淺談變壓器差動保護

摘 要：變壓器是電力系統的重要設備，對保證電網正常運行至為重要，大型變壓器在使變壓器保護難度加大的同時，也使對變壓器保護的要求變得更嚴格。要使變壓器安全、經濟、穩定地運行得到充分的保證，就必須在保護原理和技術方案兩方面共同處理好變壓器的繼電保護問題。差動保護是變壓器的主保護，在電力方面運用比較普遍，采用比較多的是具備制動性的比率差動保護，這決定于它自身所具有的兩個重要特點：區內故障可靠動作和區外故障可靠閉鎖。然而具體應用時，在變壓器出現區外故障的情況下，流過它自身的電流由于很大會導致其損壞，甚至引起嚴重后果，因此，對差動保護的要求很高、很嚴格。

關鍵詞：變壓器 差動保護 主保護

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-01

變壓器主要用來起升壓和降壓的作用，它是電力系統領域應用很廣的一種相當重要的設備，分布在電力系統各個不同的電壓階層，也是該領域必需的電器之一。一旦變壓器出現故障，勢必影響系統供電可靠性及安全性，此外，很多變壓器也是相當貴重的，如大容量變壓器等，這是不容忽視的。所以，很有必要按照變壓器的重要性和貴重度，對變壓器配置高性能、快動作、高可靠的繼電保護。

對于35 kV及以上的變電站中通常都是采用差動保護，因為它是防止變壓器內部故障的主保護。差動保護主要使用在保護雙繞組、三繞組變壓器繞組內部及其引出線上等發生的各種相間短路故障，此外，還可以用來保護變壓器單相匝間的短路故障。它的保護范圍是組成變壓器差動保護電流互感器之間的電氣設備和連接線，也即是兩端TA中間的設備和連接線。差動保護保護范圍不包括區外故障，對區外的故障也不起任何作用，所以在區內出現故障的情況下，差動保護不用配合區外相鄰元件的保護，動作立即發生。它的保護范圍比較清楚，保護原理比較簡單，使用電氣量單純，動作非常靈敏，幾乎不需延時，正因為如此，差動保護用于變壓器的主保護。

1 變壓器差動保護的基本原理

變壓器差動保護主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。差動保護裝置，可以用來保護變壓器線圈里面以及它的引出線上出現的相間短路和與大電流接地電網相連的變壓器的單相接地故障，簡言之，也就是雙繞組、三繞組變壓器繞組內部及其引出線上等發生的各種相間短路故障和變壓器單相匝間的短路故障。電流互感器被裝在了電力變壓器的兩側來達到以上的保護目的。由于變壓器具有兩個或更多個電壓等級，所以，要對兩邊的電流互感器的變化比進行比較合理的選擇來保證差動保護動作的正確性。

2 差動保護中不平衡電流和勵磁涌流

不平衡電流和勵磁涌流是差動保護中的兩個重要元素，下面簡要介紹一下不平衡電流的產生原因以及勵磁涌流及其鑒別方法。

2.1 差動保護中不平衡電流產生原因

變壓器在具體應用中，會受如環境溫度、濕度、電磁干擾等多種因素的影響，從而會引起差動回路中出現不平衡的電流。由于變壓器的差動保護受不平衡電流影響比較大，可能會導致其不能正常工作，所以必須及時恰當地解決引起不平衡電流的常見問題，這樣才能保證變壓器差動保護的正常工作，提高動作的準確性，避免差動保護裝置發生誤動或拒動的情況。

（1）變壓器區外短路時引起的電流不平衡，由于穿越性短路電流其實是TA鐵芯飽和，造成不平衡差流變大，而且不平衡差流隨穿越性電流變大而變大。

（2）勵磁涌流引起的電流不平衡。在切除變壓器外部短路故障后恢復電壓時，變壓器電源側繞組里面，將出現非常大的勵磁電流，極短時間內達到6～8倍額定電流大小，但是這時電流僅流過變壓器電源側繞組，因此差動回路中產生很大的不平衡電流是必定的。

