…………………………一皇王研 一 ｌ 浅析电力变压器差动保护不平衡电流产生原因及抑制方法 石家庄良村热电有限公司 侯伟东 【摘要】电力变压器微机保护通常由电流纵联差动保护与瓦斯保护作为主保护，其最关键也是最困难的问题是如何防止变压器不平衡电流所导致的差动保护误动作。但差 动保护应用于变压器时，效果并不是很理想。 【关键词】变压嚣；不平衡电流；相位补偿 一、引言 互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行 器的变比加大 倍，以减小二次电流，使之与 电力变压器在电力系统中是十分重要的电 和外部故障时，其差动回路中有不平衡电流， 另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件 气设备。电力变压器微机保护通常由电流纵联 使差动保护处于不利的工作条件下。为保证变 。 差动保护与瓦斯保护作为主保护，而过电流或 压器差动保护的正确灵敏动作，必须对其回路 复合电压启动的过电流保护、过负荷保护、零 中的不平衡电流进行分析，找出原因，采取措 ２．利用小波变换后的奇异性进行判别 序过流保护、过激磁保护等构成其后备保护。 施予以消除。 间断角是励磁涌流波形具有的特性之一， 瓦斯保护可以反映变压器油箱内部的相间或匝 不平衡电流的产生原因有稳态和暂态两方 在间断角的起止时刻，都可近似看作边缘跳 间短路故障，是一种非电量保护，其动作时间 面： 跃，根据信号奇异性检测原理的分析，若采 一般晚于差动保护。差动保护是作为变压器相 １．稳态情况下的主要的不平衡电流 用合适的小波对这样的信号作小波变换，信号 间、匝间和接地短路故障的保护，它是变压器 电力系统中常采用Ｙ／△一ｌ１（即Ｙ，ｄｌ １）接 的边全绷ｔ跃点在对应同一位置的所有尺度上 的一种重要的保护形式。 线方式，因此，变压器两侧的相位差为３Ｏ。， （２ ），都产生相应的模极大值，而且这些模 二、变压器差动保护的基本原理及研究的 如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，即 极大值在相邻的尺度上保持相同的符号，由小 主要内容 使两侧电流数值相等，也会产生２Ｉ，ｓｉｎｌ５。的 尺度（Ｓ＝２ 小）到大尺度（Ｓ＝２ 大）递增。而内 差动保护装置，可用来保护变压器线圈 不平衡电流。因此，必须补偿由于两侧电流相 部故障电流信号的波形连续，畸变较小，因而 内部及其引出线上发生的相间短路和接在大电 位不同而引起的不平衡电流。具体方法是将 小波变换的系数也较平滑，表现为奇异性较 流接地电网上变压器的单相接地故障。为了实 Ｙ／△一１１接线的变压器星形接线侧的电流互感 小。根据信号在小波变换后表现出的奇异性差 现上述保护功能，电力变压器的高低压线路两 器二次侧接成三角形接线，三角形接线侧的电 异，可以用来区别故障电流和励磁涌流。 侧都装设电流互感器。由于变压器具有两个或 流互感器二次侧接成星形接线，这样可以使两 另外利用小波变换的奇异性检测方法， 更多个电压等级，因此，为了保证差动保护的 侧电流互感器二次连接臂上的电流Ｉ 和Ｉ 。相 还可以精确测量励磁涌流的间断角。间断角处 正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变 位一致，按该方法接线进行相位补偿后，高压 电流的特点是绝对值非常小（接近于零），而Ａ／ 比。 侧保护臂中电流比该侧互感器二次侧电流大 Ｄ转换芯片刚好在零点附近转换误差最大。显 差动保护是利用比较被保护元件各端电流 倍，为使正常负荷时两侧保护臂中电流接近相 然，造成Ａ／Ｄ在零点附近误差较大的原因是随 的幅值和相位的原理构成的，根据基尔霍夫电 等，故高压侧电流互感器变比应增大 倍。 机噪声干扰。对于像间断角测量这类暂态信 流定律，当被保护设备无故障时：恒有￡ Ｏ， 在实际接线中，必须严格注意变压器与两 号，相关法、平滑法和相干时间平均法等除噪 即各结点流入电流值之和必等于各结点流出电 侧电流互感器的极性要求，为防止发生差动继 技术均无效，即使采用较大计算量的最小平方 流之和，其中 为流向被保护设备各端子的电 电器的电流回路相互接错，极性接反现象，在 滤波，也只能保证总体信噪比的提高，难以减 流；当被保护设备内部发生故障时，短路点成 变压器的差动保护投入之前要做接线检查，在 小过零处的误差，而这些点对间断角的测量是 为一个新的端子，此时有； ＞Ｏ，但是实际上 运行后，如测量不平衡电流值过大不合理时， 最有意义的。热噪声是任何实际系统无法避免 在外部发生短路时还存在一个不平衡电流，所 应在变压器带负载时测量互感器一、二次侧电 的随机干扰，服从高斯分布。当信号较弱时噪 以差动保护的动作判据应改写为： ，，．