广东省肇庆市贺江电力发展有限公司白垢电厂 广东封开 526500
摘要：本文简述了变压器差动保护工作原理，分析白垢电厂差动保护不平衡电流产生的原因，并提出相应有效的消除方法，以提高差动保护动作的选择性、速动性、灵敏性、可靠性，从而保证变压器的安全稳定运行。
关键词：变压器 差动保护 不平衡电流
１引言
变压器是电力系统的主要设备之一，在电网的安全稳定运行中具有极其重要的作用，它的故障将对系统带来严重的影响，因此对其保护的可靠性要求是非常严格的。变压器纵差动保护是变压器的主保护之一，一般容量在6.3MVA以上的变压器均应装设该保护。它是用来反应变压器绕组、套管及其引出线的短路故障，保护动作于跳开各电源侧的断路器。在实际应用当中，变压器的差动保护误动作时有发生，其主要原因来源于保护回路中不平衡电流增大，引起保护误动作。因此对差动保护不平衡电流产生的原因及消除方法的分析很有必要。
2变压器纵差动保护的原理
变压器纵差动保护的原理接线如图１所示，其保护原理是：在变压器两侧装设电流互感器，如果两侧电流互感器的同极性端子均置于靠近母线一侧时（如图１所示），二次侧应为同极性相连接，如果两侧电流互感器的同极性在同一方向，二次侧应为不同极性端子相连接，将差动继电器的工作线圈并联在两个互感器的二次连接线上。由于电力系统的大中型双绕组变压器通常采用Y/△－11接线方法，所以两侧电流相位相差30°,为了使正常运行时纵差动保护两臂中的电流同相位，须将变压器Y侧的电流互感器接成△形，而将变压器△侧的电流互感器二次绕组接成Y 形。在正常运行或外部故障（如图１d1和d2点）时，流过1LH和2LH的电流方向相同，而二次侧电流大小相等方向相反，差动继电器不动作。反之，在内部故障（如图１d3点）时，流过1LH和2LH的电流方向相反，而二次侧电流方向相同，当达到整定值时，继电器动作，跳开两侧断路器。其保护范围就是两个电流互感器之间的故障。但在实际运行当中，由于不平衡电流的存在，将对系统的安全运行带来严重的影响。
3 LCD-4型变压器差动继电器保护原理
白垢电厂一直采用DCD-5型差动继电器。本次增容改造考虑到产品的使用年限以及灵敏度，采用了LCD-4型差动继电器。继电器用于变压器纵差动保护中，作为主保护，继电器适用于双绕组电力变压器和三绕组电力变压器，实现一侧至四侧制动，且能在20～50%变压器额定电流动作。继电器由差动元件和瞬动元件两部分构成。差动元件由差动工作回路，谐波制动回路，比率制动回路，直流比较回路组成。
当变压器区内发生故障，流过继电器差动回路的不平衡电流(差动电流)大于动作整定值时，差动元件动作跳开变压器两侧的断路器。当短路电流水平较高时，由于C、T 饱和产生高次谐波，极大的制动力矩而使差动元件拒动，这时瞬动元件迅速动作跳闸。
谐波制动回路能实现100Hz以上分量顺利通过，而对50Hz谐波分量有极大的抑制，其输出通过整流桥加到直流比较回路作为制动量，其谐波制动量的大小通过电位器W2进行调整。
比率制动回路由两个变压器，两个整流桥，两个稳压管组成。两个变压器带有中心抽头，其始端、末端分别接入两侧电流回路，中心抽头接到差动回路，其输出接到两个整流桥，作为制动量接到直流比较回路。两个稳压管保证制动特性在5～6安时，才实现制动功能，保证在短路故障电流较小时，有较高的灵敏度。
4变压器纵差动保护不平衡电流产生的原因及消除方法
4.1由电流互感器计算变比与实际变比不同引起的不平衡电流
变压器两侧电流互感器的变比都是标准化的，而实际变比很难刚好对应计算变比，一般实际变比选得比计算变比大，因此，在正常运行时，两侧保护臂的电流不等，在差动回路引起不平衡电流。例如：白垢电厂1号主变型号为S10-20000/110，变比121±2×2.5%/6.3KV YNd11接线。主变高压侧电流互感器变比200/5，低压侧变比2000/5.
