摘要：根据对换流器出现故障的分析发现，换流器的故障具有十分复杂的时间和空间关系，需要我们对直流差动保护的故障以及动作特性进行充分的研究。本篇文章将会对直流差动保护的保护功能定位进行详细的研究，针对具体的模型对直流差动保护的动作特性进行分析。然后对怎样提升直流差动保护动作选择性进行讨论。
关键词：变压器 差动保护 原理 特性
引言
在我国目前的远距离输电工程中，直流输电技术因为自身的优越性以及经济性，在我国的输电工程中得到了广泛的应用。换流器是进行直流输电的关键性部件，是整个输电系统的核心所在。为了给直流输电系统提供安全保障，必须要对换流器采取直流差动保护的方式。换流器的故障特征十分复杂，由于换流器内部复杂的结构的原因，导致了在不同的故障下，其具体的工作状态不确定，此外，由于换流器故障位置的空间差异性，导致了换流器保护的相对困难。以上原因对于我国的直流输电系统带来了严重的威胁。在我国已经发生过多起换流器保护误动的事件，通过对事故进行仿真实验和定性分析等研究，得到了一定的结论。本文将会对直流差动保护存在的问题进行阐述，分析直流保护的具体保护范围和其在不同故障下的动作特性，找出其固有响应特性，提出优化直流差动保护动作特征的方法，从而提高整个直流运输的安全性。
一、直流差动保护动作特性分析
直流差动保护的动作特性也就是将固有的动作特性和直流控制作用进行叠加。两者分别与故障条件和故障变化趋势相关联。
（一）直流差动保护固有动作特性解析分析
直流差动保护的固有动作特性主要是受到以下三个方面的影响：故障
类型、故障位置与故障时刻。
1. 故障类型
因为直流差动保护仅仅对接地故障起作用，所以，要将交流侧接地故障对称性的影响作为重点。三相对称故障下故障桥交流系统向直流系统提供的电压恒为0，但是对于不对称的故障回路便十分复杂，故障交流系统对直流系统提供的电压是周期性的变化，从而故障对称性会影响IdH 和IdN 的变化趋势，影响程度因故障位置而异。
2.故障位置
因为在具体的直流差动保护中，整流侧的故障会比逆变侧故障更加难以处理。直流侧故障可以根据故障点电压的不同分为三种故障：换流器直流侧高压端接地故障、换流器中点接地故障、换流器直流侧中性端接地故障，电压也是由高到低排列。
3. 故障时刻
由于在一个换流阀切换的周期内，发生故障的时刻不同，其针对于换流器造成的伤害也不同。其中，故障时刻对交流侧故障的影响最为严重。在换相时候的时间较短，可以不予考虑。故障时刻对于换流器初始状态的持续时间以及故障回路的影响较大。此外，阀的导通顺序和导通时间也会受到故障时刻的影响。
变压器差动保护原理
二、变压器差动保护原理
差动保护是根据基尔霍夫电流定律的原理来进行工作的，即不管在任何时段，对电路中的任何一点，经过该节点的电流代数和恒为零。差动保护把保护好的变压器当成是一个接点，在各侧都装有电流互感器，并且把电流互感器副边按照差接线法来接线(各侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，同极性端子相连，并联接入继电器)。继电线圈中的经过的电流为各侧电流互感器副边电流之差，从理论上讲，外部故障或者是正常情况下，流入和流出的电流是相等的，差为零的。如果变压器正常运行或者发生区外故障时，互感器的各侧副边电流进入保护装置，经过程序的运行，各侧电流存在的差由装置进行自校，即IH-(IM-LL)趋向等于零(说明：IH是高压侧电流，IM是中压侧电流，IL是低压侧电流)。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这种情况下，保护不动作：如果变压器出现短路故障时，在差动回路中经过差动继电器的电流不在接近于零，即差动电流大于差动保护装置的固定值时，保护动作，就会将保护变压器的各侧断路器跳开，使其断开电源。
三、变压器差动保护作用
差动保护是防止变压器内部故障的主要保护，只要是在35kV及以上的变电站中都会普遍运用，主要用于保护出现的各种相间的短路故障。差动保护的范围是组成变压器差动保护电流互感器之间的电气装置和连接这些装置的导线，简而言之，就是输入两端之间的装置，由于差动保护对区外故障没有作用，因此，差动保护不需要和区外相邻元件保护在动作时限和动作值上配合，区内故障发生时，即瞬间动作发生。总之，差动保护的原理简单，保护范围很明确，动作非常灵敏，以此特征，即作为变压器的主保护。
