变压器微机差动保护的工作原理和保护配置分析

邱立新

（大庆市儿童公园管理处，黑龙江 大庆 163000）

1 引言

变压器的故障可分为内部故障和外部故障两类。内部故障主要是变压器绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地侧单相接地短路。内部故障是和危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解会产生大量的气体，可能引起变压器邮箱的爆炸。变压器最常见的外部故障，是引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线相间短路或接地（对变压器外壳）短路。变压器的不正常工作情况有：由于外部短路或过负荷引起的过电流、油面的降低和温度升高等。

2 纵联差动保护的工作原理

变压器纵联差动保护是反应变压器一、二次侧电流差值的一种快速动作的保护装置。用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来保护变压器的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。

变压器纵联差动保护的单相原理接线如下图所示，在变压器的两侧装有电流互感器，两侧电流互感器同级性端子相连接，电流继电器接在差流回路内。将变压器看成是一个节点（将两侧电流归算至同一个电压等级），设一次侧的电流为I1和I'2。二次侧的电流为I"1 和I"2，流入电流继电器的电流IKA。在正常运行和外部k-1 点短路时，如果TA1 的二次电流I"1 和TA2 的二次电流I"2相等（或相差极小）则流入继电器KA的电流为IKA=I"1-I"2=0（或差流值极小），继电器KA 不动作。而在差动保护的保护区内k-2 点短路时，对于单端供电的变压器来说I"2=0，所以IKA=I"1，超过继电器KA 所整定的动作电流IOP,使KA 瞬时动作，然后通过出口继电器KM 使断路器QF1 和QF2 跳闸，切除故障变压器，同时由信号继电器KS1 和KS2 发出信号。

3 变压器差动保护的不平衡电流及减少措施

变压器差动保护是利用保护区内发生短路故障时变压器两侧电流在差动回路中引起的不平衡电流而动作的一种保护。该不平衡电流用IUN表示，IUN=I'1-I'2，在正常运行和外部k-1 点短路时，希望IUN尽可能地减小，理想情况下是IUN=0。但这几乎是不可能的，不仅与变压器和电流互感器的接线方式及结构性能等因素有关，而且与变压器的运行方式有关，因此只能设法使之尽可能地减小。下面简述不平衡电流产生的原因及其减小或消除的措施。

（1）由于变压器一、二次侧接线不同引起的不平衡电流，工厂总降压变电所采用Y,dll 接线的变压器，其高、低压侧电流之间就有30 度的相位差，因此，即使高、低压侧电流互感器二次侧电流做到大小相等，其差也不会为零，因而出现由相位差引起的不平衡电流。

为了消除这一不平衡电流，必须消除上述30 度的相位差。为此，将变压器Y 型界限册的电流互感器接成d 形接线；而d 形接线电流互感器接成Y 形接线。这样，可以使电流互感器二次连接臂（差动臂）上的每相电流相位一致，如下图所示。这样即可消除因变压器高。低压侧电流相位不同而引起的不平衡电流。

（2）由两侧电流互感器变比的计算值与标准值不同引起的不平衡电流 采用上述方法可以使Y，dll 变压器的差动保护连接臂上电流相位一致，但还没做到其大小相等，这样两者的差仍然不为零。如果变压器两侧电流互感器选的变比与计算结果完全一样，则不平衡电流 =0。但实际所选电流互感器变比不可能与计算值完全相同，而只能选择与计算值接近的标准变比。故两连接臂撒谎能够还是存在不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，可以在电流骨干起二次回路接入自耦电流互感器来进行平衡，或利用专门的差动继电器中的平衡线圈来进行补偿，消除不平衡电流。

（3）各侧电流互感器型号和特性不同引起的不平衡电流 当变压器两侧电流互感器的型号和特性不同时，其饱和特性也不同（即使型号相同，其特性也不会完全相同）。在变压器差动保护范围外发生短路时，各侧电流互感器在短路电流作用下其饱和成都相差更大，因此，出现的不平衡电流也就更大。这个不平衡电流，可采用提高保护动作电流躲过。