各侧的额定电流：
由计算结果可见，由于电流互感实际变比与计算变比不等，正常情况下就有0.45A不平衡电流。在外部短路故障时，这种不平衡电流将更大。为了减小不平衡电流对纵差动保护的影响，有以下两种方法：（1）可利用差动继电器的平衡线圈进行补偿，（如DCD-5型）差动继电器的铁心上绕有两个一次线圈，一个为差动线圈，接入差动回路；一个为平衡线圈，一般平衡线圈接入电流较小的保护臂上。选择适当的平衡线圈匝数，使差动继电器铁心中的磁势为零，其二次线圈中无感应电势，继电器不动作。从而抵消了由于电流互感器实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流。但实际上，差动继电器的平衡线圈只有整数匝可供选择，所以铁心的磁势不会为零，其二次线圈中仍有残余电流，在整定计算中给予考虑。（2）在差动回路串入FY-1A自耦变流器，由于这次改造选用LCD-4型差动继电器，该继电器没有设置平衡绕组和平衡抽头，所以选用串入自耦变流器来补偿消除不平衡电流。由以上计算结果可知，要让I1和I2相等，I1必须乘上一个系数，而这个系数正好是变流器的变比。经计算选择初级电流为4.47A，次级电流为5A，即变流器初级抽头为（1，5），次级抽头为（1，8）。所以从I1引入继电器的电流为：
从而降低了不平衡电流。
4.2由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
由于变压器各侧的电压等级和额定电流不同，因而采用的电流互感器型号各异，它们的特性及负载差别较大，故引起较大的不平衡电流。这一不平衡电流在计算保护动作值时考虑躲过，适当提高保护动作电流。
4.3变压器励磁涌流引起的不平衡电流
变压器在正常运行时，励磁电流很少，一般不超过额定电流的2%—10%。当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器的铁芯严重饱和，励磁电流大大增加，其值可达到变压器额定电流的6—8倍（通常称为励磁涌流）。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量（以二次谐波为主）它不是正弦波。而是尖顶波，往往使涌流偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度、合闸瞬时外加电压的相位铁芯中剩磁的大小和方向、电源和变压器容量的大小和铁芯性质等有关。例如，在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流。但三相变压器空载合闸励磁涌流是一个复杂的问题。由于变压器Y侧电流互感器二次绕组采用△接线，当Y侧空载合闸时，差动回路的电流是反应两相励磁涌流之差。试验结果表明两相励磁涌流之差仍然含有高次谐波，其中以二次谐波为主，波形之间也出现间断。
励磁涌流是单侧电流，且数值很大，经过电流互感器传变至差动回路形成另一种暂态不平衡电流。这种电流会导致纵差动保护误动作。在变压器纵差动保护中，消除励磁涌流影响的方法有：（1）采用BCH型具有速饱和变流器的继电器是国内目前广泛采用的一种方法。当外部故障时，所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快单方面的饱和，致使不平衡电流难以传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。在内部故障的暂态过程中，短路电流也含有非周期分量，继电器不能立即动作，待非周期分量衰减后，保护才能动作将故障切除。这虽然影响保护的快速性，但非周期分量衰减相当快，影响很小，可以在整定时加以考虑。（2）利用二次谐波制动，差动保护在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波进行制动，内部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流。（3）鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别。利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短来判断是内部故障还是励磁涌流。
4.4变压器调压分接头改变引起的不平衡电流
当电力系统运行方式改变时，往往需要调节变压器的调压分接头，以保证系统的电压水平。实际上改变分接头就是改变变压器的变比，而差动保护已按某一变比调整好（如利用平衡线圈），则当分接头改变时就会产生新的不平衡电流流入差动回路，由于在运行中不可能随变压器分接头改变而重新调整差动继电器的参数，因此，由调压分接头改变引起的不平衡电流也应在整定计算时考虑躲过。
5结束语
综上所述，影响变压器纵差动保护可靠性的因素是多方面的，提高变压器纵差动保护的可靠性对电网的安全稳定运行有极其重要的作用。结合当前的先进技术、综合采用技术和管理手段能够大大提高变压器纵差动保护的可靠性。如白垢电厂在这次改造当中，差动继电器采用LCD-4型,其内部没有设置平衡绕组和平衡抽头。通过理论与实际相结合，计算出正常运行中不平衡电流的大小，在差动回路中串入自耦变流器，经计算选择变流器的抽头，基本消除不平衡电流，取得了良好的效果。可以预见，随着新技术、新原理的不断发展和应用，变压器保护的功能将越来越完善，可靠性将显著提高。
参考文献：
[1] 税正中 施怀瑾.《电力系统继电保护》 重庆大学出版社 1997
[2] 李焕明 《电力系统分析》 中国电力出版社1999
作者简介：谢璐璐（1987-3），女，广西桂林人，学历：专科，
工作单位: 广东省肇庆市贺江电力发展有限公司白垢电厂，研究方向：水电站运行管理
论文作者:谢璐璐
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/2
标签：电流论文; 变压器论文; 差动论文; 不平衡论文; 继电器论文; 回路论文; 谐波论文; 《防护工程》2017年第25期论文;