变压器纵差保护原理及不平衡电流的克服方法.docx

变压器纵差保护原理及不平衡电流的克服 方法 纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择 性好，在变压器保护上运用较为成功。但是变压器纵差保 护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题，虽然已经有几种较 为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、 静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、 磁化特性的改善等因素，变压器纵差保护的固有原理性矛 盾更加突出。 1.变压器纵差保护基本原理 变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护所 用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护 不平衡电流将比发电机的大得多，纵差保护是利用比较被 保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据 KCL 基本定理，当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必 等于各流出电流之和。 2.纵差保护不平衡电流分析 2.1 稳态情况下的不平衡电流 由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常 运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常 运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应 使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流 互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是，实际上由 于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比， 而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到满足 的，因而会产生不平衡电流。 由变压器两侧电流相位不同产生。变压器经常采用两 侧电流相位相差 30的接线方式。此时，假如两侧的电流 互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同， 也会在纵差保护回路产生不平衡电流。 2.2 暂态情况下的不平衡电流 由变压器励磁涌流产生。变压器的励磁电流仅流经变 压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存 在就相当于变压器内部故障时的短路电流。在外部短路时， 由于系统电压降低，励磁电流也将减小。在正常运行和外 部短路时励磁电流对纵差保护的影响经常可忽略不计。在 电压忽然增加的非凡情况下，比如变压器在空载投入和外 部故障切除后恢复供电的情况下，则可能出现很大的励磁 电流，这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称励磁 涌流。 由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生。纵差保 护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸 脉冲。在变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路 电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换 到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器 的铁心更加饱和。 3.变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法 从上面的分析可知，构成纵差保护时，如不采取适当 的措施，流入差动继电器的不平衡电流将很大，按躲开变 压器外部故障时出现的最大不平衡电流整定的纵差保护定 值也将很大，保护的灵敏度会很低。若再考虑励磁涌流的 影响，保护将无法工作。因此，如何克服不平衡电流，并 消除它对保护的影响，提高保护的灵敏度，就成为纵差保 护的中心问题。 由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法 对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的 不平衡电流可采用 2 种方法来克服：一是采用自耦变流器 进行补偿。二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。 采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不 是整数，但实际上平衡线圈只能按整数进行选择，因此还 会有一残余的不平衡电流存在，这在进行纵差保护定值整 定计算时应该予以考虑。 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克 服方法 对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 可以通过改变 LH 接线方式的方法来克服。对于变压器 Y 形 接线侧，其 LH 采用形接线，而变压器形接线侧，其 LH 采用 Y 形接线，则两侧 LH 二次侧输出电流相位刚好同相。 但当 LH 采用上述连接方式后，在 LH 接成形侧的差动一 臂中，电流又增大了 3 倍，此时为保证在正常运行及外部 故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧 LH 的变比 扩大 3 倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。 由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡 电流的克服方法 在变压器外部故障的暂态过程中，使纵差保护产生不 平衡电流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周 期分量，为消除它对变压器纵差保护的影响，广泛采用具 有不同特性的差动继电器。 对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过 程中非周期分量影响的有效方法之一。根据速饱和变流器 的磁化曲线可以看出，周期分量很轻易通过速饱和变流器 变换到二次侧，而非周期分量不轻易通过速饱和变流器变 换到二次侧。因此，当一次线圈中通过暂态不平衡电流时， 它在二次侧感应的电势很小，此时流入差动继电器的电流 很小，差动继电器不会动作。 由于