變壓器差動保護的討論與研究

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一、變壓器縱差動保護的故障類型

搞明白變壓器故障類型不同之處有利于搞清楚保護配置。分開不同的故障原因，才能設置相應的差動保護類型，才能確定勵磁涌流識別的方法需對這些故障類型的故障電流沒有誤判性。

(一)電力變壓器的電氣量故障類型及不正常運行狀態

電氣設備運行狀態有：正常、不正常工作狀態、故障狀態。

變壓器有原邊繞組、副邊繞組、鐵芯，故障和不正常狀態很多。

1.變壓器的故障類型

可分兩類：油箱內部、油箱外部兩種電氣故障。

油箱內部故障：

(1)油箱內的相間短路：有很大的短路電流，會急劇發熱，對變壓器危害最大。相間短路不能及時切除變壓器，會引發爆炸，造成燒毀。(2)匝間短路：鐵芯上有絕緣層，線與線在絕緣狀態。長期運行，變壓器發熱，絕緣有可能老化。短路繞組匝數會有大的環流。危害極大。發生大環流部分繞組發熱量增加，一是使變壓器油極具發熱，二是加熱鐵芯，遲滯損耗和渦流損耗增加，進而會引發鐵芯的燒損和物理變形。

上面的兩種故障，共同之處：對變壓器有很大的危害，產生大電流就可能急劇發熱。不同之處：相間短路時，從變壓器箱體外面反映出來，引出線有大短路電流；匝間短路時，發生在內部，變壓器引出線電流增大不明顯。

(3)單相接地。此故障是由單相繞組或引出線通過外殼引起的。它和變壓器中性點的運行方式有很大關系。若變壓器是中性點直接接地，則單相故障時短路電流、零序電流很大。若中性點不接地，則單相故障時短路電流、零序電流就不大，但由于三相不對稱，將會出現零序電壓。

油箱外部故障：

(1)由于變壓器三相引出線相與相之間的短接，引起的相間短路。它和油箱內部相間短路相似，都會產生很大的短路電流，會對變壓器造成很大的危害。

(2)絕緣套管破損、閃絡引起的單相接地短路故障。它與油箱內單相接地短路相似。

2.變壓器不正常運行狀態

(1)過負荷：當電流超過額定值時，變壓器未發生故障，此時稱為變壓器過負荷運行狀態，其三相運行狀態基本對稱。

(2)過電流：與過負荷相似，但三相運行狀態不對稱。

(3)零序過流

(4)油面下降

(二)變壓器的主要保護方式

1.瓦斯保護：分為輕瓦斯和重瓦斯兩種保護。輕瓦斯反應于油面下降，動作于信號。重瓦斯反應的是油箱內各種短路，動作于跳閘。

2.縱差動保護：縱差保護反應繞組的匝間短路，應與瓦斯保護配置在一起，構成變壓器的主保護。

3.電流速斷保護：容量較小的變壓器可配電流速斷保護。

二、變壓器縱差動保護

(一)縱差動保護的作用及保護范圍

任何電氣設備，內部發生電氣故障時，將會造成嚴重的損壞。繞組端部故障時差動電流很大，容易被檢測出來。其保護區域，包括電流互感器各側。

(二)縱差動保護的原理及接線

在理想條件下，變壓器正常運行或外部短路時，變壓器各側流過的電流相量和為零。此時保護不動作。當發生內部故障時，流過各側的電流相量和等于短路點的短路電流，此時保護動作。

變壓器差動保護原理圖

(三)數字式縱差動保護相位調整算法

變壓器外部故障或正常運行時，差動繼電器的電流相量和為零，因此需要對電流互感器二次側相位進行統一及電流平衡的調整，并消除流入繼電器零序電流的影響。由于軟件的靈活性，我們通常將前者放在軟件中進行計算，所以不管變壓器的接線形式是什么，互感器都可統一為星型接線，這樣既簡單，又增加了二次回路的可靠性。

通常通過兩種方法對相位進行調整：(1)以d側電流相位作為基準，對Y側電流進行移相，使Y側相位與d側相位一致；(2)以Y側電流相位作為基準，對d側電流進行移相，使d側相位與Y側相位一致；只要對應的兩個同相電流幅值一樣，不平衡電流則為零。

三、研究中對差動回路建模的處理

由差動保護的最基本原理可得，在不考慮變壓器勵磁電流的條件下，由基爾霍夫電流定律可知，在元件正常運行或外部短路情況下變壓器各側流過的電流相量和為零，內部短路時，流過各側的電流相量和等于短路點的短路電流。在不考慮外部故障時互感器飽和引起負誤差的理想情況下，需獲取變壓器一二次側引出線的線電流，經過變比折算、相位調整后向量和即為差電流。