变压器差动保护中不平衡电流的产生及防范

肚科技２ｏｏ７年第１　１　技术创新　变压器差动保护中不平衡电流的产生及防范　刘　炜　ｆ陕西省电力技校）　摘要本文通过分析差动保护不平衡电流的产生原因，提出相应的防范措施，以提高差动保护动作的选择性、速动性、灵　敏性、可靠性，确保变压器的安全稳定运行　关键词微机保护差动保护不平衡电流电流互感器励磋涌流　变压器差动保护作为变压器的主保护，目前电嘲中的　对于出多微机实现的变压器差动保护，出于软件计算的灵活　ｌ１０ｋＶ变压器的差动保护大多采　多微机实现的比率差动保护　之所以采用比率制动特性，是为了防止区外故障引起不平衡的差　动电流造成保护误动　另外，山于变压器实际运行中引起的种种　不平衡电流，使得差动继电器的动作电流增大，从而降低了保护　的灵敏度　１　产生不平衡电流的原因　不平衡电流的产生有稳态和暂态两个方面：　１　１稳态情况下不平衡的电流　（１）变压器各侧绕组接线方式不吲。　（２）变压器各侧电流互感器的型号和变比不相蚓、实际的　电流互感器变比和计算变比不相同　（３）带负荷　分接头引起变压器变比的改变。　１．２暂态情况下不平衡的电流　（Ｊ）变压器空载投入电源时或外部故障切除，电压恢复时　产生的励磁涌流　（２）短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁涌　流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。　２不平衡电流的影响及相应的防范措施　变压器差动保护的不平衡电流直接影响到差动保护的选择　性、速动性、灵敏性和可靠性。故此，分析其影响并采取相应的　防范措施对提高变压器差动保护性能是十分重要的。　２　１变压器高低压侧绕组接线方式不同的影响及其防范措施　（１）变压器接线组别对差动保护的影响。如Ｙ，ｙ《Ｉ接线的变　压器，凶为一、二次绕组对应相的电压同相位，所以一．二次两　侧对应相的相位儿乎完全相蚓：但当变压器采　Ｙ，ｄｌｌ接线时，　因为三角形接线｛ｌｌ！Ｉ１的线电压，在相位上相差３１）。，所以其相应相　的电流相位关系也相差３０。，即三角形侧电流比星形｛ｌｌ！ｌＪ的ｌ叫一柏　电流，在相位上超前３（Ｊ。，凶此即使变压器两侧电流互感器二次　电流的数值相等，在差动保护四路中就会出现不平衡电流　（２）变压器接线组别影响的防范措施。消除由变压器Ｙ，　ｄｌｌ接线而弓ｌ起的不平衡电流的措施，我们采用相位补偿法，也　就是通常所说的Ｙ／Ａ￥￣换　即将变压器星形侧的电流互感器二次　侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星　形，从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。相位补偿后．　为了使每相两差动臂的电流数值近似相等，而将变压器三角形侧　的电流互感器二次侧接成星形，从而把电流互感器二次电流的相　位皎正过来，相位补偿后，为了使每相两差动臂的电流数值近似　相等，在选择电流互感器的变比Ｋｎ时，应考虑电流互感器的接线　系数ＫｊＸ，即差动臂的电流为Ｉ！ｃ＝Ｋ　＝・Ｉ，．／Ｅｎ其Ｌ｝Ｊ，ｆＩＮ为一次额　定电流值，Ｉ２ｃ为二次电流，电流互感器按星形接线时ＮＫｊｘ＝Ｉ，　按三角形接线时　Ｋｊｘ＝４＇３如电流互感器的二次电流为５Ａ时，删　两侧电流互感器的变比按以下两式选择：①变压器星形侧的电流　互感器变比按Ｋｎ　＝　Ｉｌ１ｉ．