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摘要：国内变压器保护正确动作率长期偏低，有历史上技术方案失误的问题，也有目前变压器差动保护用选型设计问题。文中简述了零序差动保护的优点，要求推广应用。介绍了后备阻抗保护对变压器绕组短路灵敏度很低。要求对变压器保护的原理作全面清理、正本清源，从原理方案上研究新的变压器保护方案。
关键词：变压器保护；正确动作率；差动保护
0 引言
继电保护专业集中了一大批高水平的专家，但是国内外专攻主设备故障及其保护的科技人员为数不多，其中由于经济效益的驱使，又不得不把主要精力投入装置的开发。这种技术队伍的概况，如果主设备保护运行水平较高，反令人不胜惊讶了。以下仅就变压器保护运行水平低的技术原因略抒己见，以供讨论。
1变压器差动保护是历史上技术方案的失误
差动保护只能用于由纯电路组成的设备(如线路、母线、发电机、电动机、电抗器、电容器等)，不能用于由磁路联系的若干独立电路构成的设备，因为后者不满足理论上的电流基尔霍夫定律。一旦确定变压器采用差动保护，当然会遇到空载合闸和过励磁工况，差动保护从原理上就可能误动，为此世界各国提出了各种防误动的附加判据，这些判据绝大部分是以励磁涌流和过励磁电流的波形特征为依据的，使用最多的当推 2次和5次谐波制动。
以2次谐波制动方案为例(其它方案同样有缺点)，制动条件为2次谐波电流I2ω达到基波电流I1ω的7.0%～7.5%时变压器差动保护被闭锁，但是ABB 以I2ω/I1ω=10%为条件，中国和大部分国家则取I2ω/I1ω≈15%～20%，谁是科学的? 再以ABB的2次谐波制动式变压器差动保护为例，按ABB指定的调试方法、用ABB的谐波电源，整定I2ω/I1ω=10%，改变试验电流为I2ω/I1ω=20%，30%，34%，合上试验电源，保护并未被闭锁，直到I2ω/I1ω=40%才可靠闭锁。但随后在电力变压器上作空投试验5～7次，保护没有误动。
如何解电力系统的发展，超高压长线对地电容的增大，解释这种矛盾现象? 首先励磁涌流是暂态电流，它根本不应该采用稳态电路的傅氏级数谐波分析方法(即0 ，1 ，2 ，3 …次谐波的间断频谱)，用稳态整定的I2ω/ I1ω=10%，在暂态过程中并不能以10 %为动作边界了。只有电力变压器实际多次空投试验，才能表明该差动保护防止涌流误动的能力。其次，由于三相变压器励磁涌流的波形特征(2 次谐波、间断角、波形对称原理……)随系统电压和等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小和方向、三相绕组接线方式和中性点接地方式、三相铁心结构(三相三柱、三相五柱、单相变压器组等)、铁心材质和组装工艺、磁滞回线和局部磁滞环等而改变，而且电流互感器的非线性传变特性也必然影响差动保护在空载合闸过程中的动作性能。任何公司和制造厂家，以励磁涌流波形特征为依据的防止空投时的误动措施，均不能保证变压器差动保护100%不误动，差别仅是误动次数的多少。重要的是加速研制变压器差动保护不以励磁涌流波形特征为闭锁判据的新制动方案，或者开发与励磁涌流根本无关的新型变压器保护方案。增设无功补偿设备等，使变压器差动保护区内短路时，差动保护受到2 次或偶次谐波电流的制动作用，恶化了差动保护性能。现在又要求带匝间短路的变压器空载合闸时，差动保护能快速切除。现有的以励磁涌流波形特征为闭锁条件的变压器差动保护，难以胜任越来越高的技术要求。正本清源，走一条全新的技术路线，开发新的保护装置以满足今后的需要。
2 变压器差动保护用电流互感器的设计选型
差动保护应用在变压器上，其运行条件比所有其它应用场合要差，其中一条是各侧电流互感器不能同型。变压器差动保护实际配对使用的互感器不安全情况已知有：
