变压器零序差动保护的几个问题分析

摘要：本文分析三项变压器装设的传统纵差动保护对三项变压器单相接地短路时灵敏度不高，针对这一现状说明三项变压器装设零序差动保护的重要性和必要性。论述变压器零序差动保护的优点和缺点，然后依次列举和分析通常零序差动保护所采用的制动电流的不同选取方式，并且针对这些制动电流选取方式提出一种新的变压器零序差动保护设计方案，为变压器零序差动保护的现场应用提供了有力的理论基础。

关键字：变压器；零序差动保护；优缺点

中图分类号：C35文献标识码： A

在电力系统中，各种大型变压器对电力系统来说有着举足轻重的作用，是远距离输电的重要设备。因此，保护变压器的工作显得极为重要，在各种保护中，差动保护作为变压器内部短路故障的主保护，是变压器保护中首要重要的。因此，变压器纵差动保护一直以来都受到广大电力系统工作人员的重视，在电力系统现场中得到了极为广泛的应用。而另一种保护――零序差动保护则由于各种原因在我国没有得到广泛的应用，电力系统现场应用远不如纵差动保护，所以这种保护也没有得到相关领域专家和工作人员的重视。因此，本文主要对变压器零序差动保护做一概述和前瞻。

1 变压器零序差动保护的必要性

传统的纵差动保护用于三项变压器，当变压器单相接地短路时，其灵敏度不高。在此背景下提出零序差动保护。单相超高压大型变压器的短路类型以对地绝缘损坏为主，也就是单相接地短路，相间短路故障的可能性比较小。因此，需要对变压器单相接地短路故障进行保护措施十分必要。

在传统的纵差动保护中，为避开励磁涌流所可能导致的保护装置错误制动，会利用二次谐波制动保护。而由于大型变压器制作工艺和水平的提高，励磁涌流中的二次谐波会降低，而为了使上述纵差动保护装置能够正确制动，不得不降低二次谐波的制动系数。而电力系统技术的不断发展，大容量电容器的大范围使用，会使变压器传统纵差动保护范围内的短路故障电流中出现达到100Hz的二次谐波。这种情况会使变压器传统纵差动保护制动变得缓慢，而发生短路故障产生的电流会对变压器和电力系统造成巨大的破坏。而变压器零序差动保护本身具有抗励磁涌流的功能，能够简化保护装置，提高保护制动速度。

因此，在电力系统的大型变压器中非常有必要配备零序差动保护。

2 变压器零序差动保护的优点

从上面的分析中可以看出，变压器零序差动保护在变压器单相接地故障时要比纵差动保护灵敏度高很多。这是由于零序差动保护的电流属于故障分量，当区内故障的时候，不会有零序电流流出的。而零序差动保护灵敏度高的主要原因是：当故障发生点位于靠近中性点的位置时，零序差动保护的灵敏度将是纵差动保护的50倍左右。计算原理如下：如果变压器故障电流是高压引线上电流的倍，这个时候，纵差动保护测到的差动电流为，零序差动保护测到的电流是。因此，后者的差动电流是前者的倍。

3 变压器零序差动保护的局限性

固然变压器零序差动保护在应对变压器单相接地故障时有很高的灵敏度，但是其只能作为纵差动保护的一个补充。纵差动保护能够反映变压器各种类型的故障：1、相间短路故障；2、接地短路故障；3、匝间短路故障。相比之下，零序差动保护只能反映变压器星形接线侧接地单相接地短路故障。

励磁涌流在变压器电路内和故障电流有相当大的相似性。纵差动保护有误动的可能性，却没有相应有效的解决方法，只能依靠波形来识别。纵差动保护受困于励磁涌流并不是其原理有问题。而零序差动保护只能是作为纵差动保护的一种补充保护装置，前者不能够解决后者的励磁涌流问题。这也不是安装零序差动保护的原因。

由于零序差动保护在变压器单相接地短路故障时拥有比纵差动保护更高的灵敏度，而后者在这种情况下则存在较大的死区，因此，在纵差动保护的死区内零序差动保护才能发挥出其灵敏度高的优点。

4 对零序差动保护的限制

通过上面的论述，我们可以了解到，变压器零序差动保护可以作为纵差动保护的一种补充保护措施。由于零序差动保护的适宜工作范围是纵差动保护的死区内，因此，应该限制零序差动保护的保护范围，并且提高其安全性。

因为零序差动保护仅仅反映变压器单相接地短路故障，是一种保护范围受到限制的接地保护。而在中性点接地的变压器上的纵差动保护的灵敏度也是很高的。因此，零序差动保护的必要性显然就降低了。因此，在装设零序差动保护的时候，应该将其作为纵差动保护的一种补充，其作用定位应该是消除变压器纵差动保护的死区。这样就可以确定变压器零序差动保护的保护范围，提高零序差动保护的安全性，防止其误动。

通过前人的研究可以得出结论，缩短变压器绕组接地保护的保护范围可以大大提高保护的安全性。把零序差动保护用作消除纵差动保护判断变压器单相接地故障的死区，能够缩短零序差动保护的保护范围，提高其安全性。在装设零序差动保护时，应将安全性放在首位。

5 零序差动保护几种制动电流选取方式

传统两卷变压器和自耦变压器制动电流的选取有以下两种方式。

传统两卷变压器的零序差动保护制动电流的选取公式如下：

式中的，，分别为高压侧三项电流。下同。

传统自耦变压器的零序差动保护制动电流的选取公式如下：

式中的，，为中压侧三项电流。

6 中性点CT极性判断

中性点CT极性的正确性是影响零序差动保护制动正确性的一个关键因素。现场为了避免零序差动保护误动需要正确判断中性点CT极性。

假定变压器内部无故障，当其空载并且合闸的时候，励磁涌流对于零序差动保护来说应该是一种穿越性电流，假设中性点CT极性正确，合闸那一侧产生的零序励磁涌流和中性点零序励磁涌流大小应该相等，而相位正好相反。所以，变压器纵差动保护不制动，可以利用变压器空载合闸时的励磁涌流相位差来校验零序CT极性是否正确。如果相位相同则有问题，应该发出警告信息提醒工作人员零序CT极性有问题。这一方法在变压器投入运行前可以用来试验零序CT极性，当变压器投入运行后应该退出。作为零序差动保护的补充，确保零序差动保护的正确装设和应用。保证电力系统的正常运行。

结束语：

本文分析了传统变压器纵差动保护在变压器单相接地短路故障中灵敏度不足，常出现死区，导致变压器发生故障和事故。因此提出变压器零序差动保护来作为纵差动保护的补充。而零序差动保护本身具有一定的局限性，不如纵差动保护那样拥有极大的广泛适用性，因此，在装设零序差动保护时应设置好零序差动保护的保护范围，以提高安全性为主。不应将零序差动保护作为变压器的主保护，做好零序差动保护的定位。简述零序差动保护在两卷变压器和自耦变压器中制动电流的选取公式。介绍零序CT极性的判断方法，确保零序差动保护的正常工作。随着电力系统技术的越来越精细，电力设备制造工艺越来越高，对电力系统尤其是变压器的保护显得越来越重要。作为对现场零序差动保护应用的理论基础，能够对其有一定的指导意义。

参考文献：

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