㈣／５计算；②变压器三角形删的电　流互感器变比按Ｅｎ　ｅ△）＝Ｄ，ｒ３（△　汁算　、式中ＩＩＮ（Ｙ）变压器绕组　接成星形侧的额定电流；ＩＩＮ（△）变压器绕组接成三角形侧的额定　电流　实际上选择电流互感器时，是根据电流互感器定型产品变　比确定一个接近并稍大于汁算值的标准变比　性，允许变压器的各侧互感器二次都按Ｙ型接线，在进行差动计　算时由软件对变压器Ｙ型删电流进行相位饺准及电流补偿，即　ｙ／Ａ转换可山程序软件实现　整定人员可以通过对接线方式定值　的整定（置ｌ或置Ｏ）来选择是否需要进行ｙ／Ａ转换　２　２变压器各侧电流互感器型号和变比不相同或实际的电流　互感器变比和计算变比不相同的影响及其防范措施　山于变压器各侧额定电压不蚓，装没在各侧的电流互感器型　号也就不　，所以他ｆｆｊ的饱和特性和励磁电流（归算到蚓一侧）　也不相ｌ一＿Ｊ。凶此，在外部短路时也会引起较大的不平衡电流，对　这种情况可以采用适当增大保护动作电流的办法来解决　另一方面，山于电流互感器都是标准化的定型产品．所以实　际选　的变比．与汁算变比不可能完全一致，而且各变压器的变　比也不可能完全相蚓，这是在差动保护　路引起不平衡电流的又　一原凶。这种山于变比选择不完全合适而引起的不平衡电流，可　利用磁半衡原理在差动继电器中没置平衡线圈ＪＪｕ以消除。一般半　衡线幽接于保护臂电流小的一侧，　为平衡线圈和差动线圈共蚓　绕在继电器的－｝Ｊ『¨ｊ磁柱上，适当选择平衡线圈的匝数，使它产生　的磁势与差流在差动线幽　｝Ｊ产生的磁势相抵消。这样．在二次绕　阻就不会感应电势了，流经差动继电器的执行元件的电流为０。不　过接线时要注意极性，应使小电流侧在平衡线圈与差流在差动线　幽产生的磁势柑反　对十山多微机实现的变压器差动保护，这部分功能也可以由　程序软件来实现．即通过浏整平衡系数Ｋｂ来控制．．具体计算时，　只需根据变压器各侧一次额定电流、差动互感器变比求出电流平　衡渊整系数Ｋｈ，将Ｋｂ值当作定值输入微机保护，山保护软件实　现电流自动平衡　整，消除不平衡电流．　．２　３带负荷调压在运行中改变分接头的影响及其防范措施　电力系统在运行中，通常利川凋节变压器分接头的方法来维　持电网的电压水平　改变的变压器分接头，也就改变了变压器的　变比　但差动保护中电流互感器变比的选择以及差动继电器平衡　线幽已经确定．．当变压器分接头改变时，差动心路原先的平衡被　破坏了，ＨＩ】出现了新的不平衡电流Ｉｂｐ，ｌｂｐ与一次电流ｌｄ．ｍａｘ成　正比．ＨＩ】ｌｂｐ＝±△Ｕ‘ｌｄ．ｍａｘ／Ｋｎ　式中：±△Ｕ为调压分接头相对于额定抽头位置的最大变化范　围：Ｉｄｍ　为通过调压侧的最大外部故障电流　为＿ｒ消除这一不平衡电流的影响．在整定保护的动作电流时　应给予相应的考虑，即提高保护的动作整定值　１　４变压器励硅涌流的影响及其防范措施　（１）变压器的励磁涌流对差动保护的影响。　变压器的高、低压删是通过电磁联系的，故仅存在于电源的　一侧，它通过电流互感器　成差【固路中不平衡电流的一部分　在　正常运行情况下，其　ｉｌ』小，一般不超过变压器额定电流的：ｊ％～　５％、当外部发生短路故障时，由于Ｌ乜源｛！Ｉ！ｌ】母线电压降低，励磁　电流就更小，Ｉ　此庄这些情况下一般可以不必考虑不平衡电流对　差动保护的影响　但在变压器空载投入电源或外部故障切除后电　压恢复过程中，山于变压器铁芯　｝Ｊ的磁通急剧增大，使铁芯瞬　饱和，这将产生｛｝｛大ｆｆ．