＞ｌ 流相位关系以判别接线是否正确。 声甚至可以把信号淹没，从而产生较大的测量 差动保护一直以来都是电力变压器的主 ２．暂态情况下的主要的不平衡电流 误差。但在小波变换下的高斯白噪声的模极大 保护，其最关键也是最困难的问题是如何防止 暂态情况下的不平衡电流是由变压器励 值与信号小波变换的模极大值，随尺度增长有 变压器不平衡电流所导致的差动保护误动作。 磁涌流产生的，变压器的励磁电流仅流经变压 截然不同的性质。当按因子２增加时，高斯白 但差动保护应用于变压器时，效果并不是很理 器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁 噪声小波变换模极大值的个数，按ｌ／２的平均 想。这是因为差动保护的理论依据是基尔霍夫 电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路 速率减少。根据噪声模极大值跨尺度减少的特 电流定律，所以对纯电路设备如发电机、线路 电流。因此，它必然给纵差保护的正确动作带 性，通过去掉噪声对应的模极大值，可以有效 等的差动保护无懈击，但对变压器而言，其内 来不利影响。正常情况下，变压器的励磁电流 地消除干扰，较准确地确定突变点的位置。 部是通过磁路耦合来联系的，并不是纯电路 很小，故纵差保护回路的不平衡电流也很小。 五、总结 结构，因此基尔霍夫电流定理本质上已不再适 在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流 本文分析介绍了变压器差动保护的原理， 用，变压器的励磁电流成了差动保护不平衡电 也将减小。因此，在正常运行和外部短路时励 指出运用差动保护的难点在于如何准确区分励 流的一种来源。然而，变压器正常运行时，其 磁电流对纵差保护的影响常常可以忽略不计。 磁涌流与故障电流。介绍了不平衡电流的产生 励磁电流一般为额定电流的２％～５％，可以忽略 但是，在电压突然增加的特殊情况下，比如变 并浅析了抑制方法。 不计，通过整定适当的门槛值，差动保护就可 压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的 大型变压器的出现既为保护增加了难度， 以准确区分变压器的内部故障与外部故障。但 情况下，则可能出现很大的励磁电流，这种暂 同时又对差动保护提出了更高的要求。要从原 是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢 态过程中出现的变压器励磁电流通常称励磁涌 理上和实现中同时解决变压器继电保护的问 复时，则可能出现数值很大的励磁涌流。其数 流。变压器的励磁涌流就是一种暂态电流，对 题，才能保证变压器安全稳定的运行。 值最大可达额定电流的６～８倍，同时包含有大 差动保护回路不平衡电流的影响更大。 量的非周期分量和高次谐波分量。因此，进一 四、减少不平衡电流的措施 参考文献 步研究变压器差动保护的误动机理，探索快 １．采用适当的接线进行相位补偿法 【１］马永翔，王世荣．电力系统继电保护 ．北京：中国林业 速、准确的区分变压器励磁涌流和内部故障电 由于变压器常采用Ｙ／△一１１的接线方式， 出版社，２００８． 流的新方法以提高变压器差动保护的性能，是 因此，其两侧电流相位差为３Ｏ。。为了消除这 【２］阔治安，崔新艺，苏少平．电机学［Ｍ】．西安：西安交通大 十分必要的。通过对电力变压器差动保护电路 种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形 学出版社，２００８ 进行分析，找出常见的不平衡电流产生的原 侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器 【３】李宏任．实用继电保护【Ｍ］．北京：机械工业出版社， 因，并提出了一些措施，提高变压器差动保护 三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当 ２００４． 的正确动作率，确保变压器的安全稳定运行。 考虑联接方式后即可把二次电流的相位校正过 【４］王大鹏．电力系统继电保护测试技术【Ｍ】．北京：中国电 变压器差动保护中，解决涌流制动问题是一个 来。 力出版社，２００６． 关键。 但是电路互感器采用上述联接方式后，在 三、差动保护中不平衡电流产生的原因 互感器接成△侧的差动一臂中，电流又增大 由于差动保护的构成原理是基于比较变压 倍。此时为保证正常运行及外部故障情况下差 器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流 动回路中应没有电流，就必须将该侧电流互感 电早ｔ蟹善＿Ｉ－３１—