a .各侧均选用P级(5P或10P)，完全不考虑暂态影响；
b .500 kV 侧选用TP级，中、低压侧选用P 级；
c .在选用互感器时不作2次负荷校验计算，也不作误差分析；
d .同为P级互感器，容量大的一侧所接2次负荷(主要是2次电缆)小，稳态不平衡电流大；
e .各侧电流互感器2 次回路时间常数相差太大，切除外部短路后，2次电流衰减速度差别悬殊，最终造成差动保护误动作。
不考虑互感器的暂态特性，却要求在外部短路的暂态过程中差动保护不误动，这种状况不能再继续了。这里无意要求所有变压器差动保护用互感器都采用TP级，但在使用P级互感器的设计选型(短路电流倍数、额定容量、2次负荷等)时要为暂态条件下留有足够冗余度，这方面有待全国相应导则的制定出版。
迄今为止，没有充分的论证和试验能说明500 kV变压器选用TP 级互感器与P级互感器配对是安全的。500kV 变压器(甚至大型发电机)国内外均有个别例子各侧均用TP级互感器的，是否确实必要有待进一步查清，但中、低侧采用铁心有气隙、保证剩磁小于10%的TP 级互感器是可以做到的。
3Y0接线的大型变压器应推广应用零序差动保护
对于Y0 接线的变压器，单相接地的故障发生率是较高的一种，Y0 绕组单相短路时，相间差动保护的两侧电流可能同相，即相位上呈现外部短路特征；Y0 侧电流互感器2 次接线(无论是硬件或软件)，相间差动保护一定要求接线方式，所以相间差动保护不反映单相短路最具特色的零序电流；而且相间差动保护的各侧互感器不可能同型，而零序差动保护却必须采用同型的互感器。可见对单相短路而言，零序差动保护在技术性能上一定优于相间差动保护，在国外获得很广泛的应用。可是在国内推广应用零序差动保护却总是顾虑重重，担心2次极性接反，造成误动。其实这种担心是不必要的，现在已经知道利用变压器空投试验的励磁涌流(Y0接线的绕组一般均有零序涌流)就可检查零序差动保护2 次接线的正确性，还有其它一些检查该保护2 次接线是否正确的试验方法，不再赘述。
4 大型变压器的后备阻抗保护
国内外大型变压器或大型发变组在后备保护选型时，总以为装设后备阻抗保护是先进的，不容置疑地公认它对变压器或发电机的绕组短路起到灵敏的后备保护作用。事实上，这些绕组的内部短路，当短路匝数不多时，内部短路回路电流很大，可是变压器或发电机端口的三相电流并不大、三相电压并不低，结果后备阻抗保护往往不能动作，失去后备保护作用。位置的不同，就有不同的视在阻抗，实心点表示Zab 、空心点表示Zbc 、十字点表示Zca 。阻抗平面上的小圆半径为变压器短路阻抗，大圆半径为额定负载阻抗。
图1 变压器内部短路阻抗轨迹
重要的结论是：在所讨论的变压器内部绕组短路时，阻抗继电器视在阻抗绝大部分大于变压器短路阻抗，不少情况大于负载阻抗，后备阻抗保护对变压器内部短路无灵敏度可言。
5 结论
在今后的工作中，需要从原理方案上开发新的变压器保护，熟悉零序差动保护的优点，考虑互感的暂态特性，完善保护用电流互感器的选型，推广零序差动保护，明确阻抗保护不能作为变压器绕组短路故障的后备保护，选择合适的变压器保护，对电网的安全运行具有重要的意义。
参考文献
[1]王梅义.电网继电保护应用[M] .北京：中国电力出版社，1999.
[2]徐进亮，刘效孟，芮志浩，等.微机型变压器保护的再认识[J].电力自动化设备，2001，21(7).
[3]王维俭.主设备保护的几个理论和运行问题[J] .电力系统自动化，1999，23(11).
论文作者:丛林,杜雪云
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/18
标签：变压器论文; 差动论文; 阻抗论文; 互感器论文; 电流论文; 谐波论文; 绕组论文; 《电力设备管理》2017年第8期论文;