變壓器微機保護的研究

楊占財

摘要：電力變壓器是電力系統中及其重要的設備，因此，變壓器微機保護自從出現以來，不斷經過人們的改進和發展，現以其獨特的優勢在電力系統中被廣泛應用。文章結合縱聯差動保護的原理，重點研究了不平衡電流對差動保護的影響和解決方法。

關鍵詞：變壓器；微機保護；差動保護

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0115-02

電力變壓器作為聯系不同電壓等級網絡的設備，它在電力系統的發電、輸電、配電等各個環節中被廣泛使用。隨著電壓等級的提高，大容量變壓器的安全運行與否，是整個電力系統連續穩定工作的關鍵。電力變壓器本身造價昂貴，一旦發生故障，將造成大的經濟損失。因此，必須裝設性能良好、工作可靠的繼電保護裝置。縱聯差動保護作為變壓器的主保護原理，以其原理簡單、選擇性好、可靠性高等特點在變壓器保護中得到了廣泛的應用。

1縱聯差動保護原理

縱聯差動保護的基本工作原理是在繞組變壓器的兩側均裝設電流互感器（CT），其二次側按循環電流法接線，即如果兩側CT的同極性端都朝向母線側，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯接入電流繼電器，通過比較差動回路中兩側CT二次電流的大小和相位而做出相應的動作，其中流入差動回路的電流為被保護變壓器兩側電流互感器的二次電流。縱聯差動保護的范圍是電源側和負荷側電流互感器之間的電氣部分，所以在區內故障時，可以瞬時動作。長期的運行經驗表明差動保護是能靈敏地區分區內和區外故障的。

2不平衡電流對差動保護的影響和解決方法

變壓器正常運行或外部短路故障時，由于引起變壓器縱聯差動保護不平衡電流的因素很多，使得不平衡電流增大，導致保護裝置的誤動作，因此，需采取相應的措施，減少不平衡電流時縱聯差動保護的影響。下面對幾種導致不平衡電流產生的主要原因進行分析。

2.1三相變壓器接線組別的不同

在常規變壓器差動保護中，變壓器通常采用的是Y/△接線方式，如圖1所示，I1A、I1B、I1C為Y側的一次電流，I1a、I1b、I1c為△側的一次電流，高低兩側電流相位差30°。此時，即使變壓器兩側電流互感器二次側電流相等，也會在差動回路中產生較大的不平衡電流。為此要求兩側電流互感器二次側采用相位補償接線，即Y側的互感器接成△，△側的接成Y，I2A、I2B、I2C為Y側的流過電流互感器的二次電流，I2a、I2b、I2c為△側的流過電流互感器的二次電流。這樣，副邊輸出電流為I2A-I2B、I2B-I2C和I2C-I2A，剛好與2a、I2b、I2c同相位，差動回路兩側的電流就同相位了。

這種接法的優點是減少了計算量，但二次接線復雜，容易出錯，無法判斷△側接線內斷線，只能判斷引出線斷線，線電流作為額定電流幅值較大，容易引起互感器飽和。而當變壓器Y側保護區發生不對稱短路時，故障相與非故障相流過的電流大小差別很大，各相電流互感器工作條件可能極不相同，會在與△側相連的電流互感器副邊回路中引起額外的不平衡環流，這個電流將導致差動回路中不平衡電流增大，引起誤動作。

在微機保護當中，允許變壓器各側的電流互感器二次側都按Y型接線。在進行差動計算時，可通過軟件對變壓器Y側電流進行相位補償，避免了上述問題發生。具體相位補償方案如下：

設高壓側電流互感器三相電流采樣值為Iah、Ibh、Ich，則軟件按下式可求得用作差動計算的三相電流Iac、Ibc、Icc，其相量圖如圖2所示。

變壓器微機保護各側電流互感器采用星型接線，不但可以明確區分勵磁涌流和短路故障，而且有利于加快保護的動作速度。不僅如此，對電流互感器二次回路斷線的判別也是有利的。但對于中性點直接接地的自禍變壓器來說，變壓器外部接地時，高壓側和中壓側的零序電流可以相互流通，因此，為防止保護誤動作，兩側的電流互感器必須接成三角形。

2.2電流互感器型號和參數的不同

變壓器電流互感器的各二次側采用Y型接線，由于變壓器各側電壓等級和額定電流不同，采用的電流互感器型號各異，它們的特性參數差別較大，會引起較大的不平衡電流，因此必須對各側計算電流進行平衡，才能消除不平衡電流對變壓器差動保護的影響。具體計算應根據變壓器各側一次額定電流、差動保護電流互感器的變比，求出電流平衡調整系數，將系數值當作定值送入微機保護中，由軟件實現電流自動平衡調整，從而消除不平衡電流影響。

各側電流平衡系數求出后，只需將各側相電流與其對應的平衡系數相乘，即可實現電流的平衡調整。但在微機保護中，平衡系數的取值是以二進制的形式進行計算的，不是連續的，因此不可能使縱聯差動保護達到完全平衡，但引起的不平衡電流很小，忽略不計。

2.3變壓器調壓分接頭改變

在電力系統運行方式變化時，往往需要帶負荷調節變壓器的調壓分接頭，也就是改變變壓器的變比，以保證系統的電壓水平。如果差動保護已按照某一變比調整好，如上面所述利用平衡線圈進行補償，在調壓分接頭改變時，將引起新的不平衡電流的產生，且這一不平衡電流的大小隨一次側電流的大小增加而增加。由于在運行中不可能隨變壓器分接頭的改變而重新調整差動繼電器的參數，因此，對由調壓分接頭改變引起的不平衡電流，應在保護動作計算時給予考慮。在常規的差動保護中，穩態情況下，為整定變壓器縱聯差功保護所采用的最大不平衡電流Imax p可由下式確定:

（11）

由此可以看出，常規的變壓器差動保護只能采用一個固定的系數對其進行修正，其靈敏度和可靠性會受到很大的影響。而對于微機保護來說，可以在程序的運行過程中實時地檢測變壓器分接頭的位置，再根據位置的不同影響變比nB改變的值n'B，計算出此時不平衡電流值，在整定差動保護動作電流時，將該不平衡電流減去即可消去對保護的影響。

3結語

電力工業的迅速發展，使得變壓器在電力系統中運行的數量越來越多，其所處的地位也十分重要，同時又對保護提出了更高的要求。變壓器保護性能的提高，依賴于人們對變壓器內部故障機理的認識程度。

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