论电力变压器的纵联差动主保护

吴万辉

（江门市锦江水库工程管理处）

论电力变压器的纵联差动主保护

吴万辉

（江门市锦江水库工程管理处）

变压器的作用是来升高或者降低电压，使其达到某个特定需要的值。继电保护装置是能够保护电气设备，而且同时保证电网安全稳定运行的装置。在实际电网中继电保护整定方案的合理有效的制定，装配合理的保护装置，才能保证电网有保障的运行。变压器是电力系统中必不可少的关键元件，是连接电力系统的关键桥梁，它的故障带来的影响是巨大的，将对供电可靠性和电力系统安全运行带来不可估量的影响。变压器一旦发生各类故障和不正常运行时，是非常危险的，将对电力系统安全运行就会造成很大的威胁。为了保证变压器稳定运行，少产生故障甚至不产生故障，对变压器装配的继电保护装置的要求必须是性能良好，动作安全可靠的继电保护装置。

变压器；主保护；差动保护

1 电力变压器的不正常运行状态

变压器的不正常运行状态，主要有以下几种情形：变压器外部线路发生短路故障，使得电流快速变大，从而引起变压器的过电流；变压器工作负荷长时间超过额定容量运行，从而带来的变压器过负荷；变压器风扇故障，不能及时的散热；以及变压器漏油引起的变压器冷却能力的下降等。这些不正常运行状态持续的时间如果过久，就会使得绕组和铁心过热，绕组和铁心就有可能被烧坏，这对变压器来说是非常危险的。对于那些中性点不是接地运行的星形接线变压器来说，即使不是变压器内部短路，而是变压器外部短路，中性点的电压也会变得很高，就有可能会促使变压器中性点过电压，从而威胁到变压器的绝缘装置的安全；大容量变压器在过电压或者低频等不正常情况下运行也是非常危险的，这样会使变压器过励磁，励磁会导致金属元件产生热量，引起金属部件的过热，甚至烧坏铁心。变压器不正常运行状态的时候，虽然这个时候对变压器产生的危害没有故障的时候那么严重，但是也要处理，不然不正常运行太久就会导致变压器发生故障。非电气量保护要求装在变压器的内部，电气量保护一般装在变压器的外部。

2 变压器主保护纵差动保护

2.1 主变纵差动保护简介

主变纵差动保护是变压器的主保护之一，对于变压器内部相间短路故障、匝间层间短路故障这些故障都是能够快速反应的。差动保护是当两端电流互感器之间发生故障，能够快速切除故障。它的保护范围就是两个电流互感器之间的区域，其中包括高低压绕组、引出线以及套管等。正常情况下和保护区外故障，流进差动继电器的电流和流出的电流是大小相等，方向相反，两者刚好抵消，差动电流此时等于零；内部故障时两端电流都向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。此时，通过逻辑判断元件的处理，给予执行继电器动作的命令，跳开保护两侧的断路器，将故障设备切除。

2.2 纵联差动保护的构成

纵联差动保护工作原理是比较被保护元件始端和末端电流的大小和相位。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各装配一组电流互感器TA1、TA2，它们的二次侧的接线方法是按环流法接线，电流互感器的正极性端子放在靠近母线的那一侧，同极性端子将他们二次侧相连，然后再将差动继电器的线圈接入，构成差动保护。差动回路是差动继电器线圈的租车回路，差动保护的两个臂是指两侧的回路。

2.3 纵联差动保护的工作原理

根据基尔霍夫第一定律，∑i=0；式中∑i表示变压器各个侧电流的向量的和，它所表示的含义是：变压器正常状态运行以及发生故障是在外部的时候，这个时候不计励磁电流的损耗和其他诸如铁心发热等损耗，可以近似的认为流入变压器的电流和流出变压器的电流相等，变压器的电流的总电流为0。此时，纵差保护是不会产生反应动作的。当变压器发生的故障是在内部的时候，这个时候电流只有流进变压器的电流，而没有流出变压器的电流，变压器电流的总电流和不为0，那么纵差保护就产生动作，将处在电力系统中发生故障的变压器切除。下面是变压器纵差保护原理接线图1。

图1 双绕组变压器纵差保护接线原理图

纵差动保护的依据为：

式中：Iset表示纵差动保护发生保护动作的最小电流，也就是所谓的动作电流；Ir为差动电流的有效值，

把变压器的内部铁心损耗和绕组损耗等这些损耗忽略不计，变压器保护区外故障和正常运行时这两种情况，一次电流的关系为根据式（6），变压器保护区外故障和变压器正常运行和时，差动电流为0，也就是说没有差动电流，保护是不会发生动作；变压器内部发生故障时，不管故障是在哪里，这个时候变压器内部相当于多了一条故障支路，差动电流流入差动继电器的大小等于故障点电流。一旦故障电流大于差动继电器设定的动作电流，差动保护就能够迅速的发生动作，将变压器从系统中切除。

平时我们见到的电力变压器一般是三相变压器，接线方式大部分都是采用Yd11的方式，Yd11的接线方式过载能力强，能隔离3次谐波，抗三相不平衡度也较强。如图1所示（本论文的图中假定一次侧电流从同名端流入，二次侧电流从同名端流出）。这样的接线方式造成了变压器一和二次侧电流的相位的不对应，我们以B相为例，变压器正常运行以及变压器外部故障时，超前°，如图2（b）所示。如果继续用单相变压器的差动继电器的接线方式的话，还是继续将一、二次侧电流直接引入差动保护，那么这个时候会在继电器中产生很大的差动电流，这样就有可能使得保护发生误动作。因此，要采取相应的措施，将这个差动电流减小或者消除。那么，如何才可以做到把这个电流减小或者消除呢？方法就是我们可以通过改变纵差动保护的接线方式，将引入差动继电器的星形侧的电流也采用两相电流差，消除这个电流。即：表示为流入三个差动继电器的差动电流。

为双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图2（a）接线图；图2（b）对称工况下的向量关系，这样就可以消除两侧电流不对应。由于星形侧采用了两相电流差，那这一侧流入差动继电器的电流也就变成了原来的倍。那么为了保证在正常运行和外部故障情况下，差动回路的电流和为0，这一侧电流互感器的变比也要有所变化，和电流一样要变成原来的倍，那两侧电流互感器变比的选择就要满足下面的式子：

图2

3 总结

变压器纵联差动保护为了获得动作的选择性，其动作电流的整定值必须大于差动回路中可能出现的最大不平衡电流。因为变压器各侧电压等级不同，绕组的接线方式也不同，每一侧电流互感器型号以及变比也会不同，还有变压器的励磁涌流等原因，使得纵差保护的不平衡电流变得较大。因为不平衡电流越大，那保护的灵敏度就会受到一定的影响，灵敏度就会随之变低，这样就不利于保护。因此分析变压器纵差动保护不平衡电流的产生原因和减小它对保护的影响是纵差动保护的主要问题，通常这些问题归结为变压器纵差动保护的特殊问题。

[1]汪际峰.地区电网继电保护整定计算.中国电力出版社，2010.

[2]万千云.电力系统运行技术.中国电力出版社第二版，2010.

[3]崔家佩.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.中国电力出版社，2000.

[4]许建安.电力系统继电保护（第2版）.中国水利水电出版社，2005.

[5]西北、东北电力设计院，编.《电力系统设计手册》.上海人民出版社.

[6]水利电力部西北电力设计院，编.《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）.

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1004-7344（2016）20-0083-02

2016-7-1