分析变电站主变压器差动保护的不平衡电流产生的原因

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】本文从变电站主变压器差动保护的应用现状出发，通过分析引起主变压器差动保护的不平衡电流产生的原因，使技术人员能够在故障出现后快速判断引起事故的原因，尽快恢复主设备运行。
　　【关键词】变压器；差动保护；不平衡电流；原因措施
　　前言
　　随着我国电网工程的快速发展，电力变压器作为电网工程中不可或缺的重要组成部分，扮演着非常重要的角色。县城 35kV 变电站是县农副业、小工业的硬支柱，因此电力变压器的安全稳定运行关系重大。做为电力变压器主保护的差动保护主要用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。通过以下对差动保护原理的分析，可使检修人员缩短检查、分析时间，减少大范围停电时间。
　　1.变电站主变压器的差动保护原理
　　变电站主变压器的差动保护是其主保护，主要是保护变压器单相匝间、变压器绕组内部以及引出线上发生的各种短路故障。理论上来讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零，而两侧的电流互感器按差接法接线，在正常和外部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近为零，继电器不动作。内部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。
　　2.变电站主变压器差动保护的应用现状
　　在变电站的主变压器差动保护装置中有速断保护、本体保护和差动保护三种，主要是在变压器发生故障的时候采取一系列的保护动作，首先是瞬间跳开高低压断路器，然后把变压器和电源隔离开，从而实现主变压器的保护，避免造成不必要的损坏。[2]从理论上讲，主变压器差动保护的应用基于基尔霍夫电流定律，能够在较短的时间内灵敏的切除主变压器的内部故障；在切除外部故障的时候，可靠的避免励磁涌流；此外，无论是在正常运行的情况下，还是在遇到外部故障的时候，都能够躲避不平衡电流，不会产生因过励磁而造成的误动作。然而在实际应用中，变压器正常运行时的励磁电流则会使变压器的差动保护产生不平衡的电流，当其超过允许的范畴，则会使差动保护发生误动作，比如说，在切除外部短路故障的时候，变压器突然恢复电压，就会产生大量的暂态励磁涌流，当其数值等于或是高于短路电流的时候，就必然会产生差动误动作。鉴于此，在变电站主变压器差动保护中如何避免产生不平衡电流，减少误动作带来的不良后果，这是当前技术人员面临的一个重要技术难题。
　　3.影响主变差动保护误动作的几个因素
　　从变压器的差动保护原理可知，当正常运行及外部故障时，差动回路电流为零，这是由于许多因素的制约从而产生了不平衡电流，不平衡电流太大，就将降低内部故障时保护的灵敏度。有时，甚至使保护无法正常工作，所以，减小不平衡电流以及对于保护的影响程度就成为了实现纵差保护的主要问题。
　　3.1稳态情况下的不平衡电流
　　（1）由电流互感器变化的标准化而产生的不平衡电流。（2）三相变压器接线产生的不平衡电流。对于 Yy0接线的变压器，一次和二次两侧对应相电流的相位几乎是一模一样的，而对 Yd11 接线的变压器来说，由于其星形和三角形一侧所对应相的线电压，在相位上存在着 30°的差距，相应的相电流相位也必须保持30°的相差。所以，在三角形侧的电流与星形侧的同一相电流，在相位关系上三角形侧的电流要比星形侧的同一相电流在相位上超出 30°，由此便知即使在变压器两侧电流互感器二次电流的数值相同的情况下，不平衡电流在差动保护回路中还是会存在的。如何解决因变压器 Yd11 的接线而引发的不平衡电流，相应的措施可以利用相位补偿法来进行处理，简单来说就是将变压器星形侧的电流互感器在二次侧接为三角形的；同理可将变压器三角形侧的电流互感器在二次侧接为星形，借此处理就可以解决变压器接线所产生的不平衡电流影响。（3）带负荷调整变压器的分接头处产生的不平衡电流。（4）因电流互感器变换误差而引起的不平衡电流。
