變壓器差動(dòng)保護(hù)工作原理和的不平衡電流產(chǎn)生原因

1、變壓器差動(dòng)保護(hù)工作原理和的不平衡電流產(chǎn)生原因 關(guān)鍵詞 : 勵(lì)磁涌流 變壓器 差動(dòng)保護(hù) 本文簡(jiǎn)要闡述變壓器差動(dòng)保護(hù)工作原理， 分析差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因， 針對(duì)不同原 因，對(duì)癥下藥。提出相應(yīng)有效的防范措施，提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、 可靠性，從而保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。查看更多精彩資訊關(guān)鍵詞 差動(dòng)保護(hù) 電流互感器不平衡電流 勵(lì)磁涌流1 前言變壓器差動(dòng)保護(hù)是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的。 雙繞組變壓器， 在其兩側(cè)裝設(shè)電流互感器。 當(dāng)兩側(cè)電流互感器的同極性在同一方向，則將兩側(cè)電流互感器不同極性的二次端子相連接 （如果同極性端子均置于靠近母線一側(cè)，二次側(cè)為同極相連） ，差動(dòng)繼電器的工

2、作線圈并聯(lián) 在電流互感器的二次端子上。 在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)， 兩側(cè)的二次電流大小相等， 方向相 反，在繼電器中電流等于零，因此差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。然而，由于變壓器實(shí)際運(yùn)行中引起的種 種不平衡電流，使得差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流增大，從而降低了保護(hù)的靈敏度。2 產(chǎn)生的原因不平衡電流的產(chǎn)生有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)二方面。穩(wěn)態(tài)不平衡電流產(chǎn)生的原因:（1）變壓器高低壓側(cè)繞組接線方式不同 ;（2）變壓器各側(cè)電流互感器的型號(hào)和變比不相同;（3）帶負(fù)荷調(diào)分接頭引起變壓器變比的改變。 暫態(tài)不平衡電流主要是由于變壓器空載投入電源或外部故障切 除，電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流。3 影響和防范措施下面就以上幾種變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流

3、產(chǎn)生原因和防范措施進(jìn)行闡述。3.1 變壓器高低壓側(cè)繞組接線方式不同的影響和防范措施 :對(duì)于 Y ，y0 接線的變壓器，由于一、二次繞組對(duì)應(yīng)相的電壓同相位，故一、二次兩側(cè) 對(duì)應(yīng)相的相位幾乎完全相同。而常用的Y，d11 接線的變壓器，由于三角形側(cè)的線電壓，在相位上相差 30 °，故其相應(yīng)相的電流相位關(guān)系也相差30°，即三角形側(cè)電流比星形側(cè)的同一相電流，在相位上超前30°，因此即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的數(shù)值相等，在差動(dòng)保護(hù)回路中也會(huì)出現(xiàn)不平衡電流。為了消除由于變壓器 Y，d11 接線而引起的不平衡電流的影響，可采用相位補(bǔ)償法，即 將變壓器星形側(cè)的電流互感器二次側(cè)

4、接成三角形， 而將變壓器三角形側(cè)的電流互感器二次側(cè) 接成星形 ,從而把電流互感器二次電流的相位校正過來。相位補(bǔ)償后，為了使每相兩差動(dòng)臂 的電流數(shù)值近似相等， 在選擇電流互感器的變比 nTA 時(shí)，應(yīng)考慮電流互感器的接線系數(shù) KC后，即差動(dòng)臂的電流為 KCI1/nTA。其中，11為一次電流，電流互感器按星形接線時(shí)則KC=1 ,按三角形接線時(shí) KC= V3,如電流互感器的二次電流為5A時(shí)，則兩側(cè)電流互感器的變比按以下兩式選擇。變壓器星形側(cè)的電流互感器變比為：n TA(Y)= V 3ln( Y)/5變壓器三角形側(cè)的電流互感器變比為：nTA( )=l n( )/5式中In(Y)變壓器繞組接成星形側(cè)的額定

5、電流；ln( )變壓器繞組接成三角形側(cè)的額定電流。實(shí)際上選擇電流互感器時(shí)，是根據(jù)電流互感器定型產(chǎn)品變比確定一個(gè)接近并稍大于計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)變比(下表所列為我廠一臺(tái)15MVA38.5kV/6.3kV主變的計(jì)算)。H E匱定電壓n(kv)58.563讓定電1(A)2251J75電St互嗟矜?zhèn)喾ˋY臣瓷互感器計(jì)真交比539051375*'5電流互辱器辛坷雯比200015二次電農(nóng)3.253 14第負(fù)荷環(huán)平衡電殼X4-I-3J5-03.2變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)和變比的影響和防范措施變壓器兩側(cè)額定電壓不同， 裝設(shè)在兩側(cè)的電流互感器型號(hào)就不相同，致使他們的飽和特性和勵(lì)磁電流(歸算到同一側(cè))也不相同。因

