分析變電站主變壓器差動保護的不平衡電流產生的原因

劉蘭

【摘 要】本文從變電站主變壓器差動保護的應用現狀出發，通過分析引起主變壓器差動保護的不平衡電流產生的原因，使技術人員能夠在故障出現后快速判斷引起事故的原因，盡快恢復主設備運行。

【關鍵詞】變壓器；差動保護；不平衡電流；原因措施

前言

隨著我國電網工程的快速發展，電力變壓器作為電網工程中不可或缺的重要組成部分，扮演著非常重要的角色。縣城 35kV 變電站是縣農副業、小工業的硬支柱，因此電力變壓器的安全穩定運行關系重大。做為電力變壓器主保護的差動保護主要用以保證在變壓器內部發生嚴重故障時快速動作跳閘。通過以下對差動保護原理的分析，可使檢修人員縮短檢查、分析時間，減少大范圍停電時間。

1.變電站主變壓器的差動保護原理

變電站主變壓器的差動保護是其主保護，主要是保護變壓器單相匝間、變壓器繞組內部以及引出線上發生的各種短路故障。理論上來講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零，而兩側的電流互感器按差接法接線，在正常和外部故障時，流入繼電器的電流為兩側電流之差，其值接近為零，繼電器不動作。內部故障時，流入繼電器的電流為兩側電流之和，其值為短路電流，繼電器動作。

2.變電站主變壓器差動保護的應用現狀

在變電站的主變壓器差動保護裝置中有速斷保護、本體保護和差動保護三種，主要是在變壓器發生故障的時候采取一系列的保護動作，首先是瞬間跳開高低壓斷路器，然后把變壓器和電源隔離開，從而實現主變壓器的保護，避免造成不必要的損壞。[2]從理論上講，主變壓器差動保護的應用基于基爾霍夫電流定律，能夠在較短的時間內靈敏的切除主變壓器的內部故障；在切除外部故障的時候，可靠的避免勵磁涌流；此外，無論是在正常運行的情況下，還是在遇到外部故障的時候，都能夠躲避不平衡電流，不會產生因過勵磁而造成的誤動作。然而在實際應用中，變壓器正常運行時的勵磁電流則會使變壓器的差動保護產生不平衡的電流，當其超過允許的范疇，則會使差動保護發生誤動作，比如說，在切除外部短路故障的時候，變壓器突然恢復電壓，就會產生大量的暫態勵磁涌流，當其數值等于或是高于短路電流的時候，就必然會產生差動誤動作。鑒于此，在變電站主變壓器差動保護中如何避免產生不平衡電流，減少誤動作帶來的不良后果，這是當前技術人員面臨的一個重要技術難題。

3.影響主變差動保護誤動作的幾個因素

從變壓器的差動保護原理可知，當正常運行及外部故障時，差動回路電流為零，這是由于許多因素的制約從而產生了不平衡電流，不平衡電流太大，就將降低內部故障時保護的靈敏度。有時，甚至使保護無法正常工作，所以，減小不平衡電流以及對于保護的影響程度就成為了實現縱差保護的主要問題。

3.1穩態情況下的不平衡電流

（1）由電流互感器變化的標準化而產生的不平衡電流。（2）三相變壓器接線產生的不平衡電流。對于 Yy0接線的變壓器，一次和二次兩側對應相電流的相位幾乎是一模一樣的，而對 Yd11 接線的變壓器來說，由于其星形和三角形一側所對應相的線電壓，在相位上存在著 30°的差距，相應的相電流相位也必須保持30°的相差。所以，在三角形側的電流與星形側的同一相電流，在相位關系上三角形側的電流要比星形側的同一相電流在相位上超出 30°，由此便知即使在變壓器兩側電流互感器二次電流的數值相同的情況下，不平衡電流在差動保護回路中還是會存在的。如何解決因變壓器 Yd11 的接線而引發的不平衡電流，相應的措施可以利用相位補償法來進行處理，簡單來說就是將變壓器星形側的電流互感器在二次側接為三角形的；同理可將變壓器三角形側的電流互感器在二次側接為星形，借此處理就可以解決變壓器接線所產生的不平衡電流影響。（3）帶負荷調整變壓器的分接頭處產生的不平衡電流。（4）因電流互感器變換誤差而引起的不平衡電流。