　　3.2 变压器的差动保护中减小涌流影响的有效措施
　　根据上述分析可以看出，在变压器的差动保护过程中，如果没有采取有效措施來消除励磁涌流所带来的影响，就会导致保护的误动作。根据励磁涌流的特性，可以采取以下措施进行：
　　（1）利用励磁涌流的非周期分量来使继电器铁心实现饱和，自动地增加保护的动作电流；（2）利用提高保护动作值或是延时动作来躲过励磁涌流。但前者降低了保护动作的灵敏度，而后者则失去了速动的优点，因此现在不能采用；（3）采用励磁涌流波形的差异（有无间断角）和内部的短路电流来躲过励磁涌流；（4）利用二次谐波制动；
　　（5）利用比率制动。
　　4.变电站主变压器运行时不平衡电流产生的原因
　　就变电站变压器的结构特性来说，当其处于正常运行的状态时，也可能产生不平衡电流，从而对差动保护造成一定的影响。下面将就变电站主变压器在正常运行时不平衡电流产生的原因进行分析，具体如下：首先是主变压器两侧接线方式而导致的不平衡电流。一般来说，变压器两侧的电流相位是由变压器的接线方式决定的，由于接线方式的不同，变压器两侧的高、低压测电流之间存在着一定的相位差，也就是说，尽管互感器上两侧二次电流的数值是一样的，但是在电流回路中仍会产生不平衡电流，从而使得主变压器中的电流处于不平衡的状态。其次，实际运行中应用的变比与电流互感器计算的变比不相符，从而使得在变压器两侧差动保护中所应用的二次电流不同。通常来讲，在计算变压器两侧差动保护的电流互感器变比时，主要依据变压器的高低侧额定电流以及互感器的连接方式，但是由于实际应用中的标准变化比与计算的变比之间存在着一定的误差，从而就会产生不平衡电流。再者是变电站主变压器两边的差动保护所应用的电流互感器的类型不同，包括型号和规格，从而就使得两侧电流互感性的特性不同，在应用协作中存在着一定的问题，导致不平衡电流的发生。此外，当主变压器在正常运行中产生大量的励磁涌流时，比如说当变压器处于空载合闸的状态，或在消除故障中突然产生电压，这些情况下的励磁涌流是非常大的，通常为额定电流的7倍左右，因此当其通过电流互感器的时候，就会以二次电流的形式全部进入到差动回路当中，从而产生不平衡电流。[3]
　　5.改善变电站主变压器差动保护的应对措施
　　目前，在变压器的差动保护中，最突出的问题就是不平衡电流的产生，因此需要设备管理人员从以下方面进行解决，从而减少或是避免变压器在正常运行中产生的不平衡电流，防止误动作的发生。
　　5.1 正确安装变压器的电流互感器
　　在变电站主变压器的接线方式中，可以应用常规接线和全星形接两种形式，因此，为了避免主变压器差动保护的不平衡电流的产生，相关工作人员需要严格按照设计、安装、整定、调试和验收的工作要求进行，并与设备的厂家做好技术交底工作，针对问题及时进行沟通。
　　5.2 做好变压器的日常管理工作
　　一般来说，在变压器的日常管理中，要高度注意变电站主变压器两侧差动保护装置的维护工作，比如说，定期对主变压器差动保护装置进行巡视，做好变压器一、二次设备的日常维护工作；密切关注变压器差动保护装置的各相差流变化情况，长期对其进行监视，一旦发现超过规定的差流范围，就要及时通知继电保护人员进行检查，分析问题产生的原因，并及时采取相应的解决措施，从而保证变压器的正常运行。
　　6结束语
　　根据对主变差动动作原理的分析，使技术人员能够在故障出现后快速判断引起事故的原因，在排除设备误动作时，结合试验数据，迅速找出设备故障点，缩短抢修时间，尽快恢复主设备运行。
　　参考文献：
　　[1]安玉平.浅谈35kv变电站主变压器差动保护的应用[J].中国科技纵横，2012，9（10）：38-40.
　　[2]李玮.电力系统继电保护事故案例与分析[M].北京：中国电力出版社，2012.
　　（作者单位：国网山东省电力公司曹县供电公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14816389.htm