（4）由于变压器分接头改变引起的不平衡电流 变压器在运行时，往往采用改变分接头未知（即改变高压绕组的匝数）进行调压。因为分接头的改变，就是变压器变比的改变，因此，电流互感器二次侧电流将改变，引起新的不平衡电流。也可采用提高保护动作电流的措施躲过。

（5）由于变压器励磁涌流引起的不平衡电流 变压器的励磁电流仅流过变压器电源侧，因此，本身就是不平衡电流。在正常运行及外部故障时，此电流很小，引起的不平衡电流可以忽略不计。但在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能有很大的励磁电流（即励磁涌流）。

励磁涌流产生的原因是由于变压器铁心中的磁通不能突变引起过度过程产生的。因此，在变压器差动保护中减小励磁涌流影响的方法是如下。

①采用具有速饱和铁心的差动继电器。

②采用比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流的差动保护。

③利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。

在常规保护中现普篇使用的是BCH-2 型（DCD-2 型、DCD-2M 型）带速饱和变流器短路线圈的差动继电器。

综合上述分析可知，变压器差动保护中的不平衡电流要完全消除是不可能的，但采取措施，减小其影响，用以提高差动保护构成的差动保护。

4 变压器的保护配置

电力变压器的微机保护的配置原则与常规保护的配置是基本相同，但是由于微机保护软件的特点，一般微机保护的配置较齐全，灵活。

4.1 中、低压变电所主变压器的保护配置

4.1.1 主保护配置

（1）比率制动式差动保护。由于中，低压变电所容量不大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动差动保护。（2）差动速断保护。（3）本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放。

4.1.2 后备保护配置

主变压器后备保护按侧配置，各侧后备之间、各侧后备保护与主保护之间软件、硬件均相互独立。（1）中性点不接地系统变压器过电流保护。Ⅰ段动作跳本侧分段断路器，Ⅱ段动作跳本侧断路器，Ⅲ段动作断开三侧断路器。（2）三段过负荷保护。Ⅰ段发信，Ⅱ段启动风冷，Ⅲ段闭锁有载调压。（3）冷控失电，主变压器过温报警。

4.1.3 中线点直接接地系统变压器后备保护的配置。

对于高压侧中性点接地的变压器，除了上述保护外应考虑设置接地保护。1）中性点直接接地运行，配置二段式零序过电流保护。2）中性点可能接地或不接地运行，配置一段两实现间隙零序过电流保护。3）中性点经放电间隙接地运行，配置一段两实现间隙零序过地阿牛保护。对于双绕组变压器，后备保护可以配置一套，装于降压变压器的高压侧（或升压变压器的低压侧）。对于三绕组变压器，后备保护可以配置两套：一套装于高压侧作为变压器本身的后备保护；另一套装于中压侧或低压的电源侧，并只作为相邻元件的后备保护，饿日不作为变压器本身的后备保护。

4.2 高压变电所主变压器的保护配置

4.2.1 主保护配置

（1）比率制动式差动保护，除采用二次谐波闭锁原理外，还可以采用波形鉴别闭锁原理或对称识别原理以客服励磁涌流误动。（2）工频变化量比率差动保护。（3）差动速断保护。（4）本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放。

4.2.2 后备保护配置

高压侧后备保护可按下列方式配置：（1）相间阻抗保护，方向阻抗元件带3%的偏移度。（2）两段零序方向过流保护。（3）反时限过激磁保护。（4）过负荷报警。

中压侧后备保护同高压侧。低压侧后备保护设两实现过电流保护及零序过电压保护。

[1]杨新民.电力系统微机保护培训教材.北京；中国电力出版社，2000

[2]丁毓山、南俊星.微机保护与综合自动化系统.北京：中国水利水电出版社，2002

[3]葛耀中.微机式自适应电压保护研究.继电器.2001 第1 期