变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干

电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。

作为电力变压器的主保护之一的变压器差动保护历来得到广大保护同行们的重视，对其主要保护原理的研究已经相当有成果。但是对于其电流互感器(TA)及其联接组的若干问题尚留有进一步探讨的余地，如：(1)变压器各侧TA联接组的变比匹配和相位修正；(2)TA饱和时的对策；(3)TA二次电路断线或短路时的对策；(4)TA的相序、极性和接地问题等。

这些问题处理的不好也会直接影响变压器差动保护的可靠工作，降低保护性能。特别是现在大量采用的微机型变压器差动保护，由于具有了更加强大的数据处理、计算、逻辑判断等软件功能，更应该很好处理和解决这些问题。本文针对这些问题并通过长期在变压器保护方面的研究、设计和应用中的体会，对变压器差动保护中变压器各侧电流互感器TA及其联接组的若干问题专门作了探讨。

1电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正

一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器各侧电流互感器TA的二次电流不会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线组别以及变压器各侧的电流互感器TA的变比和接线等情况有关。因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑下列各项因素，使得经过合理匹配的各侧电流才能进行比较。这些因素主要是：1)变压器各侧的电压等级，包括分接头情况；2)变压器各侧的电流互感器情况及其接线方法；3)变压器Y-△接线下造成的电流相位角差；4)变压器Y接线绕组侧的中性点接地情况；5)变压器△侧有无接地故障零序电流电源。

常规的变压器差动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题，这里不再赘述。目前，微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以数学方法来实现匹配各种变压器和其电流互感器TA的变比，以及被保护变压器接线组别形成的相位差。不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。

一般情况下，微机型变压器差动保护装置可以采用如下的数学表达式模拟变压器各侧电流的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式。其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：

它们之间的区别主要是：方式一符合常规使用方式，应用经验丰富；方式二对于变压器一次侧的接地故障灵敏度较方式一好；方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输入的电流没有相关合成，因此对于变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况可能比方式一好些；方式二的缺点是需要输入保护装置接地侧的零序电流，应用经验不够丰富。

通过以上分析和在实际应用中的体会，采用纯数学方法依靠软件实现电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式带来的好处是：可靠性高、方式灵活、不受环境影响、经济性好、修改方便等。但是，在应用中一定要注意选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平衡系数本身放大保护的采样值影响保护工作。

2电流互感器TA饱和时的对策

常规电磁耦合方式的电流互感器TA，由于故障电流大和(或)系统时间常数长以及电流互感器TA本身的剩磁等因素引起的电流互感器TA饱和情况，会对变压器差动保护装置产生极为不利的影响。特别是电流互感器TA的暂态饱和对引用变压器各侧电流量的变压器差动保护的影响更大，应该采取相应的识别方法区分是否为变压器差动保护区外的故障造成的电流互感器饱和的情况，避免变压器差动保护发生误动作。

目前，一方面对于电流互感器TA的选型已经考虑或注意到电流互感器TA的暂态饱和问题，如在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采用TPY级电流互感器，以及选用带小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置本身具有一定的抗电流互感器饱和的能力，特别是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力。对于保护装置采用的判别方法主要是利用电流互感器饱和后的电流特征识别，如电流波形识别法、谐波含量判别法、时差判别法等。下面介绍一种变压器差动保护中选用的抗电流互感器饱和的附加稳定特性区判别方法：

首先，对于发生在被保护变压器区内的短路故障，它引起的电流互感器TA饱和是不易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是因为差动电流和制动电流的测量值都会受到影响，而且它们的比值立即就会满足保护动作条件。这时的比率差动保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动保护的动作条件。

其次，对于发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流引起的电流互感器饱和，会产生很大的虚假差动电流，这在各个测量点的电流互感器TA饱和情况不同时更为严重。如果由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内，而且不采取任何稳定比率差动保护的措施，比率差动保护将会误动作。但是我们知道：电流互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁通达到它的饱和密度后才开始的。这样，电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间(不小于1/4T-1/2T，T为工频周期的时间)还能够线性变换电流量，不会立即产生饱和。因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器各侧的电流量得到的差动电流，在开始的短时间内基本平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待电流互感器TA饱和后才会产生较大的差动电流，引起变压器差动保护误动。