干式变压器纵差保护如何克服不平衡电流

纵向差动保护是所有电气主设备的主要保护。它灵敏度高，选择性好，已成功应用于干式变压器保护。然而，干式变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以识别的问题。虽然有几种有效的闭锁方案，但由于超高压输电线路长度的增加、静态无功补偿容量的增加、硅钢片工艺的改进以及干式变压器的磁化特性，干式变压器纵差保护固有的原理矛盾更加突出。1.干式变压器纵差保护的基本原理纵差保护在发电机中的应用相对简单，但作为干式变压器内部故障的主要保护，纵差保护会有许多特点和难点。干式变压器有两个或两个以上的电压等级，用于纵差保护的电流互感器的额定参数不同，因此纵差保护产生的不平衡电流会比发电机大得多。纵向差动保护是通过比较被保护元件两端电流的幅值和相位来构成的。根据KCL基本定理，当被保护设备发生故障时，所有流入电流之和必须始终等于所有流出电流之和。当被保护设备内部发生故障时，短路点成为新的端子，电流大于0，但实际上发生外部短路时存在不平衡电流。事实上，当外部短路故障发生时，由于外部短路电流较大，尤其是暂态过程中的非周期分量电流，电流互感器的励磁电流急剧增大，饱和状态使得干式变压器两侧变压器的输变电特性难以保持一致，导致不平衡电流较大。因此，利用制动特性原理，外部短路电流越大，制动电流越大，继电器能够可靠制动。此外，由于纵联差动保护的原理是基于比较干式变压器各侧电流的大小和相位，并受干式变压器各侧电流互感器和多种因素的影响，所以干式变压器的动态差动保护电路在正常运行和外部故障时存在不平衡电流，使纵联差动保护处于不利的工作阈值下。为了保证干式变压器纵差保护动作正确、灵敏，有必要对其电路中的不平衡电流进行分析，找出原因并采取措施消除。2.纵差保护不平衡电流分析2.1稳态不平衡电流干式变压器正常运行时，纵差保护回路不平衡电流主要由电流互感器、干式变压器接线方式和干式变压器有载调压引起。电流互感器的计算比率与实际比率不同。正常运行时，干式变压器每侧的电流不相等。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动电路的电流为零的要求，高低压两侧流入继电器的电流应相等，即高低压侧电流互感器的比例应等于干式变压器的比例。但实际上，由于电流互感器的比率都是根据产品目录选择的标准比率，干式变压器的比率是一定的，所以不能满足上述阈值，会出现电流不平衡。是干式变压器两侧电流相位不同造成的。干式变压器通常采用两侧电流相位差为30的接线方式。此时，如果两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，二次电流也会因其相位不同而在纵差保护回路中产生不平衡电流。由干式变压器有载调节抽头产生。在电力系统中，经常使用有载调压干式变压器。当干型 #p#分页标题#e#

因此，干式变压器抽头位置的变化会在差动继电器中产生不平衡电流，这与电压调节范围有关，并随着一次电流的增加而增加。2.2暂态不平衡电流是由干式变压器的励磁涌流产生的。干式变压器的励磁电流在接电源时只流过干式变压器的一侧。对于差动电路，励磁电流的存在相当于干式变压器内部故障时的短路电流。因此，必然会给纵联差动保护的正确工作带来不利影响。一般情况下，干式变压器的励磁电流很小，所以纵差保护电路的不平衡电流也很小。在外部短路的情况下，励磁电流将随着系统电压的降低而降低。因此，在正常运行和外部短路时，励磁电流对纵联差动保护的影响往往可以忽略不计。但在突然电压升高的非常情况下，如干式变压器空载投入后恢复供电，外部故障切除后，可能会出现较大的励磁电流，干式变压器在此暂态过程中出现的励磁电流通常称为励磁涌流。干式变压器外部故障暂态交叉短路电流产生的纵联差动保护是瞬时保护，它在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。因此，必须考虑外部故障暂态过程中不平衡电流的影响。干式变压器外部故障暂态过程中，一次系统短路电流含有非周期分量，其随时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为变压器的励磁电流，从而使变压器铁心更加饱和。3.干式变压器纵差保护不平衡电流如何克服从以上分析可知，如果不采取适当的措施，流入差动继电器的不平衡电流会很大，根据干式变压器避免外部故障时较大不平衡电流设定的纵差保护整定值会很大，保护的灵敏度会很低。如果再考虑励磁涌流的影响，保护就不起作用了。因此，如何克服不平衡电流，消除其对保护的影响，提高保护的灵敏度，已成为纵联差动保护的中心问题。如何克服电流互感器变比引起的电流不平衡电流计算变比与电流互感器实际变比不同引起的电流不平衡有两种克服方法：一是用自耦变压器进行补偿。通常在干式变压器侧的电流互感器中安装一个自耦变压器，LH输出端接变频器的输入端。当自耦变压器的变比改变时，变换器的输出电流可以等于无变换器时LH的二次电流，使流入差动继电器的电流为零或接近于零。其次，中间变换器的平衡线圈用于磁补偿。通常，中间转换器的磁芯缠绕有主线圈，即与差动电流连接的差动线圈，以及平衡线圈和次级线圈。

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。采用这种方法时，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，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。 由干式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 对于由干式变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法来克服。对于干式变压器Y形接线侧，其LH采用△形接线，而干式变压器△形接线侧，其LH采用Y形接线，则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。但当LH采用上述连接方式后，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情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧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。 由干式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 #p#分页标题#e#

在干式变压器外部故障的暂态过程中，使纵差保护产生不平衡电流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周期分量，为消除它对干式变压器纵差保护的影响，广泛采用具有不同特性的差动继电器。对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中非周期分量影响的有效方法之一。根据速饱和变流器的磁化曲线可以看出，周期分量很轻易通过速饱和变流器变换到二次侧，而非周期分量不轻易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，采用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，它能可靠地躲开干式变压器外部短路时的不平衡电流，并提高干式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，可以使继电器的实际启动电流不论在任何大小的外部短路电流的作用下均大于相应的不平衡电流，干式变压器纵差保护能可靠躲过干式变压器外部短路时的不平衡电流。 由于励磁涌流产生的不平衡电流仍然是纵差保护的重点，不平衡电流的影响导致纵差保护方案的设计也不尽相同。因此，在实践的干式变压器差动保护中，应结合不同方案进行具体的设计。 

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