（3）電流互感器兩側特性不相同引起的，比如，使用的電流互感器，35 kV一邊通常用斷路器中的套管式，10 kV一邊則常用環氧樹脂澆鑄式，它們的型號不一樣，特性肯定不會沒有差異，因此，差動回路中存在不平衡電流是不可避免的。

（4）變壓器在工作過程中，改變分接開關的位置或者是在帶負荷狀態下調壓，就會破壞電流互感器中二次電流的平衡，從而必在差動回路中產生不平衡電流。

2.2 變壓器的勵磁涌流及其鑒別方法

變壓器差動保護繼電器的正確選型、設計和整定，都是跟變壓器的勵磁電流分不開的。勵磁電流僅僅出現在變壓器的接通電源一側的繞組，它的存在就等效于變壓器內部故障時的短路電流，會對差動保護的正常工作造成影響。

變壓器的勵磁回路如果從其原邊看的話，可以看作是非線性的電感。在變壓器及其系統正常工作的情況下，鐵芯沒有處于飽和狀態，這時它的相對導磁率相對大一些，變壓器的勵磁回路可以被看做是一含有鐵芯的電感線圈，變壓器的繞組電感也比較大，因此勵磁電流小的在計算時可以不考慮。在外部短路情況下，因為系統電壓減小，勵磁電流造成的影響一般可忽略。

然而，如果遇到特殊情況，像電壓突然增加的情況，比如切除外部故障后供電恢復時，鐵芯飽和時的相對磁導率近似等于1，再從變壓器原邊看的話，勵磁回路等效于空心線圈，回路電感減小，引起勵磁電流可達額定電流的6～8倍。通常，這種變壓器勵磁電流稱為勵磁涌流。

變壓器差動保護最重要的問題是正確鑒別勵磁涌流以及內部故障。長期以來，有很多的學者在研究勵磁涌流和內部故障的判別原理和識別方法，其中最主要方法有：二次諧波電流鑒別勵磁涌流、波形特征識別法、諧波識別法、基于間斷角原理鑒別勵磁涌流、基于波形對稱原理鑒別勵磁涌流、基于波形凹凸性識別勵磁涌流、磁通特性識別法、等值電路識別法、有功功率識別法。

3 變壓器差動保護發展方向

雖然從變壓器差動保護出現以來，對勵磁涌流的準確識別就已然是變壓器差動保護必須要研究和重點解決的問題之一，但到目前為止都沒有達到令人十分滿意的效果，因此，在找到更先進的新原理和更可取的新技術之前，只能加深對差動保護勵磁涌流的研究，增強對它的準確識別的能力。由于變壓器差動繼電保護系統將辨認勵磁涌流為變壓器內部故障電流，而可能引起繼電器的誤動作，故必須設法區分。目前為止，變壓器主保護的動作準確率還不夠高，甚至還比較低，變壓器差動保護以及與它相關的判斷依據要更加完善。然而，新器件，新技術的應用為變壓器的保護研究與發展提供了一個廣闊的天地。計算機與網絡技術的迅猛發展，高性能的微處理器芯片不斷出現，微機變壓器保護裝置的性能不斷得到改善，整個微機保護系統正向集成化，人工智能化，網絡化，通信一體化，標準化方向

發展。

4 結語

隨著變壓器的復雜性的增加及設備貴重程度的提高等，對變差器的主保護差動保護的可靠性、快速性、反應的準確性要求將會越來越高。隨著變壓器差動保護各種相關技術的發展和進步，以及對勵磁涌流研究的更加細致，變壓器差動保護的可靠性和動作速度也將大大提高。變壓器保護的方法也會越來越多，更先進的變壓器保護裝置也會不斷出現，為電力系統的安全、可靠、穩定運行提供保障，取得多方面的效益。

參考文獻

[1]崔楊.自適應技術在變壓器差動保護中的研究[D].廣西大學，2005.

[2]陳宇.變壓器勵磁涌流的特性與識別方法[J].云南水力發電，2008.

[3]賀家李.電力系統繼電保護技術的現狀與發展[J].中國電力，2000.