套，裝于降壓變壓器的高壓側(cè)（或升壓變壓器的低壓側(cè)）。對(duì)于三繞組變壓器，后備保護(hù)可以配置兩套：一套裝于高壓側(cè)作為變壓器本身的后備保護(hù)；另一套裝于中壓側(cè)或低壓的電源側(cè)，并只作為相鄰元件的后備保護(hù)，餓日不作為變壓器本身的后備保護(hù)。

4.2 高壓變電所主變壓器的保護(hù)配置

4.2.1 主保護(hù)配置

（1）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)，除采用二次諧波閉鎖原理外，還可以采用波形鑒別閉鎖原理或?qū)ΨQ識(shí)別原理以客服勵(lì)磁涌流誤動(dòng)。（2）工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù)。（3）差動(dòng)速斷保護(hù)。（4）本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放。

4.2.2 后備保護(hù)配置

高壓側(cè)后備保護(hù)可按下列方式配置：（1）相間阻抗保護(hù)，方向阻抗元件帶3%的偏移度。（2）兩段零序方向過(guò)流保護(hù)。（3）反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)。（4）過(guò)負(fù)荷報(bào)警。

中壓側(cè)后備保護(hù)同高壓側(cè)。低壓側(cè)后備保護(hù)設(shè)兩實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)及零序過(guò)電壓保護(hù)。

[1]楊新民.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)教材.北京；中國(guó)電力出版社，2000

[2]丁毓山、南俊星.微機(jī)保護(hù)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng).北京：中國(guó)水利水電出版社，2002

[3]葛耀中.微機(jī)式自適應(yīng)電壓保護(hù)研究.繼電器.2001 第1 期