变压器差动保护动作分析

[摘 要]本文在分析差动保护原理的基础上，介绍了发生差动保护误动作的具体原因，并提出防止误动的有效措施。

[关键词]差动保护；极性；励磁涌流；谐波

中图分类号：TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0353-01

前言

变压器差动保护用于反映变压器绕组的匝间短路故障，绕组的相间短路，中性点接地故障及引出线的相间短路故障，中性点接地侧引出线的接地故障。在正常运行情况下，流过差动保护差动继电器的不平衡电流应为零，因此差动保护不动作，然而由于变压器种种运行引起不平衡电流，使得差动整定动作电流加大，从而降低保护灵敏度。

随着大容量机组、新建变电站陆续投入电网运行，电力系统不断增大，继电保护的原理结构也越来越复杂。由于自然灾害或人为的因素，如保护定值整定错误、二次回路接线不规范、电流互感器极性接反等， 造成变压器差动保护误动作的情况时有发生，使用户大面积停电，影响电网的安全稳定运行。差动保护具有其独特的优点，被广泛应用于变压器的主保护。但变压器在空载运行的状态下，因差动电流二次回路出现两点接地，也会导致差动保护的误动作，此类安全隐患值得我们在今后的工作中加以高度重视和防范。

一、差动原理分析

变压器差动保护原理是基于基尔霍夫电流定律。根据基尔霍夫电流定律，电路中任一结点流入与流出的电流相量和为零。将流入元件的电流与流出元件的电流的相量和称为差动电流。差动保护被称为具有绝对选择性的快速保护。双绕组变压器的两侧装设了电流互感器（CT）。正常情况下或外部故障时，两侧的电流互感器产生的二次电流流入差动继电器的电流大小相等，方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动继电器不动作。当变压器内部或保护区域内的供电线路发生故障时，流入差动继电器的电流就会产生变化，当电流值达到设定值时，继电器就会动作。一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器两侧的电流不会正好相等，这是和变压器和电流互感器的变比和接线组别有关的。变压器在投入时，会产生高于额定电流6～8倍的励磁涌流，同时产生大量的高次谐波，其中以二此谐波为主。由于励磁涌流只流过变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流，引起差动保护动作。

二、电流互感器的极性

为确保变压器差动保护的正确性，变压器差动保护按照有关规定在保护投运前要严格检查电流互感器的极性、相序和连接。由于各种原因，现场确有电流互感器三相电路的错误接线，导致相序和极性的错误，造成变压器差动保护动作。

变压器差动继电器动作的条件就是一次电流与变压器二次电流之差，瞬时电流的方向是由电流互感器的极性决定的，因此对电流互感器的极性应引起重视，为保证继电器的正确动作，必须保证电流互感器的极性正确。在工程中电流互感器的极性应按减极性原则进行。既在一、二次绕组中，同时由同极性端子同入电流时，他们在铁芯中所产生磁通方向应相同。在实际工作中一般利用楞次定律进行判别（既直流判断法）。

三、励磁涌流

3.1 励磁涌流的特点

1）涌流含有数值很大的高次谐波分量（主要是二次和三次谐波），因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

2）一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

3）励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过（0.25～0.5）In。

4）励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。

3.2 减小励磁涌流的措施：

为防止励磁涌流的影响，目前国内广泛采用的一种方法是采用具有速饱和变流器的继电器。当内部故障时虽然速饱和变流器一次线圈的电流含有一定的非周期性分量，一般经过1.5～2个周波即衰减完毕，衰减得快，此后速饱和变流器一次线圈中通过的完全是周期性的短路电流，于是在二次线圈中产生很大的感应电动势，并使执行元件中的相应电流也较大，从而使继电器能灵敏地动作。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地单方面饱和，传变性能变坏，致使不平衡电流难于传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。

四、变压器中的二次谐波：

变压器投入运行时，由于励磁涌流的作用，在变压器回路中产生大量的谐波分量，其中以二次谐波为主。其最大值高于额定电流的几倍，因此引起差动保护动作。

4.1 谐波产生的原因

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、1？4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波频率是基波频率的整倍数，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

4.2 利用二次谐波制动。

保护装置在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波分量进行制动；外部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流；内部故障时，利用基波进行保护。

结束语

通过以上的分析，了解了变压器差动保护中诸多问题，这些问题往往对于变压器差动保护的正确工作影响很大。不能够很好的解决这些问题，就会直接影响变压器差动保护的性能，甚至造成变压器差动保护的误动或拒动。？？解决好这些问题，就能为变压器的稳定安全运行提供有力保证。

参考文献

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