3.2 變壓器的差動保護中減小涌流影響的有效措施

根據上述分析可以看出，在變壓器的差動保護過程中，如果沒有采取有效措施來消除勵磁涌流所帶來的影響，就會導致保護的誤動作。根據勵磁涌流的特性，可以采取以下措施進行：

（1）利用勵磁涌流的非周期分量來使繼電器鐵心實現飽和，自動地增加保護的動作電流；（2）利用提高保護動作值或是延時動作來躲過勵磁涌流。但前者降低了保護動作的靈敏度，而后者則失去了速動的優點，因此現在不能采用；（3）采用勵磁涌流波形的差異（有無間斷角）和內部的短路電流來躲過勵磁涌流；（4）利用二次諧波制動；

（5）利用比率制動。

4.變電站主變壓器運行時不平衡電流產生的原因

就變電站變壓器的結構特性來說，當其處于正常運行的狀態時，也可能產生不平衡電流，從而對差動保護造成一定的影響。下面將就變電站主變壓器在正常運行時不平衡電流產生的原因進行分析，具體如下：首先是主變壓器兩側接線方式而導致的不平衡電流。一般來說，變壓器兩側的電流相位是由變壓器的接線方式決定的，由于接線方式的不同，變壓器兩側的高、低壓測電流之間存在著一定的相位差，也就是說，盡管互感器上兩側二次電流的數值是一樣的，但是在電流回路中仍會產生不平衡電流，從而使得主變壓器中的電流處于不平衡的狀態。其次，實際運行中應用的變比與電流互感器計算的變比不相符，從而使得在變壓器兩側差動保護中所應用的二次電流不同。通常來講，在計算變壓器兩側差動保護的電流互感器變比時，主要依據變壓器的高低側額定電流以及互感器的連接方式，但是由于實際應用中的標準變化比與計算的變比之間存在著一定的誤差，從而就會產生不平衡電流。再者是變電站主變壓器兩邊的差動保護所應用的電流互感器的類型不同，包括型號和規格，從而就使得兩側電流互感性的特性不同，在應用協作中存在著一定的問題，導致不平衡電流的發生。此外，當主變壓器在正常運行中產生大量的勵磁涌流時，比如說當變壓器處于空載合閘的狀態，或在消除故障中突然產生電壓，這些情況下的勵磁涌流是非常大的，通常為額定電流的7倍左右，因此當其通過電流互感器的時候，就會以二次電流的形式全部進入到差動回路當中，從而產生不平衡電流。[3]

5.改善變電站主變壓器差動保護的應對措施

目前，在變壓器的差動保護中，最突出的問題就是不平衡電流的產生，因此需要設備管理人員從以下方面進行解決，從而減少或是避免變壓器在正常運行中產生的不平衡電流，防止誤動作的發生。

5.1 正確安裝變壓器的電流互感器

在變電站主變壓器的接線方式中，可以應用常規接線和全星形接兩種形式，因此，為了避免主變壓器差動保護的不平衡電流的產生，相關工作人員需要嚴格按照設計、安裝、整定、調試和驗收的工作要求進行，并與設備的廠家做好技術交底工作，針對問題及時進行溝通。

5.2 做好變壓器的日常管理工作

一般來說，在變壓器的日常管理中，要高度注意變電站主變壓器兩側差動保護裝置的維護工作，比如說，定期對主變壓器差動保護裝置進行巡視，做好變壓器一、二次設備的日常維護工作；密切關注變壓器差動保護裝置的各相差流變化情況，長期對其進行監視，一旦發現超過規定的差流范圍，就要及時通知繼電保護人員進行檢查，分析問題產生的原因，并及時采取相應的解決措施，從而保證變壓器的正常運行。

6結束語

根據對主變差動動作原理的分析，使技術人員能夠在故障出現后快速判斷引起事故的原因，在排除設備誤動作時，結合試驗數據，迅速找出設備故障點，縮短搶修時間，盡快恢復主設備運行。

參考文獻：

[1]安玉平.淺談35kv變電站主變壓器差動保護的應用[J].中國科技縱橫，2012，9（10）：38-40.

[2]李瑋.電力系統繼電保護事故案例與分析[M].北京：中國電力出版社，2012.

（作者單位：國網山東省電力公司曹縣供電公司）