变压器的差动保护及故障分析-北极星售电网

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目前，国内电网大多数采用由多微机实现的比率差动保护作为变压器主保护，正确动作率往往不尽人意，这对变压器的安全和电网系统的稳定运行很不利。

1变压器差动保护的工作原理

根据基尔霍夫电流定律，当变压器正常工作或在区外发生故障时，流入变压器的电流和流出电流相等，差动继电器不动作。

在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧则按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子项链，并在两接线质监并联介入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路。从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流Iumb流过。流过继电器的电流Ik=I1-I2=Iumb，要求不平衡电流应尽量小，以确保继电器不会误动。党变压器内部发生相间短路时，在差动回路中由于I2改变了方向或者等于零(无电源侧)，这时流过继电器的电流为I1与I2之和，即Ik=I1+I2=Iumb，能使继电器可靠动作。

2差动保护误动的原因和防范措施

1)区外故障引起的差动保护误动。当变压器发生严重的区外故障时，两侧会产生更大的差流，如短路电流较大，两侧互感器型号不一致，特别是短路电流打得一侧使用P级互感器(也就是不带暂态特性的电流互感器)，而短路电流小的一侧使用TPY级互感器(带暂态特性的电流互感器);短路电流中含有较大的非周期分量和谐波分量;故障切除瞬间，由于剩磁的存在，电压恢复时产生大小不等的恢复性涌流;特殊性负载，如容性或感性负载的存在，致使各侧短路电流相位发生偏移，产生较大的差流。根据对典型事故的录波分析，发现保护动作点均落在差动比例制动曲线无主动特性的水平线上第一拐点以内，即差流大于门槛值，制动电流小于第一拐点电流(拐点电流为0.9~1.0In)。防范区外故障造成差动保护误动的方法：①继电保护定值不宜低于0.4In;②设置先进的原理进行保护;③提高硬件的采样精度和计算准确度;④两侧电流互感器尽量选用同一型号，可以同为P级或TPY级，使用TPY级互感器效果最好。

2)电流互感器二次回路断线引起变压器差动保护误动。电磁式变压器差动继电器的电流互感器回路接线，首先必须通过接线形式的选择进行外部的“相位补偿”，清除变压器接线组别不同造成的高、低压侧电流相位差和差动保护回路不平衡电流。对于Y/d11接线的变压器，由于三角形侧电流的相位比星形侧同一相电流超前30度，必须将变压器星形侧的电流会干起二次侧接成三角形，而三角形侧的电流互感器接成星形，将流入差动继电器的电流互感器二次电流相位校正过来。

变压器差动保护的动作电流的整定，主要应避开变压器差动保护二次回路断线时在差动回路中引起的差动电流的影响。违纪变压器差动保护的动作电流一般按变压器而定电流的25%~50%考虑，其保护功能用逻辑来实现，比电磁型变压器差动保护快速、灵敏、动作电流整定值较小。

电流互感器断线最明显的特征就是电流下降，在微机保护中，只要有合理的判断，就不难解决电流互感器二次回路断线时变压器差动保护误动问题。例如某侧电流满足下列条件认为是电流互感器断线：只有一相或两相电流为零，其他两相或一相电流与启动电流相等，故障相电流的突变量超过给定值，可判断出电流互感器断线。

3)励磁涌流引起变压器差动保护误动。变压器励磁涌流的特点是正常运行情况下其值很小，一般不超过变压器额定电流的3%~5%，变压器工作在磁通的线性段。铁芯未饱和，其相对导磁率很大，变压器绕组的励磁电感就很大。

当变压器空投或故障切除后电压恢复时，由于变压器铁芯中的磁通急剧增强，使铁芯瞬间饱和，相对导磁率接近1，变压器绕组电感降低，伴随出现数值很大的励磁涌流，包含有很大成分的非周期分量和高次谐波分量，并以二次谐波为主，其数值可以达到额定电流的6~8倍，出现尖顶形状的励磁涌流。在起始瞬间励磁涌流衰减很快，对于一般中小型变压器，经过0.5 s~1 s后，其值不超过额定电流的0.25~0.5倍;大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值要2 s~3 s，即变压器的容量越大衰减越慢，同时励磁涌流波形出现间断，有间断角。应该注意的是，浪涌电流和变压器的激磁涌流一样，只流过变压器一侧，在变压器空投合闸或切除外部短路的电压恢复过程中，全部激磁涌流都将流入差动回路，且在一台变压器产生激磁涌流的同时，与其并联运行的变压器还会产生浪涌电流，并也将全部流入差动回路，造成变压器差动保护误动作。

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