干式变压器差动保护的工作原理及电流不平衡的
摘要：简述了干式变压器差动保护的工作原理，分析了差动保护中电流不平衡的原因，并针对不同的原因对症下药。提出了相应的有效预防措施，以提高差动保护动作的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，从而保证干式变压器的安全稳定运行。查看更多励磁信息[关键词]差动保护电流互感器不平衡电流浪涌电流
1前言
干式变压器差动保护基于环流原理。双绕组干式变压器，电流互感器安装在两侧。当两侧电流互感器同极性同方向时，将两侧电流互感器不同极性的二次端子连接起来(如果同极性端子放在母线附近，则二次侧接同极性)，差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。正常运行或外部故障时，两侧二次电流大小相等，方向相反，继电器内电流等于零，差动保护不动作。然而，由于干式变压器实际运行引起的各种不平衡电流，差动继电器的工作电流增加，从而降低了保护的灵敏度。
2.原因
不平衡电流有两个方面：稳态和瞬态。稳态不平衡电流：产生的原因(1)干式变压器高低压侧绕组的不同接线方式；(2)干式变压器每侧电流互感器的型号和比例不同；(3)有载分接开关引起的干式变压器变比的变化。暂态不平衡电流主要是干式变压器空载投入供电或切除外部故障恢复电压时励磁涌流引起的。
3影响和预防措施
干式变压器差动保护电流不平衡的原因及预防措施如下。
3.1干式变压器高低压侧绕组不同接线方式的影响及预防措施：
3.1.1干式变压器接线组别对差动保护的影响
对于Y和y0连接的干式变压器，由于初级绕组和次级绕组对应相的电压同相，所以初级绕组和次级绕组两侧对应相的相位几乎相同。常用的Y、d11接线干式变压器，由于三角形侧的线电压存在30的相位差，所以其对应相的电流相位关系也相差30，即三角形侧的电流比星形侧的同相电流超前30，所以即使干式变压器两侧的电流互感器二次电流相等，差动保护电路中也会出现不平衡电流。
3.1.2干式变压器接线组别影响的预防措施
为了消除干式变压器Y、d11接线引起的电流不平衡的影响，可以采用相位补偿的方法，即将干式变压器星形侧的电流互感器二次侧接成三角形，三角形侧的电流互感器二次侧接成星形，从而校正电流互感器二次电流的相位。相位补偿后，为了使每相两个差动臂的电流值近似相等，在选择电流互感器的比值nTA时，应考虑电流互感器的连接系数KC，即差动臂的电流为KCI1/nTA。其中I1为一次电流，变流器星形连接时KC=1，三角形连接时KC=3，如果变流器二次电流为5A，则两侧变流器的比例可按以下两个公式选择。 #p#分页标题#e#
干式变压器星形侧的电流互感器比为：
nTA(Y)=3In(Y)/5
干式变压器三角形侧的电流互感器比率为：
nTA()=In()/5
式中(Y)干式变压器绕组进星侧额定电流；
在()干式变压器三角形侧的额定电流
干式变压器两侧额定电压不同，安装在两侧的电流互感器型号不同，导致饱和特性和励磁电流不同(分类到同一侧)。因此，当外部短路发生时，会引起较大的不平衡电流，应仅通过适当增加保护动作电流来考虑。由于电流互感器都是标准化产品，实际选择的比率一般与计算的比率不完全一致，所有干式变压器的比率不可能完全相同，这会导致差动保护电路中电流不平衡。根据磁平衡原理，在差动继电器中设置平衡线圈，可以消除因比率选择不当而引起的不平衡电流。一般平衡线圈接在保护臂电流小的一侧。因为平衡线圈和差动线圈一起缠绕在继电器的中间磁柱上，所以应该适当选择平衡线圈的匝数，使得平衡线圈产生的磁势与差动线圈中差动电流产生的磁势抵消。这样就不会在次级绕组中感应出电势，差动继电器的执行机构也就没有电流了。但接线时要注意极性，平衡线圈小电流侧和差动线圈差动电流产生的磁势要相反。
3.3有载调压运行中抽头切换的影响及预防措施
在电力系统中，通常采用调整干式变压器分接头的方法来维持一定的电压水平(由于分接头的变化，干式变压器的比例也发生变化)。但差动保护中电流互感器变比的选择和差动继电器平衡线圈的确定，只能根据一定的干式变压器变比进行计算和调整，使差动回路达到平衡。当干式变压器的抽头改变时，平衡被破坏，出现新的不平衡电流。该不平衡电流与初级电流成正比，其值为
Ibp＝±△UID.max/nTＡ
式中±△U――调压分接头相对于额定抽头位置的较大变化范围
ID.max――通过调压侧的较大外部故障电流。
为了避免不平衡电流的影响，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。
