干式變壓器差動(dòng)保護不平衡電流的原因及預防措

【摘要】簡(jiǎn)要闡述了干式變壓器差動(dòng)保護的工作原理，分析了差動(dòng)保護電流不平衡的原因，并針對不同原因對癥下藥。提出了相應的有效預防措施，以提高差動(dòng)保護動(dòng)作的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，從而保證干式變壓器的安全穩定運行?！娟P(guān)鍵詞】差動(dòng)保護電流互感器不平衡電流涌流1干式變壓器差動(dòng)保護是根據環(huán)流原理構造的。雙繞組干式變壓器，電流互感器安裝在兩側。當兩側電流互感器同極性同方向時(shí)，將兩側電流互感器不同極性的二次端子連接起來(lái)(如果同極性端子放在母線(xiàn)附近，則二次側接同極性)，差動(dòng)繼電器的工作線(xiàn)圈并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。正常運行或外部故障時(shí)，兩側二次電流大小相等，方向相反，繼電器內電流等于零，差動(dòng)保護不動(dòng)作。然而，由于干式變壓器實(shí)際運行引起的各種不平衡電流，差動(dòng)繼電器的工作電流增加，從而降低了保護的靈敏度。2原因不平衡電流有兩個(gè)方面：穩態(tài)和瞬態(tài)。穩態(tài)不平衡電流：產(chǎn)生的原因(1)干式變壓器高低壓側繞組的不同接線(xiàn)方式；(2)干式變壓器每側電流互感器的型號和比例不同；(3)有載分接開(kāi)關(guān)引起的干式變壓器變比的變化。暫態(tài)不平衡電流主要是干式變壓器空載投入供電或切除外部故障恢復電壓時(shí)勵磁涌流引起的。3影響及預防措施以下介紹干式變壓器差動(dòng)保護電流不平衡的原因及預防措施。3.1不同繞組接線(xiàn)方式對干式變壓器高低壓側的影響及預防措施：3.1.1干式變壓器接線(xiàn)組別對差動(dòng)保護的影響對于Y、y0接線(xiàn)干式變壓器，由于一、二次繞組對應相的電壓同相，所以一、二次繞組兩側對應相的相位幾乎相同。常用的Y、d11接線(xiàn)干式變壓器，由于三角形側的線(xiàn)電壓存在30的相位差，所以其對應相的電流相位關(guān)系也相差30，即三角形側的電流比星形側的同相電流超前30，所以即使干式變壓器兩側的電流互感器二次電流相等，差動(dòng)保護電路中也會(huì )出現不平衡電流。3.1.2干式變壓器接線(xiàn)組別影響的預防措施為了消除干式變壓器Y、d11接線(xiàn)引起的電流不平衡的影響，可以采用相位補償的方法，即將干式變壓器星形側的電流互感器二次側接成三角形，而將干式變壓器三角形側的電流互感器二次側接成星形，從而校正電流互感器二次電流的相位。相位補償后，為了使每相兩個(gè)差動(dòng)臂的電流值近似相等，在選擇電流互感器的比值nTA時(shí)，應考慮電流互感器的連接系數KC，即差動(dòng)臂的電流為KCI1 /nTA。其中I1為一次電流，變流器星形連接時(shí)KC=1，三角形連接時(shí)KC=3，如果變流器二次電流為5A，則兩側變流器的比例可按以下兩個(gè)公式選擇。干式變壓器星形側的電流互感器比為：nTA(Y)=3 In(Y) /5。干式變壓器三角形側的電流互感器比率為3360 NTA ()=in ()/5，其中In(Y)干式變壓器的繞組與星形側的額定電流相連。在()額定c #p#分頁(yè)標題#e#

3.2干式變壓器每側電流互感器的類(lèi)型和比例的影響及預防措施干式變壓器兩側額定電壓不同，導致兩側安裝的電流互感器類(lèi)型不同，導致飽和特性和勵磁電流(減少到同一側)不同。因此，當外部短路發(fā)生時(shí)，會(huì )引起較大的不平衡電流，應僅通過(guò)適當增加保護動(dòng)作電流來(lái)考慮。由于電流互感器都是標準化產(chǎn)品，實(shí)際選用的比率一般與計算的比率不完全一致，每個(gè)干式變壓器的比率也不可能完全相同，因此會(huì )造成差動(dòng)保護電路中電流不平衡。根據磁平衡原理，在差動(dòng)繼電器中設置平衡線(xiàn)圈，可以消除因比率選擇不當而引起的不平衡電流。一般平衡線(xiàn)圈接在保護臂電流小的一側。由于平衡線(xiàn)圈和差動(dòng)線(xiàn)圈一起纏繞在繼電器的中間磁柱上，所以平衡線(xiàn)圈的匝數選擇得當，使得平衡線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁勢和差動(dòng)電流產(chǎn)生的磁勢相互抵消。這樣就不會(huì )在次級繞組中感應出電勢，差動(dòng)繼電器的執行機構也就沒(méi)有電流了。但接線(xiàn)時(shí)要注意極性，平衡線(xiàn)圈小電流側和差動(dòng)線(xiàn)圈差動(dòng)電流產(chǎn)生的磁勢要相反。3.3有載調壓對運行中改變分接頭的影響及預防措施在電力系統中，通常采用調整干式變壓器分接頭的方法來(lái)維持一定的電壓水平(由于分接頭的變化，干式變壓器的比例也發(fā)生變化)。但差動(dòng)保護中電流互感器變比的選擇和差動(dòng)繼電器平衡線(xiàn)圈的確定，只能根據一定的干式變壓器變比進(jìn)行計算和調整，使差動(dòng)回路達到平衡。干式變壓器分接頭變化時(shí)，平衡被破壞，出現新的不平衡電流，與一次電流成正比，其值為UID.max/nT公式中的IBP= U——。抽頭相對于額定抽頭位置ID.max——的較大變化范圍通過(guò)調壓側的較大外部故障電流。為了避免不平衡電流的影響，在設置保護的動(dòng)作電流時(shí)應給予相應的考慮，即提高保護的動(dòng)作整定值。3.4干式變壓器勵磁涌流的影響及預防措施3.4.1干式變壓器勵磁涌流對差動(dòng)保護的影響干式變壓器的高低壓側通過(guò)電磁連接，因此勵磁電流只存在于電源的一側，通過(guò)電流互感器構成差動(dòng)回路不平衡電流的一部分。正常運行時(shí)，該值很小，一般不超過(guò)干式變壓器額定電流的3% ~ 5%。發(fā)生外部短路故障時(shí)，由于電源側母線(xiàn)電壓降低，勵磁電流變小，在這些情況下一般不需要考慮不平衡電流對差動(dòng)保護的影響。沒(méi)弄濕

