3 变压器内部故障差动保护存在原理性问题

差动保护的原理是基于进入网络电流与离开该网络的电流相等.如果该网络泄漏电流,则进入网络的电流与离开该网络的电流产生差值。因此该保护原理用于发电机保护是十分成功.但是将差动原理用到电力变压器的内部故障保护则存在一此原理性的问题。一般认为,TA 饱和,两个TA 的变比与变压器的变比不匹配,

由于变压器调压改变了分接区接线由于变压器采用Y,d 接线产生原边和副边的相位移,励磁涌流,过励磁等非内啊短路故障都可能引起差电流的误差,从而使差动保护原理应用于电力变压器的合理性遇到挑战。

首先,电力变压器原副边有较大的变比。因此,从原理上,要求变压器原、副边连接的电流互感器(TA)的变化与变压器原、副边的变比完全一致,但是实现起来是有困难的。因为有很多因素可造成TA 的变比与变压器原、副边的变比不一样。比如,TA 的计算变比与标称的变比可能不一致;TA 的饱和也会造成变比的改变;变压器分接头的调整也会改变变压器的变比。所以,即使变压器没有发生内部故障,也不能保证变压器原副边绕组测量的差电流很小。这些原因造成的在无内部故障下出现的变压器输入电流与输出电流的不平衡远远大于输电线和发电机出现的不平衡电流.变压器差动保护中出现的这种不平衡电流仅靠采用速饱和变流器是不能得到解决的。

其次,电力变压器是非线型变压装置,铁磁非线性可能引起变压器的空载合闸,重合闸,过励磁的情况下产生大于额定工作电流数倍甚至10 倍的励磁涌流,使差电流急剧增加。产生励磁涌流的本质是因为变压器铁心的非线性特性。当变压器上电合闸时铁心有剩磁,且剩磁的极性和幅值与合闸瞬间所对应的稳态磁通的极性和幅值不一样时,就会产生励磁涌流。励磁涌流有明显的直流分量和奇次,偶次谐波;包含单极脉冲或双极脉冲,且单极脉冲的峰值哀减的很慢;二次谐波的起始值不是很大,但是励磁涌流的衰减反而增加。为了克服励磁涌流产生的差动保护误动作的问题,学者和工程师们曾经提出过很多的解决的方案,其中包括前面提到过的延迟保护,短暂时降低保护灵敏度，引入电压信号等。现在实际应用的基于电流差动保护在区分故障电流和励磁涌流方面可以分为两类:一种是基于谐波的方法;另一种是波形识别方法。基于谐波的方法依据的是变压器励磁涌流相对于故障电流有明显的直流分量和谐波含量,尤其是一般情况下2 次谐波法。基于波形的方法有多种不同的方案,比较典型的方案有全谐波法和2 次,5 次谐波法。基于波形识方法依据的是变压器励磁涌流上下半周期具有明显的非对称性,而内部故障电流一般具有对称性。另一种比较典型的方案是识别间断角的方案,励磁涌流有明显的间断角特征,而内部故障电流没有间断角特征。

4 纵差保护不平衡电流分析

4.1 稳态情况下的不平衡电流

变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线方式及变压器带负荷调压引起。

(1) 由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是，实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到满足的，因而会产生不平衡电流。

(2) 由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器常常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式(对双绕组变压器而言)。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式(即均采用Y形接线方式)，则二次电流由于相位不同，也会在纵差保护回路产生不平衡电流。

(3) 由变压器带负荷调整分接头产生。在电力系统中，经常采用有载调压变压器，在变压器带负荷运行时利用改变变压器的分接头位置来调整系统的运行电压。改变变压器的分接头位置，实际上就是改变变压器的变比。如果纵差保护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好，则当变压器带负荷调压时，其变比会改变，此时，纵差保护就得重新进行调整才能满足要求，但这在运行中是不可能的。因此，变压器分接头位置的改变，就会在差动继电器中产生不平衡电流，它与电压调节范围有关，也随一次电流的增大而增大。

4.2 暂态情况下的不平衡电流

(1) 由变压器励磁涌流产生

变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来不利影响。正常情况下，变压器的励磁电流很小，通常只有变压器额定电流的3%～6%或更小，故纵差保护回路的不平衡电流也很小。在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响常常可忽略不计。但是，在电压突然增加的特殊情况下，比如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下，则可能出现很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称励磁涌流。励磁涌流具有如下特征: