主变差动保护不平衡电流产生及应对措施

北极星电力网技术频道作者:魏勇刚 2005/12/16 0:00:00

关键词: 电气工程不平衡电流综述

摘　要： 介绍了主变差动保护中产生不平衡电流的各种原因，并针对不同的因素，提出了相应的防范对策。

关键词：电气工程；不平衡电流；综述；差动保护

　　Abstract: Various causes for unbalanced current generated in dif ferential protec tion of main transformer have been introduced, and the corresponding countermeas ures have been proposed in light of different factors.
　　Keywords: electrical engineering; unbalanced current; survey; d ifferential protection

　　主变的差动保护是主变的主保护之一。它的可靠性对主变安全运行和系统供电可靠性起着极为重要的作用。变压器的差动保护与其它差动保护一样,都是利用比较被保护原件各端电流的幅值和相位的原理构成。它在正常情况下，归算到同等级电压的电流差值极小，保护不动作，而被保护范围内发生故障时，差值很大，即能灵敏地动作。但由于变压器空载合闸时有很大的励磁涌流出现；变压器各侧绕组接线方式不同,各侧电流相应也不同；且在电源一侧有励磁电流存在等原因，因此，变压器的差动保护回路中，就会产生许多非故障性质的不平衡电流，直接影响该保护的动作性能。

1不平衡电流产生的原因及防范措施
1.1励磁涌流的影响及防范措施
　　变压器在正常运行时，它的励磁电流只流过变压器的电源测，因此，通过电流互感器反映到差动回路中就不能被平衡。在正常情况下，变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2% ～3%；在外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减少，其影响就更小。在实际整定时可以不必考虑。
　　但是，在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能产生数值很大的励磁涌流，其数值可达变压器额定电流的6～8倍。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向以及铁芯的特性有关。若正好在电压最大值时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常时的电流。但对于三相变压器而言，由于三相电压相位不同，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。励磁涌流可分解成各次谐波，以二次谐波为主，同时在励磁涌流波形中还会出现间断角。励磁涌流的波形如图2。

　　为了防止变压器励磁涌流的影响，目前，在变压器差动保护回路中，通常采用下列措施：
　　1）采用速饱和的差动继电器；
　　2）涌电流是否具有间断角；
　　3）采用二次谐波制动。
1.2绕组连接方式不同的影响及纠正措施
　　变压器各侧绕组的连接方式不同,如双绕组变压器采用Y,d接线,三绕组变压器采用Y,y,d接线时,各侧电流相位就不同。这时，即使变压器各侧电流互感器二次电流大小能相互匹配，但不调整，相位差也会在差动回路中产生很大的不平衡电流。
　　为了消除差动保护回路中各侧电流的相位差，通常采用相位补偿的方法。即将变压器星形接线侧电流互感器的二次绕组接成三角形，而将变压器三角形接线侧电流互感器的二次绕组接成星形，使电流互感器二次电流相位得到校正。
　　采用了相位补偿接线后，还应同时调整电流互感器的变比。在电流互整器二次绕线接成三角形时，流入差动回路的电流，是电流互感器二次绕组接成星形时电流的3倍。为了保证主变正常工作及外部故障时，差动回路中没有电流，就要求在变压器星形接线侧的电流互整器的变比增加倍。
1.3实际变比与计算变比不同的影响及消除措施
　　由于电流互感器选用的是定型产品，其变比都是标准化的，很难与通过计算得出的变比相吻合，这样就会在主变差动回路中产生不平衡电流。
　　以一台接线为y，d 11，额定容量为3 150 kVA，电压为115／10.5 kV的变压器为例来说明。其计算结果如附表1所示。



　　从表1可以看出，由于电流互感器实际变比与计算变比不完全相同，在正常情况下，满负荷时差动回路中存在0.23 A的不平衡电流。当外部故障时，这种由于变比不吻合引起的不平衡电流会更大。
　　为了消除这种不平衡电流,通常采用速饱和铁芯的差动继电器,利用它的平衡线圈,通过磁势平衡的原理实现。具体的原理分析这里就不讲述了。
1.4改变调压档位引起的不平衡电流及克服措施
　　电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节系统电压的重要手段。改变调压档位实际上就是改变变压器的变比。而差动保护已按照某一变比调整好，当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流，这是因为变压器的分接头是经常在改变，而差动保护的电流回路在带电时是不可能进行操作的。因此，对由此产生的不平衡电流，通常是根据具体情况提高保护动作的整定值加以克服。
1.5型号不同产生的不平衡电流及应对措施
　　由于变压器各侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）就不相同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。
　　为了削减这种不平衡电流，保证差动保护的正确工作，一方面应按10%误差曲线的要求选择各侧电流互感器，以保证在外部故障的情况，其二次电流的误差不超过10%，角度误差不大于7°；另一方面，在整定差动保护的动作电流时，引入一个同型系数K_tx ，以反映电流互感器型号的影响。当变压器各侧电流互感器同型号时，取K_tx=0.5，当变压器各侧电流互感器型号不同时，则取K_tx=1。这样，当变压器各侧电流互感器型号不同时，实际上是采用较大K_tx值来提高差动保护的动作电流，以躲开不平衡电流的影响。

2结束语
　　综上所述，在主变差动保护中存在不平衡电流是不可避免的。只能根据不平衡电流产生原因采取相应的措施来尽量减少不平衡电流，同时通过差动保护动作电流的科学整定，使变压器差动保护既能躲开不平衡电流的影响，又保证其有足够的可靠性和灵敏性。

来源：四川电力技术

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