变压器纵差保护原理及不平衡电流分析

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑变压器纵差保护原理及不平衡电流分析 纵差爱护是一切电气主设备的主爱护，它灵敏度高、选择性好，在变压器爱护上运用较为胜利。但是变压器纵差爱护始终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，又由于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，变压器纵差爱护的固有原理性冲突更加突出。 1变压器纵差爱护基本原理 纵差爱护在发电机上的应用比较简洁，但是作为变压器内部故障的主爱护，纵差爱护将有很多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差爱护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差爱

2、护不平衡电流将比发电机的大得多，纵差爱护是利用比较被爱护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，依据KCL 基本定理1，当被爱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。 当被爱护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新的端子，此时 电流大于0，但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流。事实上，外部发生短路故障时，由于外部短路电流大，特殊是暂态过程中含有非周期重量电流，使电流互感器的励磁电流急剧增大，而呈饱和状态使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持全都，而消失较大的不平衡电流。因此采纳带制动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能够牢靠制动。 另外，由于纵差爱护的

3、构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差爱护回路中有不平衡电流，使纵差爱护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差爱护的正确灵敏动作，必需对其回路中的不平衡电流进行分析，找出产生的缘由，实行措施予以消退。 2 纵差爱护不平衡电流分析 2.1 稳态状况下的不平衡电流 变压器在正常运行时纵差爱护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线方式及变压器带负荷调压引起。 （1）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。为了满意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

4、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1，实际上由于电流互感器的变比都是依据产品名目选取的标准变比，而变压器的变比是肯定的，因此上述条件是不能得到满意的，因而会产生不平衡电流。 （2）由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器经常采纳两侧电流的相位相差30°的接线方式（对双绕组变压器而言）。此时，假如两侧的电流互感器仍采纳通常的接线方式（即均采纳形接线方式），则二次电流由于相位不同，也会在纵差爱护回路产生不平衡电流。 （3）由变压器带负荷调整分接头产生。在电力系统中，常常采纳有载调压变压器，在变压器带负荷运行时利用转变变压器的分接头位置

5、来调整系统的运行电压。转变变压器的分接头位置，实际上就是转变变压器的变化2。假如纵差爱护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好，则当变压器带负荷调压时，其变比会转变，此时，纵差爱护就得重新进行调整才能满意要求，但这在运行中是不行能的。因此，变压器分接头位置的转变，就会在差动继电器中产生不平衡电流，它与电压调整范围有关，也随一次电流的增大而增大。 2.2 暂态状况下的不平衡电流 （1）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3。因此，它必定给纵差爱护的正确工作带来不利影响。正常状况下，变压器的励磁电流很小

6、，故纵差爱护回路的不平衡电流也很小。在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差爱护的影响经常可忽视不计。但是，在电压突然增加的特别状况下，比如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的状况下，则可能消失很大的励磁电流，这种暂态过程中消失的变压器励磁电流通常称励磁涌流。 （2）由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生 纵差爱护是瞬动爱护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此，必需考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。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重量，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

7、器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。 3变压器纵差爱护中不平衡电流的克服方法 从上面的分析可知，构成纵差爱护时，如不实行适当的措施，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消失的最大不平衡电流整定的纵差爱护定值也将很大，爱护的灵敏度会很低。若再考虑励磁涌流的影响，爱护将无法工作。因此，如何克服不平衡电流，并消退它对爱护的影响，提高爱护的灵敏度，就成为纵差爱护的中心问题。 （1）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纳2种方法来克服：一是采纳自耦变流器进行补偿。通常在变压器一侧电流互感器（对三绕组变压器应在两

8、侧）装设自耦变流器，将LH输出端接到变流器的输入端，当转变自耦变流器的变比时，可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流，从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈，接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接入二次电流较小的一侧。适当选择平衡线圈的匝数，使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势，则在二次线圈里就不会感应电势，因而差动继电器中也没有电流流过。采纳这种方法时，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，

9、这在进行纵差爱护定值整定计算时应当予以考虑。 （2）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转变LH接线方式的方法(也称相位补偿法)来克服。对于变压器Y形接线侧，其LH采纳形接线，而变压器形接线侧，其LH采纳Y形接线，则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采纳上述连接方式后，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状况下差动回路中没有电流，就必需将该侧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。 （3）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

10、压器外部故障的暂态过程中，使纵差爱护产生不平衡电流的主要缘由是一次系统的短路电流所包含的非周期重量，为消退它对变压器纵差爱护的影响，广泛采纳具有不同特性的差动继电器。 对于采纳带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中非周期重量影响的有效方法之一。依据速饱和变流器的磁化曲线可以看出，周期重量很简单通过速饱和变流器变换到二次侧，而非周期重量不简单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。 另外，采纳具有磁力制动特性的差动继电器。这种差动继电器是在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈，利用外部故障时的短路电流来实现制动，使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加，它能牢靠地躲开变压器外部短路时的不平衡电流，并提高变压器内部故障时的灵敏度。因此，继电器的启动电流随着制动电流的增大而增大。通过正确的定值整定，可