Ｊｉ，ｔ，击励磁｝乜流——励磁涌流　山于励磁涌　流具有很大的数值和非　期分量，故对变压器的差动保护有很大　维普资讯 http://www.cqvip.com 技术创新　南ｌｌ工科技２００／￣１　１期　的影响　励磁涌流的主要特点如下：　数，可以鉴别变压器空载合『甲Ｊ时的励磁涌流，从而保证保护装置　①励磁涌流的数值大。变压器空载投入时，变压器的励磁涌　在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时能有效地制动。　流可达到变压器额定电流的６倍～８倍，￣１］ｌｌｙ＝（６～８）ｌｅ。对较　３微机保护的局限性及其防范　小容量的变压器为较大倍数，对较大容量的变压器为较小倍数　②励磁涌流中含有大量的非周期分量与高次谐波分量。根据　差动保护应要求外部故障时保护能可靠制动；内部故障时保　试验和理沦分析结果得知，励磁涌流中含有大量的高次惜波分　护能可靠动作。无可置疑，作为变压器主保护的差动保护采用多　量．其中二次谐波分量所占比例最大，约占基波分量的５０％～　微机保护，可提高保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性　但　６０％。四次以上Ｉ皆波分量很小，在最初儿个周期内，励磁涌流的　多微机保护也还存在下面的一些局限性：　波形是　断的（即两个波形之问有一『ｂＪ断角），每个岗期内有　３．１微机比率差动的局限性　一１２０。～１８０。的『ＨＪ断角，最小也不低于｝“）。～１００。。非周期分　般情况下，比率制动原理的差动保护能作为变压器的主保　量则是偏到时『日Ｊ轴的一边并具有衰减慢的特点。　护，但当变压器出现严重内部故障时，短路电流很大的情况下，　③励磁涌流的衰减速度与电力系统的时『ＨＪ常数有关。励磁涌　ＴＡ严重饱和，使交流暂态传变严重恶化，ＴＡ的二次侧基波电流　流与合削瞬ｆｕＪＰ１．／ＪＩｌ电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方ｒｕＪ、电源　为０，高次谐波分量增大，比率制动原理的差动保护无法反映区　容量、变压器的容量及铁芯材料等凶素有关　变压器容量越大励　内的短路故障，从而影响了比率差动保护的怏速动作。防范此局　磁涌流衰减越慢，完全衰减要经过几十秒的时问．　．限性的措施主要是配备差动速断保护．作为辅助保护，确保变压　（２）变压器差动保护中减小励磁涌流影响的措施。　器在发生内部严重故障时保护装置能快速动作。　由于微机保护的　①防止励磁涌流的影响，传统上采用ＢＣＨ型具有速饱和变流　动作速度怏，励磁涌流开始衰减很怏，因此微机保护的差动速断　器的继电器，这是国内目前广泛采用的一种方法。当外部故障　整定值可以较电磁式保护取值大，可取正常运行时负荷电流的　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　５ｆ立～ｆ档，、　很怏地单方面饱和，传变性能变坏，致使不平衡电流难于传变到　３．２二进制取值方式存在级差局限　差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。内部故障时　由于微机取值是按二进制方式取值，调整系数、定值时不是　虽然速饱和变流器一次线圈的电流也含有一定的非周期性分量，　连续的而是分级的。这就是我们所说的步长值　通过步长值调整　但它衰减得怏，一般经过１．５～２个脚波即衰减完毕，此后速饱和　定值，在理沦上就存在着不可避免的固有漠差。