分析變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流產(chǎn)生的原因

劉蘭

【摘 要】本文從變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，通過分析引起主變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流產(chǎn)生的原因，使技術(shù)人員能夠在故障出現(xiàn)后快速判斷引起事故的原因，盡快恢復(fù)主設(shè)備運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】變壓器；差動(dòng)保護(hù)；不平衡電流；原因措施

前言

隨著我國電網(wǎng)工程的快速發(fā)展，電力變壓器作為電網(wǎng)工程中不可或缺的重要組成部分，扮演著非常重要的角色?？h城 35kV 變電站是縣農(nóng)副業(yè)、小工業(yè)的硬支柱，因此電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系重大。做為電力變壓器主保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)主要用以保證在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)快速動(dòng)作跳閘。通過以下對(duì)差動(dòng)保護(hù)原理的分析，可使檢修人員縮短檢查、分析時(shí)間，減少大范圍停電時(shí)間。

1.變電站主變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理

變電站主變壓器的差動(dòng)保護(hù)是其主保護(hù)，主要是保護(hù)變壓器單相匝間、變壓器繞組內(nèi)部以及引出線上發(fā)生的各種短路故障。理論上來講，正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流為零，而兩側(cè)的電流互感器按差接法接線，在正常和外部故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之差，其值接近為零，繼電器不動(dòng)作。內(nèi)部故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之和，其值為短路電流，繼電器動(dòng)作。

2.變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在變電站的主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置中有速斷保護(hù)、本體保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)三種，主要是在變壓器發(fā)生故障的時(shí)候采取一系列的保護(hù)動(dòng)作，首先是瞬間跳開高低壓斷路器，然后把變壓器和電源隔離開，從而實(shí)現(xiàn)主變壓器的保護(hù)，避免造成不必要的損壞。[2]從理論上講，主變壓器差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用基于基爾霍夫電流定律，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)靈敏的切除主變壓器的內(nèi)部故障；在切除外部故障的時(shí)候，可靠的避免勵(lì)磁涌流；此外，無論是在正常運(yùn)行的情況下，還是在遇到外部故障的時(shí)候，都能夠躲避不平衡電流，不會(huì)產(chǎn)生因過勵(lì)磁而造成的誤動(dòng)作。然而在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流則會(huì)使變壓器的差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生不平衡的電流，當(dāng)其超過允許的范疇，則會(huì)使差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作，比如說，在切除外部短路故障的時(shí)候，變壓器突然恢復(fù)電壓，就會(huì)產(chǎn)生大量的暫態(tài)勵(lì)磁涌流，當(dāng)其數(shù)值等于或是高于短路電流的時(shí)候，就必然會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)誤動(dòng)作。鑒于此，在變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)中如何避免產(chǎn)生不平衡電流，減少誤動(dòng)作帶來的不良后果，這是當(dāng)前技術(shù)人員面臨的一個(gè)重要技術(shù)難題。

3.影響主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的幾個(gè)因素

從變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理可知，當(dāng)正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流為零，這是由于許多因素的制約從而產(chǎn)生了不平衡電流，不平衡電流太大，就將降低內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)的靈敏度。有時(shí)，甚至使保護(hù)無法正常工作，所以，減小不平衡電流以及對(duì)于保護(hù)的影響程度就成為了實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)的主要問題。

3.1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

（1）由電流互感器變化的標(biāo)準(zhǔn)化而產(chǎn)生的不平衡電流。（2）三相變壓器接線產(chǎn)生的不平衡電流。對(duì)于 Yy0接線的變壓器，一次和二次兩側(cè)對(duì)應(yīng)相電流的相位幾乎是一模一樣的，而對(duì) Yd11 接線的變壓器來說，由于其星形和三角形一側(cè)所對(duì)應(yīng)相的線電壓，在相位上存在著 30°的差距，相應(yīng)的相電流相位也必須保持30°的相差。所以，在三角形側(cè)的電流與星形側(cè)的同一相電流，在相位關(guān)系上三角形側(cè)的電流要比星形側(cè)的同一相電流在相位上超出 30°，由此便知即使在變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的數(shù)值相同的情況下，不平衡電流在差動(dòng)保護(hù)回路中還是會(huì)存在的。如何解決因變壓器 Yd11 的接線而引發(fā)的不平衡電流，相應(yīng)的措施可以利用相位補(bǔ)償法來進(jìn)行處理，簡單來說就是將變壓器星形側(cè)的電流互感器在二次側(cè)接為三角形的；同理可將變壓器三角形側(cè)的電流互感器在二次側(cè)接為星形，借此處理就可以解決變壓器接線所產(chǎn)生的不平衡電流影響。（3）帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭處產(chǎn)生的不平衡電流。（4）因電流互感器變換誤差而引起的不平衡電流。

3.2 變壓器的差動(dòng)保護(hù)中減小涌流影響的有效措施

根據(jù)上述分析可以看出，在變壓器的差動(dòng)保護(hù)過程中，如果沒有采取有效措施來消除勵(lì)磁涌流所帶來的影響，就會(huì)導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)作。根據(jù)勵(lì)磁涌流的特性，可以采取以下措施進(jìn)行：

