淺談大型變壓器保護設計若干問題研究

摘 要：電力變壓器在整個電力系統的發輸配過程中的充當重要角色，因此如何既高效又實用的提高變壓器工作的可靠性，對保證電力傳輸，系統安全運行具有十分重要的意義，本文主要針對變壓器差動保護，以及大型電力變壓器保護設計中的若干問題進行研究與探討。

關鍵詞：變壓器保護設計；幅值和相位平衡準則；相位平衡理論

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）29-0108-02

目前，伴隨著電力變壓器自身容量的增大以及其電壓等級的不斷提高，在實際運行中，必須根據電壓器的容量和重要程度并考慮到變壓器可能發生的各種類型的故障和不正常工作的情況，而裝設各種性能良好，動作可靠的繼電保護設備，這對系統的安全性要求上了一個臺階，同時對變壓器保護動作特點（快速、安全、可靠、靈敏）提出更高的要求。而變壓器差動保護作為主保護之一，在繼電保護中同樣發揮舉足輕重的作用，同時在變壓器保護中，研究非電量保護在反映變壓器內部故障和異常運行起著至關重要的作用，是電力變壓器保護的重要組成部分。雖然上述保護在全國各地變電站現場得到了廣泛應用，其技術應用也相對較為成熟，但是仍存在一些問題值得研究。

1 幅值和相位平衡基準側選取

對目前電力變壓器差動保護而言，由于使用的是Y/Δ接法，這使得在分析差動保護以及整定計算過程中涉及各側的相位平衡問題，因此需要從理論上分析得到基準選取標準與原則。分析可得在選擇相位平衡基準時，如果選用不同的基準，則整定計算中，差動保護定值及差動保護靈敏度將有所不同，因此在實際工程設計中，工程師針對幅值平衡和相位平衡問題需要討論如何選擇基準側，如何處理平衡問題。

1.1 幅值平衡理論分析

從根據電機學理論可知，計算時選取任意一側作為基準側均可，為了深入分析高壓側和低壓側為基準側時的異同，進行如下推導分析。

選擇高壓側作為基準側時，則可得到差動電流的計算公式見式（1）

Id=IH+KPL1×IL1+KPL2×IL2（1）

式中：Id為差動電流；KPL1=■為低壓1側平衡系數，KPL1=■為低壓2側平衡系數；代入低壓1側和低壓2側的平衡系數，即可得到對應的差動電流見式（2）

Id=IH+■IL1+■+IL2（2）

若以低壓側為基準，則對應的差動電流計算公式見式（3）

Id=KPH×IH+IL1+KPL2×IL2（3）

式中：KPH=■為高壓側平衡系數，KPL2=■為低壓2側平衡系數；將KPH、KPL2代入上式，即可得到對應的差動電流見式（4）

Id=■IH+IL1+■eIL2（4）

通過分析觀察可得，式（4）等式兩邊同時乘以■，即可得到和（2）相同的結論。由此可以看出，理論分析電力變壓器差動保護的幅值平衡可選任意側為基準，但是對于選取不同側基準選擇不同側的影響有如下幾個方面：若選擇指定側的實際有名值為定值，則計算時需要依據基準側的額定電流實際有名值進行換算，反之會導致計算定值出錯，影響定值選取，當選定不同側其對應的有名值不同時，可以類比電機學理論，根據基準側額定電流的倍數進行代換，計算對應的保護定值保持不變，效果不會產生影響。因此實際保護設計中，選擇哪側為基準側，對差動保護的靈敏度無影響。

1.2 相位平衡理論分析

同理，由電機學理論分析可得，針對通常存在的兩種方式（Δ和Y0），在選取相位平衡參考側時，選定參考之后，則需考慮兩種接法方式之間相位轉換（Y0→Δ和Δ→Y0），同時在實際設計中針對這兩種方式，還會考慮其相位平衡處理方法，以及在存在零序電流時如何消除其影響，設計方法有所不同，通過計算對各種故障情況下動作量進行分析，可得到如下結論見表1。

其中，表中為三相短路故障電流倍數，從表中可以看出，在單相接地時，Y0→Δ轉換方式比Δ→Y0轉換方式的靈敏度稍低，在相間短路時，Y0→Δ轉換方式比Δ→Y0轉換方式的靈敏度要高，而對于三相短路故障，其靈敏度相同。由此可以得出如下結論，在設計，選擇相同的標幺值定值時，選取不同參考側，分析不同故障類型所對應的差動保護靈敏度可能不同。

