试论变压器的差动保护

2022-09-11

1 变压器差动保护的工作原理

差动保护的工作原理在于比较被保护线路区段、变压器、电机的始端和终端电流的数值和相位。为此, 在该线路两端装变比相同的电流互感器, 互感器的二次线用电缆接至差动继电器。由接线保证:当被保护线路外部发生短路时, 差动继电器中电流为0, 当被保护线路内部发生短路时, 差动继电器中电流为两个互感器二次电流的总和。当外部短路时, 线路始端和末端的电流的数值和相位相等, 即1i=i2, 继电器中的电流:

若互感器的变比1n=n2, 且当在负载和短路条件下没有误差, 则继电器中的电流为0。

实际上, 互感器不是理想的, 因此, 在继电器绕组中总是有不大的平衡电流。

为了保证差动保护动作的选择性, 差动继电器的动作电流应大于最大的不平衡电流为:

当短路点发生在保护线路内部时, 线路始、终端的电流相位相反, 此时, 继电器中的电流为:

保护装置动作。

可见, 差动保护不反应负荷电流与外部短路, 只反应被保护线路内部的短路。

2 变压器差动保护的工作特点

(1) 由于变压器两侧接线不同而产生不平衡电流。变压器常常采用Y, d11接线方式, 因此其两侧电流的相位相差30度。这时如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线, 则二次电流虽然大小相等, 但由于相位不同也仍然会有一个差电流流入继电器。其大小为:

为了在差动回路中消除这一不平衡电流的影响, 电流互感器的二次绕组应当这样连接:以Y, d11接线为例。变压器接成d侧的电流互感器接成Y, 如电流互感器为减极性, 并假定靠近母线侧为正, 电流互感器的正端于连接在一起, 作为中性线, 二次例引出线分别接在a、b、c各相负端于上。变压器接成Y侧的电流互感器应接成D, 将A相电流互感器的负端子与B相电流互感器正端子连接后, 引出a相线电流;B相负绳子与C相正端于连接后, 引出b相线电流;C相负端子与A相正端子联接后, 引出C相线电流。

(2) 电流互感器的变比不能选得完全合适, 因为两侧电流互感器都是采用定型产品, 所以实际需要的计算变比与产品的标准变比往往不一样, 因此在差动回路中将出现不平衡电流。

(3) 变压器两侧电流互感器的型号不同。电流互感器的误差与它的磁化特性有关, 对同一型号的电流互感器, 磁化特性基本相同, 但在不同饱和程度下也有不同的误差, 就是说越饱和误差越大, 对不同型号的电流互感器, 磁化特性就不会一样。因此在不同工作条件下, 误差就会更大。例如, 在外部短路时的最大短路电流为ID.max考虑最严重的情况是两侧电流互感器一个饱和, 一个不饱和。不饱和的电流互感器二次电流按变比正比于一次电流为:

饱和的电流互感器二次电流将要小些, 但按10%误差曲线选择的电流互感器, 不会小于的90%, 这样流入继电器的不平衡电流最大不会超过的10%, 即不平衡电流的最大值为

实际上, 线路和发电机的差动渺, 两端都用相同型号的电流互感器, 因此不会出现上述严重情况。但变压器的差动保护情况就不一样, 两侧电流互感器的型号很难选得相同, 如高压侧 (电压在35kV以上) 装套管式电流互感器, 低压侧 (6～10kV) 装线圈式电流互感器, 由于它们的饱和特性和励磁电流 (归算到同一侧) 都不同, 因此将引起较大的不平衡电流。所以, 在差动保护中将引入一个同型系数Ktx, 即流到继电器的电流为KtxIbp.max。当两侧电流互感器型号相同时, 流到继电器的电流认为是的Ibp.max一半, 即Ktx=05.;当两侧电流互感器型号不同时, 即认为Ktx=1。

3 差动保护的方式

从以上的分析可以看出, 变压器差动保护的突出问题是不平衡电流大, 而且不能完全消除。因此, 实现变压器差动保护需要解决的主要矛盾是:采取各种措施来躲过这些不平衡电流的影响, 同时在满足选择件的条件下, 还要保证内部故障时有足够的灵敏度和快速动作。

选择差动保护参数时需要躲过的不平衡电流, 可按以下两个条件来确定。

(1) 躲过励磁涌流。前面已经讲到, 在变压器空载投入或在外部短路切除后电压恢复时, 所引起的励磁涌流IΙc.yΙ是很大的, 在这种情况下, 其他的不平衡电流比较起来则小得很多。可以忽略, 所以不平衡电流的一次计算值为:

(2) 躲过变压器外部短路所引起的不平衡电流。在这种情况下, 励磁电流ILc是很小的.可以忽略。这时, 不平衡电流的一次计算值为:

式中

为电流互感器误差引起的不平衡电流;

为变压器调压分接头改变引起的不平衡电流;

为平衡绕组或自耦变流器不能对变压器两侧电流差值进行完全补偿引起的不平衡电流。

4 变压器的差动电流速断保护

按躲过变压器空载投入时的励磁涌流和外部短路时的不平衡电流整定的差动保护, 叫做差动电流速断保护, 这是一种最简单的变压器差动保护。由于励磁涌流衰减很快, 同时保护装置中差动电流继电器和出口中间继电器本身具有一定的固有动作时间, 因此, 实际上已有可能不按躲过励磁涌流的最大值 (6～8) Ie.B。来整定, 根据运行经验及实验数据一般取:

式中Ie.B为变压器的额定电流。至于外部短路时的不平衡电流, 在电流互感器已按10%误差曲线校验时, 通常小于上述数值。

差动电流速断保护的优点, 是接线简单, 动作迅速;缺点是对大容量变压器灵敏度很低, 甚至不能采用。所以, 一般只用在较小容量的变压器上, 作为相问短路的保护。

摘要：文章在对变压器差动保护的工作原理及特点进行分析, 提出相关保护措施。

关键词：变压器,差动保护