（1）利用勵(lì)磁涌流的非周期分量來使繼電器鐵心實(shí)現(xiàn)飽和，自動(dòng)地增加保護(hù)的動(dòng)作電流；（2）利用提高保護(hù)動(dòng)作值或是延時(shí)動(dòng)作來躲過勵(lì)磁涌流。但前者降低了保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，而后者則失去了速動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)在不能采用；（3）采用勵(lì)磁涌流波形的差異（有無間斷角）和內(nèi)部的短路電流來躲過勵(lì)磁涌流；（4）利用二次諧波制動(dòng)；

（5）利用比率制動(dòng)。

4.變電站主變壓器運(yùn)行時(shí)不平衡電流產(chǎn)生的原因

就變電站變壓器的結(jié)構(gòu)特性來說，當(dāng)其處于正常運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)，也可能產(chǎn)生不平衡電流，從而對(duì)差動(dòng)保護(hù)造成一定的影響。下面將就變電站主變壓器在正常運(yùn)行時(shí)不平衡電流產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，具體如下：首先是主變壓器兩側(cè)接線方式而導(dǎo)致的不平衡電流。一般來說，變壓器兩側(cè)的電流相位是由變壓器的接線方式?jīng)Q定的，由于接線方式的不同，變壓器兩側(cè)的高、低壓測(cè)電流之間存在著一定的相位差，也就是說，盡管互感器上兩側(cè)二次電流的數(shù)值是一樣的，但是在電流回路中仍會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，從而使得主變壓器中的電流處于不平衡的狀態(tài)。其次，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用的變比與電流互感器計(jì)算的變比不相符，從而使得在變壓器兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)中所應(yīng)用的二次電流不同。通常來講，在計(jì)算變壓器兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)的電流互感器變比時(shí)，主要依據(jù)變壓器的高低側(cè)額定電流以及互感器的連接方式，但是由于實(shí)際應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)變化比與計(jì)算的變比之間存在著一定的誤差，從而就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。再者是變電站主變壓器兩邊的差動(dòng)保護(hù)所應(yīng)用的電流互感器的類型不同，包括型號(hào)和規(guī)格，從而就使得兩側(cè)電流互感性的特性不同，在應(yīng)用協(xié)作中存在著一定的問題，導(dǎo)致不平衡電流的發(fā)生。此外，當(dāng)主變壓器在正常運(yùn)行中產(chǎn)生大量的勵(lì)磁涌流時(shí)，比如說當(dāng)變壓器處于空載合閘的狀態(tài)，或在消除故障中突然產(chǎn)生電壓，這些情況下的勵(lì)磁涌流是非常大的，通常為額定電流的7倍左右，因此當(dāng)其通過電流互感器的時(shí)候，就會(huì)以二次電流的形式全部進(jìn)入到差動(dòng)回路當(dāng)中，從而產(chǎn)生不平衡電流。[3]

5.改善變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)對(duì)措施

目前，在變壓器的差動(dòng)保護(hù)中，最突出的問題就是不平衡電流的產(chǎn)生，因此需要設(shè)備管理人員從以下方面進(jìn)行解決，從而減少或是避免變壓器在正常運(yùn)行中產(chǎn)生的不平衡電流，防止誤動(dòng)作的發(fā)生。

5.1 正確安裝變壓器的電流互感器

在變電站主變壓器的接線方式中，可以應(yīng)用常規(guī)接線和全星形接兩種形式，因此，為了避免主變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流的產(chǎn)生，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、安裝、整定、調(diào)試和驗(yàn)收的工作要求進(jìn)行，并與設(shè)備的廠家做好技術(shù)交底工作，針對(duì)問題及時(shí)進(jìn)行溝通。

5.2 做好變壓器的日常管理工作

一般來說，在變壓器的日常管理中，要高度注意變電站主變壓器兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)裝置的維護(hù)工作，比如說，定期對(duì)主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行巡視，做好變壓器一、二次設(shè)備的日常維護(hù)工作；密切關(guān)注變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的各相差流變化情況，長期對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定的差流范圍，就要及時(shí)通知繼電保護(hù)人員進(jìn)行檢查，分析問題產(chǎn)生的原因，并及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施，從而保證變壓器的正常運(yùn)行。

6結(jié)束語

根據(jù)對(duì)主變差動(dòng)動(dòng)作原理的分析，使技術(shù)人員能夠在故障出現(xiàn)后快速判斷引起事故的原因，在排除設(shè)備誤動(dòng)作時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，迅速找出設(shè)備故障點(diǎn)，縮短搶修時(shí)間，盡快恢復(fù)主設(shè)備運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]安玉平.淺談35kv變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2012，9（10）：38-40.

[2]李瑋.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)事故案例與分析[M].北京：中國電力出版社，2012.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司曹縣供電公司）