變壓器保護原理及技術分析

摘 要：在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中，需要電壓升降的地方都配備了不同類型的變壓器，例如說配電變壓器、音頻變壓器或者電源變壓器等，同時還包括提供特殊功能的整流變壓器、差動變壓器以及變頻變壓器等。不管是屬于強電或者弱電范圍，變壓器都得到了非常普遍的應用，在很多電力設備中，變壓器屬于重要的組件，也直接決定了設備成本的多少。文章主要分析了變壓器的分類結構與差動保護原理，分析了變壓器誤動原因及解決辦法，并探討了幾種新型變壓器的保護原理。

關鍵詞：變壓器保護；原理；技術分析

變壓器是電網(wǎng)中的重要設備，其功能是對交流電電壓和電流的大小進行調整。在輸送電能功率保持不變時，要降低電流就必須要提高電壓，所以借助于變壓器進行電壓調整來實現(xiàn)遠距離輸電，這一方法所帶來的經濟效益較高且輸電途中損耗較少。由于變壓器屬于電力設備中的重要設備，其成本往往非常昂貴，因此通常都配備了多套繼電保護來避免其損壞，文章主要探討變壓器的差動保護。

1 變壓器的分類和結構

變壓器的分類辦法非常多，根據(jù)相數(shù)的差異一般分成單相、三相以及多相；根據(jù)繞組數(shù)目一般分成雙繞組變壓器（通常為中小型變壓器）、三繞組變壓器（一般為大容量變壓器，其包含高壓、中壓以及低壓三組繞組）、多繞組變壓器（如電源變壓器）以及單繞組變壓器（如自耦變壓器）；根據(jù)實際功能的差異也可以將其分類為電力變壓器、電爐變壓器、行燈變壓器等；根據(jù)冷卻方式的不同可以分為干式或油冷變壓器等；根據(jù)鐵芯結構的差異，能夠分成芯式與殼式兩種，我們能夠明顯看到殼式變壓器的鐵軛纏繞在繞組外圍，有助于變壓器散熱，但是鐵芯的工藝相對復雜，通常應用于小型功率在5kVA以下的變壓器內，而芯式變壓器的鐵芯材料為條狀硅鋼片，其制造簡單，成本較低，繞組和鐵芯的絕緣問題更好解決，因此應用非常廣泛[1]。

變壓器主要結構由鐵芯和繞組兩部分組成。鐵芯是主要的磁路部分，一般含硅量較高，厚度在0.35mm或者0.5mm，由表面涂有絕緣漆的熱軋或者冷軋硅鋼片疊裝而成，鐵芯柱套有繞組；繞組屬于變壓器的電路部分，它一本是用紙包的絕緣扁線或者圓線繞成，另外，變壓器還包括油箱、冷卻和安全裝置。但無論屬于那種類型，都必須要做好保護檢修工作，確保其時刻處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，若在日常檢修中發(fā)現(xiàn)問題，應當及時采取措施，減少故障問題所帶來的損失。

2 變壓器差動保護分析

2.1 變壓器差動保護原理

現(xiàn)階段，變壓器保護通常選擇電流縱聯(lián)差動保護，其擁有靈敏度較高、選擇性較好的優(yōu)勢，經過實踐應用證明，差動保護可以準確的判定變壓器內外故障。

如果變壓器選擇YD11的接線方式，D接線側的電流在相位上和Y側相差150°，即D側電流相對Y側的同相電流在相位上要滯后150°，所以即使變壓器兩側電流互感器二次電流的數(shù)值相等，在差動保護回路中也不會產生不平衡電流。為了消除YD11接線可能出現(xiàn)的不平衡電流，我們一般選擇相位補償?shù)姆椒?，即是Y/D轉換，把Y側的電流互感器二次側接成三角形，而把D側的電流互感器二次側接成Y形，進而將電流互感器二次電流相對進行校正。在YD11接線中，Y側與D側的二次電流都是按照Y方式接入微機保護裝置內，高壓側繞組屬于Y型，低壓側繞組屬于D型。在變壓器保護中，電流互感器二次側通常是由母線指向變壓器，在一般的接線方式下，低壓側的二次電流實質上會滯后其對應高壓電流150°。

