继电保护与自动装置 变压器的差动保护1 变压器的差动保护电子教材.doc

电力系统继电保护精品资源共享课 项目9 变压器保护 任务二 变压器差动保护的基本原理及特点 一、变压器差动保护的基本原理 变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等，再加上变压器各侧电流的相位往往不相等。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，在不考虑励磁电流的情况下两侧二次电流相等。例如在图1中的双卷变压器，应使 或 （1） 式中 ——高压侧电流互感器的变比； ——低压侧电流互感器的变比； ——变压器的变比(高、低压侧额定电压之比)。 适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。 图 2 变压器纵差保护的原理接线图 图3 变压器空载投入时的电压和磁通波形图 二、变压器纵差动保护的特点 变压器的纵差动保护在区外短路时的不平衡电流比线路纵差保护的不平衡电流大。除此之外，变压器差动保护还将面临励磁涌流的影响。现对其励磁涌流和不平衡电产生的原因和消除方法分别讨论如下。 1．励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 由变压器的工作原理可知，变压器的励磁电流只流过变压器某一侧绕组。因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡。正常情况下，变压器的励磁电流很小，通常只有变压器额定电流的2％～10％或更小，故差动保护回路的不平衡电流也很小，可忽略不计。在外部短路时，由于系统电压下降，励磁电流也将减小。因此，在稳态情况下，励磁电流对差动保护的影响常常可略去不计。而在以下分析的工况将产生很大的励磁电流。 下面以单相式变压器为例分析产生励磁涌流的原因。 在电压突然增加的特殊情况下，例如在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，就可能产生很大的励磁电流。这是因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压，在电压瞬时值瞬间合闸，铁芯中的周期分量磁通应为，但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通。如果考虑剩磁，这样经过半个周期后铁心中的磁通将达到其幅值为，如图3所示。由于铁芯饱和将产生很大电流。这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称为励磁涌流。该涌流的数值可达变压器额定电流6～8倍，其涌流的大小相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给差动保护的正确工作带来影响。 利用作图的方法可求得单相变压器的励磁涌流的波形如图4(b)所示。由于励磁涌流的存在，给变压器差动保护的实现带来困难。对于三相变压器，无论在任何瞬间合闸，至少有两相会出现程度不等的励磁涌流。 图4 单相变压器励磁电流的图解法 (a)变压器铁芯的磁化曲线 (b)励磁涌流 从大量的实验及励磁涌流的波形可得到励磁涌流的特点如下： 1）励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。涌流衰减的快慢与变压器的容量有关，一般励磁涌流衰减到变压器额定电流的所需时间，对中、小型变压器约为，对于大型变压器约。励磁涌流完全衰减，大型变压器要经几十秒时间。 2）励磁涌流中含有明显的高次谐波， 表9-1示出了单相变压器励磁涌流和内部短路故障时短路电流的谐波分析结果，其中励磁涌流以2次谐波为主，而短路电流中2次谐波成分很小。 3）励磁涌流的波形出现间断角，如图4(b)、5所示，在一个周期中间断角为α，而短路电流波形不出现间断。纵差保护用的电流互感器在饱和的情况下传变到付边的励磁涌流波形间断角可能消逝，在实际应用该判别条件时应采取相应的补救措施（如反应二次电流的变化率）。 图 5 励磁涌流的波形 表9-1 励磁涌流实验数据举例 条件 谐波分量占基波分量的百分数（%） 直流分量 基波 二次谐波 三次谐波 四次谐波 五次谐波 励磁涌流 第一个周期 第二个周期 第八个周期 58 58 58 100 100 100 62 63 65 25 28 30 4 5 7 2 3 3 内部短路故障电流 电流互感器饱和 电流互感器不饱和 38 0 100 100 4 9 32 4 9 7 2 4 2．不平衡电流产生的原因 影响变压器差动回路不平衡电流的因数主要是电流互感器的误差。 由电流互感器的等值电路可知影响电流互感器误差的根本原因是励磁电流的存在。因而变压器各侧电流互感器励磁特性的差异，即励磁电流