四、思考
4.1加强主保护，完善差动保护以及简化整定计算。加强主保护就是为了简化后备保护，是变压器如果发生故障时能够瞬间使保护装置启动。当前，220kv以及以上的电压等级的变压器，都需要改进措施，加强主保护，应该安全可靠的基础上完善差动保护装置。在简化整定计算方面，软件程序应该多设定一些固定输入值以及辅助定值，以发挥科学管理的优越性。
4.2差动保护灵敏性的前提是可靠、安全。差动保护装置应该具有快速性，不过在提高装置的快速性的前提是要保证可靠和安全，不能一味地过高追求装置的灵敏性而忽视可靠性及安全性。提高装置的快速性虽然对用电安全是起到一定得作用，但是，从另一方面来说也会降低装置的安全性。因为变压器的严重故障并不都是由轻微故障发展的，故障发生的瞬间极有可能烧毁装置的事故，另外，轻微故障发展到严重故障也需要一定得时间，所以，允许一些时间的切除是可行的，一般来说，在200ms之内排除故障，不会危机变压器核心装置，从维修角度出发，只要变压器的铁心不坏，匝间故障需要更换线圈即可，所以，差动保护在铁心损坏之前工作就行，不需要在减少线圈的烧毁程度上而忽视装置保护的安全性。
4.3对电流互感器的基本要求。差动保护用的电流互感器只要满足两个条件即可，第一，稳态误差必须要控制在10％的误差以内；第二是暂态误差，影响暂态特征的主要参数有两个：非周期分量以及短路电流，一次回路时间常数、二次回路时间常数、电流互感器工作循环以及经历时间，当剩磁与磁通极性相同时，就会加重二次电流的畸变，所以铁心中就会存在剩磁，而电流互感器则可能在一次电流远低于正常正常饱和值。在此情况下，差动保护的暂态不平衡电流比稳态时要大的多，仅仅在整定计算时将稳定不平衡电流增大二倍也是不够安全的，采用抗饱和的办法就是用带有气隙的TPY级电流互感器。在实际使用上可以采用稳态误差选出的技术规范基础上通过“增值”来限制暂态误差。国内110kv以及以下的基本上采用的是P级电流互感器、5P级以及PR级电流互感器，所以，差动保护需要采取抗电流互感器饱和措施，对不同的变压器要采用不同的电流互感器。
4.4后备保护要简化。后备保护的作用主要就是区外故障，当然也可兼备主保护的后备。当加强主保护之后，差动保护双重化配置、气体保护独立电流电源，所以主保护是非常灵敏快速的，理应该简化后备保护，后备保护只要是具有220kv及以上电压系统是近后备，在110kv及以下电压系统是远后备的基础，就根本不需要仿照线路保护设几段后备保护，线路保护有距离保护，不受短路电流而影响，比较固定，配合也简单。变压器的后备保护主要是母线的近后备，只要是故障发生时保护装置能准确按时工作就可以满足要求。当然如果后备保护从电流保护以此来解决多段式配合，这既是复杂也是非常困难的。变压器的后备保护不用多段配合以及定值校对的任务，只要排除整定计算中难以配合的困扰。总之，简化后备保护的依据就是中低压侧要设置复合电压过电流保护作为远后备，电流限时速断作为母线近后备。
结束语
变压器差动保护就是在安全可靠的前提下提高灵敏性和快速性，应该防止因区外故障或者是电流互感器的暂态误差所造成的误动故障；加强主保护应该是在简化后备保护，要摆脱整定计算中难以配合的困扰，不作定值校对，为高压侧和中低压侧设置不同的过流保护装置，在时间和效率上要科学统筹，才能在经济上和安全上共同取的效益。
参考文献：
[1] 韩昆仑，蔡泽祥，李佳曼，李晓华.考虑直流控制的换流器交流侧故障及其保护动作行为分析[J].高电压技术.2014（08）
[2]王维俭．电力主设备继电保护原理与运用(第二版)[M]．北京： 中国电力出版社,2012
论文作者:廖汉卿
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/29
标签：故障论文; 差动论文; 电流论文; 变压器论文; 动作论文; 电流互感器论文; 装置论文; 《基层建设》2019年第6期论文;