干式变压器差动保护的特点及误动原因分析

文摘：干式变压器差动保护是通过反映干式变压器两端电流互感器二次电流流入差动继电器的电流差来动作的。当保护范围内无故障时，差动继电器中的不平衡电流应接近零。但是，在某些情况下，当保护范围内没有故障时，差动继电器中仍然存在较大的不平衡电流。介绍了干式变压器差动保护的这一特点，并简要分析了干式变压器差动保护两种误动作的原因。关键词：干式变压器差动保护不平衡电流误动原因分析

向前

差动保护是通过一定的通信通道纵向连接电气设备两端的保护装置，比较两端的电量，从而判断保护是否动作。根据基尔霍夫定律，流入和流出保护范围的电流应相等(干式变压器应归入同一侧)。当保护范围内发生故障时，流入和流出的电流不相等。差动保护就是基于这种不平衡电流。因此，这种保护方法具有较高的动作选择性和灵敏度，适用于保护大容量、大电流、高电压、高灵敏度要求的电气设备。因此，该方法被广泛用于大容量、高压干式变压器的保护，并以其优越的保护性能成为大容量、高压干式变压器的主要保护方法。但值得注意的是，干式变压器在结构和运行上有一定的特点，因此在实际运行中，当保护范围内没有故障时，差动保护装置也存在较大的不平衡电流，可能会导致差动保护装置误动作。此外，即使考虑并纠正干式变压器差动保护的这些特点，由于该保护装置的复杂性，在某些情况下也经常会发生一些误操作。简要分析了干式变压器差动保护两种误动作的原因。

1.干式变压器差动保护的特点1。干式变压器励磁涌流的存在干式变压器的励磁电流(励磁电流)只流过干式变压器的一侧，因此通过电流互感器作用于差动回路时会形成不平衡电流。稳态运行时，干式变压器的励磁电流很小，只有额定电流的2-5%。当故障发生在差动范围之外时，由于电压降低，励磁电流降低。所以两种情况下形成的不平衡电流都很小，对干式变压器差动保护影响不大。然而，当干式变压器空载运行且外部故障消除后电压恢复时，可能会出现大的励磁电流，即浪涌电流。这种现象的存在是由干式变压器的铁芯饱和和剩磁引起的。具体分析如下：当二次侧开路，一次侧接入电网时，一次回路方程为u1=umcos(wt )=i1R1 N1d/dt (1)u1:一次电压，um:一次电压峰值，:合闸瞬间电压初始相角，R1:干式变压器一次绕组电阻。

I1R1比较小，在瞬态过程分析的初始阶段可以忽略不计，所以umcos(wt)=n1d/dt d=(um/n1)cos(wt)dt积分，=(um/n1)sin(wt)c=m sin(wt)cm为主磁通峰，c为积分常数。设t=0，=0时铁芯无剩磁，所以c=-msin，所以空载合闸磁通为= msin (2)。根据公式(2)，空载合闸磁通的大小与电压的初始相角有关。考虑较坏情况，当=900时，电压过零= msin (WT900)-。 #p#分页标题#e#

图1电压过零点时干式变压器主磁通的变化

磁通量有两个分量，周期分量mcoswt和非周期分量m，此时磁通量的较大值是稳态时的两倍。如果同时考虑剩磁的影响，这个值甚至更大。我们知道干式变压器正常工作在铁芯磁化曲线的拐点附近，此时铁芯接近或略饱和。当磁通量达到2倍m以上时，铁芯高度饱和(见图2)。图2磁化曲线确定的闭合电流图

从图2可以看出，此时干式变压器的励磁电流大大增加，达到额定电流的6~8倍。由于励磁电流只出现在干式变压器的一侧，差动继电器会产生很大的不平衡电流。此后，由于R1的存在，非周期分量衰减，值将减小。综上所述，涌流的大小和衰减时间与外加电压、铁芯剩磁的大小和方向、回路阻抗、干式变压器的容量和铁芯的性质有关。对于三相交流干式变压器，由于三相相差1200，所以在任意时刻至少有两相会有不同的涌流。2.干式变压器每侧绕组的连接方式不同。在我规定的干式变压器五种标准接线组别中，经常使用的是35kV Y/D-11双绕组干式变压器。这种接线方式下干式变压器两侧的电流差为300。为了防止差动保护误动作，需要尽量调整CT二次回路的接线和变比，使电源侧和负载侧CT二次电流相差1800，大小相等。这样可以消除Y/D-11干式变压器接线对差动保护的影响。为了达到上述目的，干式变压器差动保护的TA接线如图3所示

