变压器差动保护探究

摘要：主要介绍变压器保护的原理，科学地提出变压器差动保护过程中的问题及应对措施，为新时期国家电网安全运行提供经济性、可靠性的技术保障。

关键词：变压器　差动保护　原理　措施

中图分类号：TM4

文献标识码：A

文章编号：1007-3973(2011)010-027-02

变压器是差动保护是变压器的主保护，大多数都采用的是带有制动性的比率差动保护，因其本身具有区外故障可靠闭锁的特征以及区内故障可靠动作特征，使该系统在社会上得到广泛地运用。国内的好多文献都对这两种情况作了简单详细的分析，但是在实际工作中，如果变压器发生区外故障时，其本身流过的强大电流就会造成严重的破坏……这就对差动保护提出了更高的要求，本文就是从实际工作出发，实事求是地找出原因，并给出相应的措施。

1、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)。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。

2、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3SkV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TA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。

3、变压器差动保护接线特征

在电力系统中，通常采用YN、yn以及dll的接线方式，所以各侧的电流相位通常是不一样的，d侧电流比y侧电流要超前，一般是30°，这样在变压器差路回路中就会产生较大不平衡电流，在原来的电磁式保护中，按照其保护原理，正常运行或者有穿越性电流经过时，流入到继电器的电流恒为零，就保证了电流相位差是180°，使差动继电器的电流趋向于零，所以，务必要通过其他途径来改变相位差，要是通过改变接线组别，麻烦且容易出错，在计算机普遍运用的今天，由于其灵活性和准确性，充分发挥计算软件对变压器副边电流进行相位，其各侧存在的相位差由软件自行校正，这就简化了TA接线，大大减少了现场施工的复杂性。在用软件进行工作之前，我们一定要把调整系数作为定值输送到计算机保护中，由软件实现TA自动平衡，减少不平衡电流的影响，特别注意要运用微机型差动保护装置之后各侧差动TA极性要朝向母线侧，只有这样，才能保证计算机软件计算的准确性。

4、接线要正确

变压器差动保护在投入运行前，按照国家规定要严格检查电流互感器接线的正确性，以确保变压器能正常工作。带负荷前要解除差动保护压板，在带负荷之后要通过查看保护装置上的差流指示值以及各侧相量来检验接线是否正确。例如装置的DF3333E双圈变差动保护装置，从LCD屏上九很容易看到各相差动电流的大小，并且在高低压二次侧电流有效值的后面清楚地显示出相位角，如下所示；

差流指示值用ID，高压侧用IHB表示，低压侧用ILA表示，二次额定电流用IN表示。

可得如下公式：

高压侧IHA=0.81A

低压侧ILA=0.82A

根据上面数据得出结论：接线正确。

根据现场测量得出结论：差流指示值ID为：0.01

5、变压器差动保护中不平衡电流产生的原因

变压器在实际工作中，由于受很多因素的影响，会导致差动回路中有不平衡的电流经过，因为不平衡电流往往是对变压器差动保护的正常作影响的较大，如果不很好地及时解决这些常见问题，就会直接影响变压器差动保护的准确性，问题严重时，会导致差动保护装置产生拒动或者误动。

(1)励磁涌流。在变压器外部短路故障切除之后电压恢复时，在变压器电源侧绕组内部，会产生很强大的励磁电流，瞬间会达到额定电流的7倍左右，而此时电流在只流过变压器电源侧绕组，所以，在差回路中一定会出现强大的不平衡电流。

(2)在变压器区外短路时，因为穿越性短路电流是TA铁芯饱和，致使不平衡差流变大，别且伴随着穿越性电流增大，不平衡差流也就越大，两者是正相关的线性关系。

(3)电流互感器各侧的特性一定不完全一样，如35kv侧一般是用断路器中的套管式电流互感器，10kv侧的一般是在高压开关柜内装置独立的环氧树脂浇铸式电流互感器，二者的型号不同，特性也一定不完全一致，所以在差回路中也一定会产生不平衡电流。

(4)在工作中的变压器在分接开关的位置改变后或者带负荷调压，电流互感器的二次电流的平衡关系就会改变，在差回路中一定会有不平衡的电流经过。

6、变压器差动保护中应对不平衡电流的措施

众所周知，差动保护最理想的情况就是内部故障时保护可靠动作，外部故障时保护可靠制动。为了降低不平衡电流对差动保护的负面影响，就要按照复式比率的大小而动作的差动保护，即设置复式比率差动保护，这样他可以满足多种

情况对保护的要求。如果变压器内部故障发生严重，短路电流很强大的情况下，TA严重饱和所产生的很大不平衡电流就会影响复式比率差动保护的快速动作，因此差动保护应该有一个辅助保护装置，即差动速断保护，进而保证差动保护的灵敏性。

7、思考

(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。

(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。

(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)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。

8、结语

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]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,2002．

[2]李火元，李斌．电力系统继电保护及自动装置[M]．北京：中国

水利出版社,2004．

[3]朱声石．差动保护的暂态可靠性[J]．继电器,2002(8)，30．