淺析變壓器差動(dòng)保護(hù)

查正平

摘 要：近年來，我國輸電線路電壓等級(jí)不斷提高，變壓器的容量也隨之增加。原有的變壓器保護(hù)已不能滿足安全需求，特別是煤礦生產(chǎn)這樣的一級(jí)負(fù)荷，這就對(duì)其快速性提出了更高的要求。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展特別是超高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展，原來己用于實(shí)際的一些方案也面臨著新的考驗(yàn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)能否可靠快速動(dòng)作也成為關(guān)鍵所在。然而變壓器差動(dòng)保護(hù)能否快速動(dòng)作就是能否正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；差動(dòng)保護(hù)；變壓器

1 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理

目前，變壓器的保護(hù)工作僅僅是變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，主要目的是反應(yīng)變壓器引出線、繞組、套管等各種類型的短路故障。

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)通過比較被保護(hù)變壓器的兩側(cè)電流大小和相位實(shí)現(xiàn)。通過在變壓器兩側(cè)各裝設(shè)一組電流互感器TA1、TA2來實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電流大小和相位的比較，其二次側(cè)按環(huán)流法連接，。其保護(hù)范圍為兩側(cè)電流互感器TA1、TA2之間的全部區(qū)域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。

圖1 變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖

從圖1-1可見，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，流過差動(dòng)繼電器的電流為=–，在理想的情況下，其值是零。但實(shí)際上由于電流互感器特性、變比等因素，流過繼電器的電流為不平衡電流。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流過差動(dòng)繼電器的電流為=+，即為短路點(diǎn)的短路電流。當(dāng)該電流大于KD的動(dòng)作電流時(shí)，KD動(dòng)作。

2 變壓器差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生不平衡電流的主要原因

變壓器的線路縱差保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的原理基本相同，但是不平衡電流比線路縱差保護(hù)大，產(chǎn)生不平衡電流的主要原因有以下幾個(gè)方面。

（1）變壓器高、低壓側(cè)電流不同，因此兩側(cè)應(yīng)使用不同變比的電流互感器。若高壓側(cè)電流的變比為，低壓側(cè)電流的變比為K1，低壓側(cè)電流的變比為K2，=KT，KT為變壓器的變比。由于兩側(cè)電流互感器的依次額定電壓、電流、變比和型號(hào)不同而在縱差保護(hù)的差回路會(huì)產(chǎn)生一定的不平衡電流。

（2）因?yàn)樽儔浩鞲摺⒌蛪簜?cè)繞組接法不同而相位可能不同，為保證正常運(yùn)行時(shí)兩側(cè)電流互感器的二次回路中的電流能抵消，其二次的接線必須使兩側(cè)進(jìn)入差回路的電流相位相同，故將變壓器星形側(cè)電流互感器接成三角形，使–和的相位相同。即兩側(cè)電流互感器的變比必須滿足下式：

然而，由于電流互感器生產(chǎn)的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，不可能滿足上式的要求。因此，這就是變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生不平衡的第二個(gè)原因。

（3）帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器在分接頭時(shí)將改變上式所要求的變比關(guān)系，也必然產(chǎn)生不平衡電流。

（4）變壓器勵(lì)磁涌流使差回路產(chǎn)生不平衡電流。

變壓器在外部短路后，如果切除電壓，恢復(fù)或空載合閘的時(shí)候，極有可能產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流。但是當(dāng)電壓恢復(fù)到零的時(shí)候，空載合閘上的變壓器斷路器會(huì)因?yàn)殍F芯磁通不能突變和鐵芯中剩磁的影響，鐵芯中的磁通為2，激磁電流急劇增大，可達(dá)到額定電流的6～8倍，此電流稱為變壓器的勵(lì)磁涌流。

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)圖紙說明

在實(shí)施控制系統(tǒng)中，常常需要把外界連續(xù)變化的物理量變成數(shù)字量送入到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行加工、處理；反之，也需要將計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果的數(shù)字量轉(zhuǎn)為連續(xù)變化的模擬量，用以控制，調(diào)節(jié)一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在今天，對(duì)那些具有明確應(yīng)用目標(biāo)的單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員來講，只需要合理的選用商品化的大規(guī)模A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路，了解他們的功能和接口方法。

圖2 具有輸入和輸出的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

圖3 差動(dòng)保護(hù)實(shí)際接線圖

由圖3可以看出，差動(dòng)保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中都是以成套設(shè)備一起使用。由變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)輸出一組模擬量，經(jīng)過采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給單片機(jī)。而單片機(jī)中有預(yù)先輸入的整定值，通過對(duì)輸入量和預(yù)先存入的整定值進(jìn)行比較來判斷是否需要進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)輸入的數(shù)字量與預(yù)先存入的整定值不同并超出范圍，單片機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，再通過電氣主接線上的斷路器來進(jìn)行動(dòng)作。

4 總結(jié)

電力是我國的基礎(chǔ)能源，電力相關(guān)工作的發(fā)展與人們生活和企業(yè)發(fā)展息息相關(guān)。如何提高變壓器差動(dòng)保護(hù)是當(dāng)前急需解決的問題。

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