2.2 變壓器差動保護誤動原因及解決辦法

首先，勵磁涌流的存在會直接導致變壓器的差動庇護發(fā)生誤動，進而讓變壓器空載合閘無法進行，為了減輕勵磁涌流對其影響，通常我們選擇接近速飽和變流器的方式來作抵償措施。當勵磁涌流進入差動回路時，因為速飽和變流器的鐵芯具備易飽和的特點，其鐵芯會迅速嚴重飽和，勵磁阻抗大幅降低，變換到二次繞組的電流就很小，差動庇護不會動作。只要我們對速飽和變流器的一二次側繞組匝數(shù)進行合理的調整，就可以非常有效的降低勵磁涌流對差動庇護的影響，從而防止變壓器差動保護誤動。

其次，差動保護二次電流回路的接地方式存在問題。差動保護二次電流回路接地的狀態(tài)下，各側TA的二次電流回路應當經過一點接入地網(wǎng)，由于變電站接地網(wǎng)之間并不是絕對等電位，各個點之間存在電位差。在短路故障出現(xiàn)之后，大量電流接入地網(wǎng)，各個接地點的電位差變大。若差動保護二次電流回路接于地網(wǎng)中的不同點，其電位差形成的電流往往會進入保護裝置，從而對其動作的準確性產生影響，嚴重時可能出現(xiàn)誤動。因此各側CT二次電流回路必須保持并聯(lián)，再接入保護裝置的電流回路內，同時應當在并聯(lián)的公共點接地[2]。

最后是平衡電流的影響與消除方法，變壓器與電流互感器的技術原理與物理結構等因素必然會導致不平衡電流的產生，而降低或者消除不平衡電流是增強差動保護可靠性的重要途徑。按照不平衡電流形成的實際因素，可以通過于不同對策來進行處理，例如說計算變比和實際變比存在出入而形成的不平衡電流，可以通過補償?shù)姆绞絹硖幚恚绮捎米择钭兞髌鬟M行補償。在變壓器一側電流互感器裝設自耦變流器，將LH輸出端接到變流器的輸入端，當改變自耦變流器的變比時，可以使變流器的輸出電流等于未裝設變流器的LH的二次電流，從而使流入差動繼電器的電流為零或接近為零。

3 新型的變壓器保護原理

一是磁通特性保護原理，它可以說在本質上與基于勵磁阻抗或者瞬時勵磁電感變化保護原理是相同的，是從勵磁支路的非線性特征出發(fā)，按照變化量的多少來設置保護判據(jù)。這種變壓器保護方法不僅能夠有效解決二次諧波原理的缺陷，同時還能夠用微機實現(xiàn)。但磁通特性保護原理現(xiàn)階段僅僅能夠用于單相變壓器。

二是基于序阻抗原理的變壓器保護，當變壓器產生故障之后，其兩側正負序阻抗分別處于不同的象限之中，這一保護原理能夠利用上述特性來準確的判斷變壓器內外故障，其優(yōu)勢在于不受飽和與變化不一致的影響。但因為序阻抗原理依舊不能解決勵磁涌流產生的影響，保護的可靠性還有待進一步提升。

三是功率差動保護原理，變壓器處于正常運行狀態(tài)時所消耗的有功較小，如果其絕緣發(fā)生故障，電弧放電發(fā)熱會消耗大量有功，我們對變壓器消耗有功的實際大小進行監(jiān)測便能夠很好的判定其是否存在故障。這一保護原理基于能量守恒定律，能夠比較客觀的反映變壓器內部的運行情況，因為并未將勵磁涌流當作是動作的因素，所以不會受其干擾。這一保護原理的問題主要是涌流時銅耗難以精確計算，對Y/△接線的變壓器，因為△側繞組內部電流無法獲取，因此其銅耗難以確定[3]。

4 結束語

總之，差動保護屬于變壓器主保護，其技術原理相對簡單，實現(xiàn)起來也較為容易，但是我們要認識到，差動保護往往會受到不平衡電流的干擾，從而影響其可靠性，我們必須要充分了解差動保護的技術原理，通過有效的對策來降低或消除不平衡電流，進而提升差動保護的可靠性與安全性。

參考文獻

[1]任麗茹.差動原理在變壓器保護中的實現(xiàn)[J].科技與企業(yè)，2015（6）：45.

[2]王琳.變電站主變壓器保護配置分析[J].中國科技信息，2014（22）：28.

[3]多健，丁慧靚，關闊.變壓器保護配置淺析[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（12）：79.