2 勵磁涌流判別方法

在工程設計中，研究如何判別勵磁涌流，一直是變壓器差動保護的設計工作者的熱門項目課題。目前對于電壓等級為220 kV及以下的電力變壓器（這里主要以電壓等級區別），實際應用中發現其低壓側Δ側內通常無法配置電流互感器（簡稱CT），所以實際差動保護配置一般采用Δ側外電流互感器（CT）組成，如圖1所示，CT配置在右邊的Δ側外面。其中對于電壓等級為500 kV及以上大型變壓器，基于其結構特殊性（變壓器三相分體），這使得將CT配置在Δ側內成為可能，若根據上述思路在Δ繞組內配置CT（如圖2所示，CT配置在右邊的Δ側內部），基于上述分析可得，此種配置的差動保護無需考慮相位平衡，且各相差流與其它相無關。

目前研究較多的勵磁涌流識別方法主要有兩種方法，基于差動電流和相電流。根據常規計算流程可知在計算電力變壓器差流之前，通常要考慮第一節所介紹平衡基準側的選取（考慮幅值相位平衡和消除零序影響），基于上節推導可知，各相差動電流與其他各相相關聯。例如Δ→Y0轉換后，當Y0側單相外加電流時，會使得三相產生差動電流，各相之間相互影響；其他轉換以及計算分析類似，當設計中采用本相閉鎖本相的閉鎖方式，由于變壓器本身空充時存在差動保護誤動問題，則不能從根本消除此誤動問題；文獻中還提出了相電流判別法，但是Δ側環形結構原因，可能會產生環流，從而形成助增效應，這極有可能導致所采集到的每相電流偏離實際值的大小。如果能將電流互感器配置如圖2所示，CT配置在內部，則可采用Δ繞組內裝設電流互感器與Y0側配置電流互感器構成差值作為判別依據，變壓器也不會出現上述空充時保護誤動問題，同時對于高電壓等級電力變壓器，若考慮在Δ繞組內配置電流互感器，通過電流互感器輸出差動電流來判別勵磁涌流，則可根本解決識別勵磁涌流中出現的差動保護誤動問題。

3 非電量保護對策

在電力變壓器保護設計中，非電量保護擔任著重要的角色，實際應用中發現其對于反映內部故障和異常運行保護有著不可替代的作用。文獻繼電保護技術規程中規定對變壓器（包括升壓、降壓和聯絡變壓器），都裝設反應油面降低、反應變壓器油溫、繞組溫度過高及油箱壓力過高和冷卻系統故障的非電量保護。但是，目前非電量保護存在部分缺點，主要表現為動作時間相對較長，且只能反映變壓器內部故障，不能反映變壓器引線故障，保護范圍有限。另外由于保護接點絕緣下降，使得觸點導通而導致出口；進端子箱內使端子受潮；二次電纜是非屏蔽電纜；保護裝置中非電量采用光耦輸入、抗干擾能力差等引起非電量保護誤動，因此需引起足夠的重視并采取相應改進措施。

①在非電量保護配置設計中，從保護動作執行角度出發，一般對重瓦斯繼電器保護采用投入跳閘，對于其他非電量保護全部只投入信號，提高速度。

②電力變壓器本電纜進線應從下往上接入，進線盒需加裝防雨罩，以防潮。

③為了增強抗干擾能力，應配置一定的中間繼電器且具有一定的動作功率。

④變壓器的二次電纜最好采用屏蔽電纜，進線盒至端子箱的中間電纜也應采用屏蔽電纜，使得交直流分開，防干擾。

⑤分工明確，本體內絕緣由一次負責檢查，而二次負責回路的絕緣檢查及接線的正確性（二次回路絕緣>1 M？贅/1 000 V）。

4 結 語

本文針對變壓器差動保護，以及大型電力變壓器保護設計中的若干問題進行研究與探討，具體分析了電力變壓器基準側選取標準與原則、差動保護和非電量保護存在的問題及具體的解決辦法，簡要分析非電量保護誤動的原因，提出了改進非電量保護的措施，通過這些解決方案可以保證和提高大型變壓器保護的可靠性和安全穩定運行。

參考文獻：

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