3.4干式变压器励磁涌流的影响和防范措施
3.4.1干式变压器的励磁涌流对差动保护的影响
干式变压器的高、低压侧是通过电磁联系的，故仅在电源的一侧存在励磁电流，它通过电流互感器构成差回路中不平衡电流的一部分。在正常运行情况下，其值很小，一般不超过干式变压器额定电流的3％～5％。当外部短路故障时，由于电源侧母线电压降低，励磁电流更小，因此这些情况下的不平衡电流对差动保护的影响一般可以不必考虑。在干式变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中，由于干式变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流（可达5～10倍的额定电流），通常称为励磁涌流。励磁涌流的波形如下图: #p#分页标题#e#
由图可知，励磁涌流IE中含有大量的非周期分量与高次谐波，因此励磁涌流已不是正弦波，而是尖顶波，且在较初瞬间完全偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度，与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、干式变压器的容量及铁芯材料等因素有关。对于单相的双绕阻干式变压器，在其它条件相同的情况下，当电压瞬时值为零时合闸，励磁电流较大;如果在电压瞬时值较大时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常的励磁电流。对于三相干式变压器，无论任何瞬间合闸，至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。在起始瞬间，励磁涌流衰减的速度很快，对于一般的中小型干式变压器，经0.5～1S后其值不超过额定流的0.25～0.5倍;大型电力干式变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值时约2~3S。这就是说，干式变压器容量越大衰减越慢，完全衰减要经过几十秒的时间。根据试验和理论分析结果得知，励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，其中二次谐波分量所占比例较大，约为60％以上。四次以上谐波分量很小，在较初几个周期内，励磁涌流的波形是间断的（即两个波形之间有一间断角），每个周期内有120。～180。的间断角，较小也不低于80。～100。[见左下图（b）]。另外，励磁涌流对于额定电流幅值的倍数，与干式变压器容量有关，容量越大，干式变压器的涌流倍数也越小。
3.4.2干式变压器差动保护中减小励磁涌流影响的措施
防止励磁涌流的影响，采用BCH型具有速饱和变流器的继电器是内目前广泛采用的一种方法。当外部故障时，所含非周期分量的较大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快地单方面饱和，传变性能变坏，致使不平衡电流难于传变到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，但它衰减得快，一般经过1.5～2个周波即衰减完毕，此后速饱和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和的性能来躲过干式变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。
此外，减小励磁涌流还可以采用以下措施:
3.4.3采用内部短路电流和励磁涌流波形的差别（有无间断角）来躲过励磁涌流。
即间断角鉴别法，这种方法是将差电流进行微分，再将微分后的电流进行全波整流，利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短来判断是内部故障，还是励磁涌流。 #p#分页标题#e#
3.4.4利用二次谐波制动。
保护装置在干式变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波分量进行制动;内部故障时，利用基波做;外部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流。
4结语
综上所述，为了保证差动保护动作的选择性，差动继电器的动作电流必须避越较大不平衡电流。不平衡电流越小，保护装置的灵敏度越高，从而保证干式变压器的安全稳定运行。
参考文献
陈曾田:《电力干式变压器保护》.北京.中电力出版社.1989年版
