電力系統(tǒng)變壓器保護(hù)原理淺析

[摘要]變壓器在電力系統(tǒng)中起轉(zhuǎn)換樞紐作用，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)和穩(wěn)定?，F(xiàn)代大型變壓器容量大，電壓等級(jí)高，造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦因故障而遭到損壞，影響范圍很大，且檢修時(shí)間長(zhǎng)，檢修難度大，在經(jīng)濟(jì)上必然遭受很大的損失。分析各種不同的變壓器保護(hù)原理，為進(jìn)一步進(jìn)行變壓器保護(hù)的研究、提高變壓器保護(hù)的正確動(dòng)作率奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；變壓器；保護(hù)；原理

變壓器在電力系統(tǒng)中起轉(zhuǎn)換樞紐作用，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)和穩(wěn)定?，F(xiàn)代大型變壓器容量大，電壓等級(jí)高，造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦因故障而遭到損壞，影響范圍很大，且檢修時(shí)間長(zhǎng)，檢修難度大，在經(jīng)濟(jì)上必然遭受很大的損失。

一、變壓器差動(dòng)保護(hù)的分類

目前，變壓器保護(hù)主要應(yīng)用變壓器電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。電流縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基于基爾霍夫定律，利用變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流差值在無(wú)故障以及區(qū)外故障時(shí)無(wú)差值、區(qū)內(nèi)故障有差值的特點(diǎn)，建立保護(hù)判據(jù)。差動(dòng)保護(hù)具有靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，差動(dòng)保護(hù)能夠正確地區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。隨著研究的深入，變壓器差動(dòng)保護(hù)目前主要可以分為以下幾種：（1）繞組差動(dòng)保護(hù)原理。變壓器繞組差動(dòng)保護(hù)原理是利用變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流差值在無(wú)故障及區(qū)外故障時(shí)為零、區(qū)內(nèi)故障電流差值不為零的特點(diǎn)建立保護(hù)方案的。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，由于不能得到繞組的實(shí)際電流，只能采用電流互感器得到的電流代替，由此得到的電流值會(huì)比真實(shí)值大。同時(shí)由于電流互感器本身存在誤差，這樣必然導(dǎo)致繞組差動(dòng)保護(hù)的準(zhǔn)確度降低。（2）零序差動(dòng)保護(hù)原理。零序差動(dòng)保護(hù)單獨(dú)采用變壓器二次側(cè)的零序電流建立保護(hù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于Y側(cè)繞組單相接地故障有較高的靈敏度。動(dòng)作電流與變壓器調(diào)壓分接頭的調(diào)整無(wú)關(guān)。不直接受勵(lì)磁涌流的影響。所用的電流互感器變流比相同，與變壓器變壓比無(wú)關(guān)。但是，零序差動(dòng)保護(hù)不能反應(yīng)相間故障，更不能反應(yīng)低壓側(cè)故障。在高阻接地故障時(shí)，零序電流減小，保護(hù)的靈敏度較低。（3）分側(cè)差動(dòng)保護(hù)原理。分側(cè)差動(dòng)保護(hù)對(duì)單相接地故障有較高的靈敏度，不受調(diào)壓分接頭的影響，不直接受勵(lì)磁涌流的影響，保護(hù)原理簡(jiǎn)單，裝置可靠，調(diào)試方便。但是，分側(cè)差動(dòng)保護(hù)不能反應(yīng)常見(jiàn)的匝間故障，只有在每個(gè)繞組都具有兩個(gè)引出端子時(shí)才能采用該方案，保護(hù)繼電器的數(shù)目幾乎增加一倍。

二、差動(dòng)保護(hù)存在的問(wèn)題

通過(guò)分析保護(hù)原理，影響變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率的主要原因有：電流互感器的變比的匹配及誤差；變壓器調(diào)節(jié)分接頭；外部故障電流的暫態(tài)過(guò)程加大了傳變誤差；變壓器高壓側(cè)高阻接地單相短路；具有流出電流的小匝數(shù)匝間短路；勵(lì)磁涌流的影響。

三、新型的變壓器保護(hù)原理

（1）磁通特性保護(hù)原理。磁通特性保護(hù)原理與基于勵(lì)磁阻抗或是瞬時(shí)勵(lì)磁電感變化的原理在本質(zhì)上一樣，是從勵(lì)磁支路的非線性特性出發(fā)，根據(jù)變化量的大小制定保護(hù)判據(jù)。這種方法不但可以克服二次諧波原理的不足，而且適宜用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。但是磁通特性保護(hù)原理目前僅適用于單相變壓器組。（2）基于序阻抗原理的變壓器保護(hù)原理。利用變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)外故障時(shí)，變壓器兩側(cè)正負(fù)序阻抗所在象限的不同，能夠有效識(shí)別變壓器區(qū)內(nèi)外故障，具有不受飽和以及變化不一致影響等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于序阻抗原理仍然克服不了勵(lì)磁涌流帶來(lái)的影響，其保護(hù)的動(dòng)作可靠性不高。（3）功率差動(dòng)保護(hù)原理。在正常運(yùn)行時(shí)變壓器消耗的有功非常小，而變壓器絕緣損壞時(shí)，電弧放電發(fā)熱將消耗大量的有功，通過(guò)檢測(cè)變壓器消耗有功的大小，可以判別變壓器是否發(fā)生內(nèi)部故障。該方法基于能量守恒定律，可以較真實(shí)反映變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀況，由于在功率差動(dòng)保護(hù)原理中，沒(méi)有讓勵(lì)磁涌流作為動(dòng)作的因素，因此不受勵(lì)磁涌流的影響。其缺點(diǎn)是要避開(kāi)涌流時(shí)第1周期的充電過(guò)程，并且涌流時(shí)銅耗難以精確計(jì)算。對(duì)于Y/△接線的變壓器，由于△側(cè)繞組內(nèi)部電流無(wú)法獲取，導(dǎo)致銅損耗無(wú)法確定。（4）基于回路方程的變壓器保護(hù)原理。在基于回路方程的變壓器保護(hù)原理中，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何獲取各個(gè)繞組的漏感參數(shù)、保護(hù)方案的選取、保護(hù)判據(jù)的整定以及靈敏度的校驗(yàn)。

電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成元件之一，在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有極其重要的作用。由于電網(wǎng)中變壓器數(shù)量越來(lái)越多，其單體價(jià)值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴(yán)重后果，所以對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作的可靠性有更高的要求?；谝陨系姆治?，由于勵(lì)磁涌流的影響，變壓器的傳統(tǒng)保護(hù)——縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率一直很低。很多新型的、不受勵(lì)磁涌流影響的變壓器保護(hù)原理也都或多或少的存在缺點(diǎn)。

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