比如，经软件相　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　位校正及电流补偿后，电流平衡基本上补偿了，但仍然有因级差　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　等原因产生的不平衡现象。经计算，当平衡调整系数的级差是　大，从而使继电器能灵敏地动作。速饱和变流器正是利用容易饱　（）．ｏ６２ｓ，￣，最大误差可达３．１２２％，故此当定值汁算完后，在实际　和的性能来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合『甲Ｊ励磁涌流　取值时要进行复核，选取微机所能提供的最接近汁算结果的定　的非周期分量影响　值。　②采用内部短路电流和励磁涌流波形的差别（有无问断　４结束语　角）来躲过励磁涌流。即问断角鉴别法，这种方法是将差电流　综上所述，避越最大不平衡电流是保证差动保护动作具有选　进行微分，再将微分后的电流进行全波整流，利用整流后的波　择性的必要条件。不平衡电流越小，保护装置的灵敏度就越高　形在动作整定值下存在时问长短来判断是内部故障，还是励磁　所以采取有效措施防范不平衡电流的影响，对提高差动保护的整　涌流。　体性能至关重要，对提高变压器乃至整个电网的安全运行水平也　③利用二次谐波制动。因为在变压器励磁涌流中含有大量的　是十分重要的。　二次谐波分量，故此利用差流中二次谐波所占的比率作为制动系　（牧稿日期：２『】（）７．０９・１２）　（接１２ｏ－￣）（２）提高异步电动机榆修质量。　在无功支出项的费用都较少，为公司取得了良好的经济效益。同　（３）合理选择变压器容量。　时，也对提高整个电网的运行质量做出了应有的贡献。　５最优补偿容量的确定　６结语　补偿电容器的容量汁算按如下及公式进行：　本文集中探讨了功率因数对电瓷企业生产的供电影响，介绍了　有效电力（ＫＷ）＝视在功率（ＫＶＡ）×ＣＯＳ　０　无功的概念，以及提高功率因数的一些方法、得出的结沦是，在厂　无效电力（ＫＶＡＲ）＝视在功率（ＫＶＡ）×ｓｉｎ　０＝有效电力　配电室低压侧进行自动化的无功功率补偿是最经济实用、可操作性　（ＫＷ）Ｘｔａｎ　０　最强的方式。　改善所虚无效电力（ＫＶＡＲ）＝有效电力（ＫＷ）Ｘ（ｔａｎ　０　ｌ—　电瓷行业的生产要求较高的电压质量，只有合理安装补偿没　ｔａｎ　０　２）　备，改善电网电压质量，节能降耗，降低生产成本，才能使企业在　例如：高压电瓷厂负载为１６６７．５７５ｋｗ，当我们要求ｃｏｓ（ｐ．达到　激烈的市场竞争中立于不败之地。　０．９以上，而现场实际预估最￣￥ｃｏｓ　＝０　７时，需补偿无功功率的　容量：Ｑｃ＝ｐ（ｔａｎ．ｔａｎ￣ｏ　）　参考文献　＝Ｐ（ｔａｎ（ＣＯＳ～０．７）一ｔａｎ（ＣＯＳ～０．９）　【１】陈珩电力系统稳态分析　东南大学．１９９１．＾　１６６７．５７５　Ｘ（１．０１７６—０．４８３４）＝８９（１．８　ｋｖａｒ。　【２】孟凡国无功功率补偿　陶瓷，２００６，９　＝我厂配电室装有一台重庆开关厂生产的功率因数补偿仪，、由值　【３】许实章电机学　华中科技大学．１９８８．１１　班记录看，ｃｏｓ（Ｐ在０　９～０．９９之间　在另一场地的电气车问，有一个　作者简介缪波波（１９７１一），１９９４年毕业于重庆大学电气工程学　院电力专业，工学学士、助理工程师，现从事高压电瓷（绝缘子）的　装有投入固定Ｑｃ的开关柜；由于负荷相对稳定，出现过补偿和欠　研制及相关电气技术工作。　补偿的机率都较小。从缴电费的清单上看，由于进行了无功补偿，　．（收稿日期：２（Ｘ）７・０８・２４）