图3Y/D-11型接线组干式变压器差动保护变压器接线图

IA1、IB1、IC1指高压侧电流IA2、IB2、IC2指二次电流Ia1、Ib1、Ic1指低压侧电流Ia2、Ib2、Ic2指连接到干式变压器低压侧CT的二次电流。根据接线图，在设计干式变压器差动保护时，干式变压器的一次侧电流互感器与主电路连接成一个Y/D-5型接线组。干式变压器二次侧的CT作为D/Y-7接线组与主回路相连。这种连接方法可以使差分电路1800中的电源侧和负载侧之间的TA二次电流产生相位差。图4显示了该连接组的向量分析。(a)Y侧干式变压器电流矢量图(b)Y侧TA二次侧Y/D-5电流矢量图

但当电流互感器采用上述联结方法时，CT接成D型侧差动臂中电流又增大 倍。为使两侧电流的大小相等，在选择CT变比时应满足 nLy/nLd=nT 这样就消除了Y/D-11联结组对差动保护的影响。2、 电流互感器计算变比与实际变比不同

  由于干式变压器两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比而且干式变压器的变比也是一定的，因此三者不能准确的满足 nLy/nLd=nT的要求。此时差动回路就有不平衡电流流过使保护装置误动。所以通常利用差动继电器的平衡线圈来消除或减小这个差值。即用平衡线圈弥补实际变比与理想值之间的差，使两臂电流差接近零，从而消除或尽量减小不平衡电流。#p#分页标题#e#

4、两侧电流互感器型号不同

  如果干式变压器两侧互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算到同侧）也就不同。因此产生在两臂的电流差就较大，它将影响保护的动作，所以应采用电流互感器的同型系数为1的互感器。

5、干式变压器带负荷调整分接头

  带负荷调整干式变压器的分接头是电力系统中采用带负荷调压的干式变压器来调整电压的方法。改变分接头就是改变了干式变压器的变比，对于已调整好的差动保护装置将产生较大的不平衡电流。由于干式变压器有载调压是带负荷连续调节的，而差动保护是不可以带电进行调整，所以在整定时必须考虑这个因素。

二、干式变压器差动保护两种误动原因的简单分析

1、二次侧负载在流过短路电流下，不能满足CT10%误差曲线的要求。在电流互感器接入系统容量变化或新装保护投入运行时，不可忽略根据差动保护区内短路故障时穿越干式变压器的较大短路电流和实测的差动回路二次负荷，较核保护用CT的10%误差曲线是否满足要求。确保CT在10%误差范围内。如果不满足CT的10%误差曲线要求，由于CT的容量不足以提供二次负荷所需的要求，在故障时差动保护可能拒动、误动直接影响差动保护的可靠性。此时应适当加大CT变比，并重新较核CT的10%误差曲线直到符合要求。

2、差动保护二次电流回路接地方式不当

  差动保护二次电流回路接地时，各侧TA的二次电流回路必须通过一点接于地网，因为变电站的接地网络之间并非绝对等电位，在不同点之间有一定的电位差。当发生短路故障时，有较大的电流流入地网，各点之间的电位差较大。如果差动保护二次电流回路接在地网的不同点，它们之间的电位差产生的电流将流入保护装置，影响差动保护装置动作的准确性甚至使之误动。所以各侧CT的二次电流回路应并联后接到保护装置的差动电流回路中，所有电流回路必须在并联的公共点处接地（如图三所示）。

三、结束语

  干式变压器差动保护是干式变压器的主保护，要求有很高的可靠性，而干式变压器结构复杂，先具特点，所以必须严格按规程要求认真分析各个细节，了解干式变压器差动保护的特点，采用相应措施，杜绝事故发生，保证保护可靠动作。