变压器微机保护的研究

杨占财

摘要：电力变压器是电力系统中及其重要的设备，因此，变压器微机保护自从出现以来，不断经过人们的改进和发展，现以其独特的优势在电力系统中被广泛应用。文章结合纵联差动保护的原理，重点研究了不平衡电流对差动保护的影响和解决方法。

关键词：变压器；微机保护；差动保护

中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0115-02

电力变压器作为联系不同电压等级网络的设备，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节中被广泛使用。随着电压等级的提高，大容量变压器的安全运行与否，是整个电力系统连续稳定工作的关键。电力变压器本身造价昂贵，一旦发生故障，将造成大的经济损失。因此，必须装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。纵联差动保护作为变压器的主保护原理，以其原理简单、选择性好、可靠性高等特点在变压器保护中得到了广泛的应用。

1纵联差动保护原理

纵联差动保护的基本工作原理是在绕组变压器的两侧均装设电流互感器（CT），其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧CT的同极性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器，通过比较差动回路中两侧CT二次电流的大小和相位而做出相应的动作，其中流入差动回路的电流为被保护变压器两侧电流互感器的二次电流。纵联差动保护的范围是电源侧和负荷侧电流互感器之间的电气部分，所以在区内故障时，可以瞬时动作。长期的运行经验表明差动保护是能灵敏地区分区内和区外故障的。

2不平衡电流对差动保护的影响和解决方法

变压器正常运行或外部短路故障时，由于引起变压器纵联差动保护不平衡电流的因素很多，使得不平衡电流增大，导致保护装置的误动作，因此，需采取相应的措施，减少不平衡电流时纵联差动保护的影响。下面对几种导致不平衡电流产生的主要原因进行分析。

2.1三相变压器接线组别的不同

在常规变压器差动保护中，变压器通常采用的是Y/△接线方式，如图1所示，I1A、I1B、I1C为Y侧的一次电流，I1a、I1b、I1c为△侧的一次电流，高低两侧电流相位差30°。此时，即使变压器两侧电流互感器二次侧电流相等，也会在差动回路中产生较大的不平衡电流。为此要求两侧电流互感器二次侧采用相位补偿接线，即Y侧的互感器接成△，△侧的接成Y，I2A、I2B、I2C为Y侧的流过电流互感器的二次电流，I2a、I2b、I2c为△侧的流过电流互感器的二次电流。这样，副边输出电流为I2A-I2B、I2B-I2C和I2C-I2A，刚好与2a、I2b、I2c同相位，差动回路两侧的电流就同相位了。

这种接法的优点是减少了计算量，但二次接线复杂，容易出错，无法判断△侧接线内断线，只能判断引出线断线，线电流作为额定电流幅值较大，容易引起互感器饱和。而当变压器Y侧保护区发生不对称短路时，故障相与非故障相流过的电流大小差别很大，各相电流互感器工作条件可能极不相同，会在与△侧相连的电流互感器副边回路中引起额外的不平衡环流，这个电流将导致差动回路中不平衡电流增大，引起误动作。

在微机保护当中，允许变压器各侧的电流互感器二次侧都按Y型接线。在进行差动计算时，可通过软件对变压器Y侧电流进行相位补偿，避免了上述问题发生。具体相位补偿方案如下：

设高压侧电流互感器三相电流采样值为Iah、Ibh、Ich，则软件按下式可求得用作差动计算的三相电流Iac、Ibc、Icc，其相量图如图2所示。

变压器微机保护各侧电流互感器采用星型接线，不但可以明确区分励磁涌流和短路故障，而且有利于加快保护的动作速度。不仅如此，对电流互感器二次回路断线的判别也是有利的。但对于中性点直接接地的自祸变压器来说，变压器外部接地时，高压侧和中压侧的零序电流可以相互流通，因此，为防止保护误动作，两侧的电流互感器必须接成三角形。

2.2电流互感器型号和参数的不同

变压器电流互感器的各二次侧采用Y型接线，由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，采用的电流互感器型号各异，它们的特性参数差别较大，会引起较大的不平衡电流，因此必须对各侧计算电流进行平衡，才能消除不平衡电流对变压器差动保护的影响。具体计算应根据变压器各侧一次额定电流、差动保护电流互感器的变比，求出电流平衡调整系数，将系数值当作定值送入微机保护中，由软件实现电流自动平衡调整，从而消除不平衡电流影响。

各侧电流平衡系数求出后，只需将各侧相电流与其对应的平衡系数相乘，即可实现电流的平衡调整。但在微机保护中，平衡系数的取值是以二进制的形式进行计算的，不是连续的，因此不可能使纵联差动保护达到完全平衡，但引起的不平衡电流很小，忽略不计。

2.3变压器调压分接头改变

在电力系统运行方式变化时，往往需要带负荷调节变压器的调压分接头，也就是改变变压器的变比，以保证系统的电压水平。如果差动保护已按照某一变比调整好，如上面所述利用平衡线圈进行补偿，在调压分接头改变时，将引起新的不平衡电流的产生，且这一不平衡电流的大小随一次侧电流的大小增加而增加。由于在运行中不可能随变压器分接头的改变而重新调整差动继电器的参数，因此，对由调压分接头改变引起的不平衡电流，应在保护动作计算时给予考虑。在常规的差动保护中，稳态情况下，为整定变压器纵联差功保护所采用的最大不平衡电流Imax p可由下式确定:

（11）

由此可以看出，常规的变压器差动保护只能采用一个固定的系数对其进行修正，其灵敏度和可靠性会受到很大的影响。而对于微机保护来说，可以在程序的运行过程中实时地检测变压器分接头的位置，再根据位置的不同影响变比nB改变的值n'B，计算出此时不平衡电流值，在整定差动保护动作电流时，将该不平衡电流减去即可消去对保护的影响。

3结语

电力工业的迅速发展，使得变压器在电力系统中运行的数量越来越多，其所处的地位也十分重要，同时又对保护提出了更高的要求。变压器保护性能的提高，依赖于人们对变压器内部故障机理的认识程度。

参考文献：

[1] 何奔腾,徐习东.波形比较法变压器差动保护原理[J].中国 电机工程学报,1998,18(6):395-398.

[2] 陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:水力电力出版社,1992.

[3] 王生.电机与变压器[M].北京:高等教育出版社,1999.