式變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復過(guò)程中，由于干式變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時(shí)出現數值很大的沖擊勵磁電流（可達5～10倍的額定電流），通常稱(chēng)為勵磁涌流。勵磁涌流的波形如下圖:

由圖可知，勵磁涌流IE中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵磁涌流已不是正弦波，而是尖頂波，且在較初瞬間完全偏于時(shí)間軸的一側。勵磁涌流的大小和衰減速度，與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、干式變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關(guān)。對于單相的雙繞阻干式變壓器，在其它條件相同的情況下，當電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合閘，勵磁電流較大; 如果在電壓瞬時(shí)值較大時(shí)合閘，則不會(huì )出現勵磁涌流，而只有正常的勵磁電流。對于三相干式變壓器，無(wú)論任何瞬間合閘，至少有兩相會(huì )出現不同程度的勵磁涌流。在起始瞬間，勵磁涌流衰減的速度很快，對于一般的中小型干式變壓器，經(jīng)0.5～1S后其值不超過(guò)額定流的0.25～0.5倍; 大型電力干式變壓器勵磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值時(shí)約2~3S。這就是說(shuō)，干式變壓器容量越大衰減越慢，完全衰減要經(jīng)過(guò)幾十秒的時(shí)間。根據試驗和理論分析結果得知， 勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中二次諧波分量所占比例較大，約為60％以上。四次以上諧波分量很小，在較初幾個(gè)周期內，勵磁涌流的波形是間斷的（即兩個(gè)波形之間有一間斷角），每個(gè)周期內有120?！?80。的間斷角，較小也不低于80?！?00。 [見(jiàn)左下圖（b）]。另外，勵磁涌流對于額定電流幅值的倍數，與干式變壓器容量有關(guān)，容量越大， 干式變壓器的涌流倍數也越小。3.4.2干式變壓器差動(dòng)保護中減小勵磁涌流影響的措施 防止勵磁涌流的影響，采用BCH型具有速飽和變流器的繼電器是內目前廣泛采用的一種方法。當外部故障時(shí)，所含非周期分量的較大不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快地單方面飽和，傳變性能變壞，致使不平衡電流難于傳變到差動(dòng)繼電器的差動(dòng)線(xiàn)圈上，保證差動(dòng)保護不會(huì )誤動(dòng)。內部故障時(shí)雖然速飽和變流器一次線(xiàn)圈的電流也含有一定的非周期性分量，但它衰減得快，一般經(jīng)過(guò)1.5～2個(gè)周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線(xiàn)圈中通過(guò)的完全是周期性的短路電流，于是在二次線(xiàn)圈中產(chǎn)生很大的感應電動(dòng)勢，并使執行元件中的相應電流也較大，從而使繼電器能靈敏地動(dòng)作。速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來(lái)躲過(guò)干式變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵磁涌流的非周期分量影響。此外，減小勵磁涌流還可以采用以下措施:3.4.3采用內部短路電流和勵磁涌流波形的差別（有無(wú)間斷角）來(lái)躲過(guò)勵磁涌流。 即間斷角鑒別法，這種方法是將差電流進(jìn)行微分，再將微分后的電流進(jìn)行全波整流，利用整流后的波形在動(dòng)作整定值下存在時(shí)間長(cháng)短來(lái)判斷是內部故障，還是勵磁涌流。3.4.4利用二次諧波制動(dòng)。 保護裝置在干式變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時(shí)，利用二次諧波分量進(jìn)行制動(dòng); 內部故障時(shí)，利用基波做; 外部故障時(shí)，利用比例制動(dòng)回路躲過(guò)不平衡電流。4 結 語(yǔ) 綜上所述，為了保證差動(dòng)保護動(dòng)作的選擇性，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流必須避越較大不平衡電流。不平衡電流越小，保護裝置的靈敏度越高，從而保證干式變壓器的安全穩定運行。參考文獻陳曾田: 《電力干式變壓器保護》. 北京. 中電力出版社. 1989年版#p#分頁(yè)標題#e#