變壓器差動保護在防范勵磁涌流中應用

摘 要:變壓器微機差動保護系統要進行全面的、合理的保護定值(如比例制動、差動速斷、二次諧波制動、TA的接線方式等)校驗。文章從變壓器勵磁涌流的特性入手，通過對勵磁涌流的分析及變壓器微機差動保護裝置的認識理解，結合實踐應用，提出變壓器微機差動保護裝置在防范勵磁涌流中的作用。

關鍵詞:變壓器保護措施

中圖分類號:TM772文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0049-01

1 變壓器的勵磁涌流

在變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，而產生很大的瞬間勵磁電流，稱為勵磁涌流。這時出現數值很大的沖擊勵磁電流(可達5～10倍的額定電流)。

勵磁涌流與合閘時鐵心的剩磁Φr、電壓相角α有關。合閘時α=0，瞬態磁通在半波內能變化到2Фm(Фm穩態磁通);有同向Фr時，將增加到2Фm+Фr，勵磁涌流更為嚴重，結合勵磁涌流的特性，聯系實踐發現勵磁涌流有以下特點:

(1)變壓器空載投入時會出現數值很大的勵磁涌流，勵磁涌流的大小和時間常數與變壓器的結構型式、接線方式、外施電壓的初相角、變壓器容量的大小、鐵芯性質、飽和磁通、剩余磁通、回路阻抗等都有關。

(2)勵磁涌流中含有大量的非周期分量與高次諧波，勵磁涌流是尖頂波，以二次諧波為主。且在最初瞬間完全偏于時間軸的一側。

(3)勵磁涌流有間斷角。間斷角的大小與初相角α有關，而且與變壓器的飽和磁通和剩磁大小直接相當。但經過電流互感器TA的傳變，間斷角可能消失。

(4)勵磁涌流按指數形式衰減，大型變壓器電阻較小，電抗較大，衰減慢些，可延續數秒鐘。

2 微機差動保護裝置在防范勵磁涌流時作用

變壓器空載合閘時，勵磁涌流將進入差動回路，其值有可能非常大，如此大的差動電流，要想變壓器差動保護不誤動確非易事，有時需重合閘幾次，因此在差動保護的整定中應避開勵磁涌流的影響。以DCAP-3040微機保護裝置為例介紹對勵磁涌流的防范措施。

2.1 差動速斷保護

差動速斷保護實質是反映差動電流的過電流保護，該保護不經過任何閉鎖回路，直接快速動作于出口。差動速斷的動作判斷依據為:Icd≥Icsdset (1)

式中:Icd-任一相差動電流，A;Icsdet-差動速斷保護整定值，Icsdet=(4～8)Ile/NCH，A。

為了提高內部嚴重故障時保護動作的可靠性和動作速度，差動速斷保護不受閉鎖條件的限制，與傳統的差動保護類似，是靠電流值避開涌流，因此，靈敏度較低。

2.2 差動保護

2.2.1 差動保護原理

采用常規比率制動、二次諧波制動的原理。

比率制動式差動保護作為變壓器的主保護，能反映變壓器內部相間短路故障，高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，其動作判據為:IcdФ≥Idz0且

IcdФ≥Idz0+K1(IzdФ-Izd0)(2)

二次諧波制動動作判據為:

Icd2Ф<Ｋ2×IcdФ(3)

式中:IcdФ-三相差動電流制動電流，IcdФ＝|IФh- IФL|，A;

Izd=|0.5(IФh+IФL)|，A;

Idz0-差動啟動電流定值，A;

IzdФ-制動電流，A;

Izd0-制動電流定值，A;

Isd-差動速斷動作電流，A;

K1-比率制動系數;

Icd2Ф-A、B、C三相差動電流中二次諧波電流，A;

K2-二次諧波制動系數，

IФh為高壓側電流，A;

IФL為低壓側電流，A;

Ф=a或b或c。

當上式(2)、(3)共同滿足時，差動元件動作，即微機發出指令作用于跳閘出口。圖1為差動保護特性曲線。由圖中分析可知:差動保護動作區范圍內必須有效的防范勵磁涌流造成的誤動作。在整定保護定值時結合變壓器的參數、TA接線方法，確定變壓器的基本側，通過計算設定高低壓側平衡系數，整定合適的Idz0、Izd0、Isd、K1和K2，試驗和理論證明在整定比例制動系數較大，二次諧波制動系數較小時，躲過勵磁涌流的范圍較大。

2.2.2 最小動作電流Idz0的整定

最小動作電流應大于變壓器額定負載下的不平衡電流，即:

Idz0=KK(Ktxfa+ΔU+Δm)(4)

式中:KK-可靠系數，取1.3～1.5;

Ktx-電流互感器的同型系數，取1.0;

fa-電流互感器的變比誤差，取0.03(穩態值);

ΔU-調壓引起的相對誤差;

Δm-非基本側由于電流互感器的變比未完全平衡而產生的誤差。

2.2.3 平衡補償變壓器高低壓側相位差

(1)常見差動保護高、低壓側變比選擇比較嚴格，要考慮TA接線系數，使二次電流近似相等，還要用差動繼電器平衡繞組補償。微機差動保護TA變比選擇即使不匹配或有誤差，適當調整高低壓側平衡系數進行數字運算補償即可，使保護定值計算簡單。(2)YΔ接線方式變壓器，Y側二次電流都需要校正相位。常規接線中，高壓側TA二次側接成Δ接線進行相位補償，而微機裝置具有軟件自動校正功能，這樣對于Y/Δ-11接線的雙繞組變壓器高壓側TA可直接接成Y/Y型，在裝置內部定值整定時，根據接線組別選擇合適接線方式系數，設定相應的平衡系數，裝置會通過軟件計算調整，補償初相位α。

3 結語

綜上所述，為了保證差動保護動作的可靠性，變壓器微機差動保護裝置必須躲過勵磁涌流對其的影響。適當的選取比例制動系數、TA接線方式調整系數、TA兩側的平衡系數、差動速斷定值、二次諧波制動系數和差動最小動作電流值，是實現變壓器微機差動保護可靠動作的重要一環，缺一不可。另外，合理的設定動作電流必須避開最大不平衡電流。不平衡電流越小，保護裝置的靈敏度越高，從而保證變壓器的安全穩定運行。