6、而在外部短路時(shí)將引起較大的不平衡電流，對(duì)此只有采用適當(dāng)增大保護(hù)動(dòng)作電流的辦法予以考慮。由于電流互感器都是標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn) 品，所以實(shí)際選用的變比， 一般均與計(jì)算變比不完全一致，而且各變壓器的變比也不可能完全相同，因此在差動(dòng)保護(hù)回路又會(huì)引起不平衡電流。這種由于變比選擇不完全合適而引起的不平衡電流，可利用磁平衡原理在差動(dòng)繼電器中設(shè)置平衡線圈加以消除，一般平衡線圈接于保護(hù)臂電流小的一側(cè)，因?yàn)槠胶饩€圈和差動(dòng)線圈共同繞在繼電器的中間磁柱上，適當(dāng)選擇平衡線圈的匝數(shù)，使它產(chǎn)生的磁勢(shì)與差流在差動(dòng)線圈中產(chǎn)生的磁勢(shì)相抵消，這樣，在二次繞阻就不會(huì)感應(yīng)電勢(shì)了， 其差動(dòng)繼電器的執(zhí)行元件也就無電流。但接線時(shí)要注意極性， 應(yīng)

7、使小電流側(cè)在平衡線圈與差流在差動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)相反。3.3帶負(fù)荷調(diào)壓在運(yùn)行中改變分接頭的影響和防范措施電力系統(tǒng)中，通常利用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的方法來維持一定的電壓水平（由于分接頭的改變，使變壓器的變比也跟著改變）。但差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比的選擇，差動(dòng)繼電器平衡線圈的確定，都只能根據(jù)一定的變壓器變比計(jì)算和調(diào)整，使差動(dòng)回路達(dá)到平衡。當(dāng)變壓器分接頭改變時(shí)，就破壞了平衡，并出現(xiàn)了新的不平衡電流，這一不平衡電流與一次電流成正比，其數(shù)值為Ibp =±A UID.max/nT A式中U調(diào)壓分接頭相對(duì)于額定抽頭位置的最大變化范圍ID.max通過調(diào)壓側(cè)的最大外部故障電流。為了避免不平衡電流的影響，在整

8、定保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí)應(yīng)給予相應(yīng)的考慮，即提高保護(hù) 的動(dòng)作整定值。3.4變壓器勵(lì)磁涌流的影響和防范措施變壓器的高、低壓側(cè)是通過電磁聯(lián)系的，故僅在電源的一側(cè)存在勵(lì)磁電流，它通過電流互感器構(gòu)成差回路中不平衡電流的一部分。在正常運(yùn)行情況下，其值很小，一般不超過變壓器額定電流的 3%5%。當(dāng)外部短路故障時(shí)，由于電源側(cè)母線電壓降低，勵(lì)磁電流更小， 因此這些情況下的不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響一般可以不必考慮。在變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和， 這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵(lì)磁電流（可達(dá)510倍的額定電流），通常稱為勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流的波形如下圖：I

9、31 I義瑩F汝.甘:比由圖可知，勵(lì)磁涌流IE中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵(lì)磁涌流已不是正 弦波，而是尖頂波，且在最初瞬間完全偏于時(shí)間軸的一側(cè)。勵(lì)磁涌流的大小和衰減速度，與 合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關(guān)。對(duì)于單相的雙繞阻變壓器，在其它條件相同的情況下，當(dāng)電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合 閘，勵(lì)磁電流最大；如果在電壓瞬時(shí)值最大時(shí)合閘，則不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，而只有正常的勵(lì) 磁電流。對(duì)于三相變壓器，無論任何瞬間合閘，至少有兩相會(huì)出現(xiàn)不同程度的勵(lì)磁涌流。在起始瞬間，勵(lì)磁涌流衰減的速度很快，對(duì)于一般的中小型變壓器，經(jīng)0.51S后其值不超過額定流的0

10、.250.5倍;大型電力變壓器勵(lì)磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值時(shí)約23S。這就是說， 變壓器容量越大衰減越慢， 完全衰減要經(jīng)過幾十秒的時(shí)間。 根據(jù)試驗(yàn)和理論分析 結(jié)果得知，勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中二次諧波分量所占比例最大，約為 60以上。 四次以上諧波分量很小， 在最初幾個(gè)周期內(nèi)， 勵(lì)磁涌流的波形是間斷的 （即兩個(gè) 波形之間有一間斷角） ，每個(gè)周期內(nèi)有 120。180。的間斷角， 最小也不低于 80。100。見 左下圖（ b） 。另外，勵(lì)磁涌流對(duì)于額定電流幅值的倍數(shù)，與變壓器容量有關(guān)，容量越大， 變壓器的涌流倍數(shù)也越小。防止勵(lì)磁涌流的影響，采用 BCH 型具有速飽和變流器的繼

11、電器是國(guó)內(nèi)目前廣泛采用的 一種方法。 當(dāng)外部故障時(shí)， 所含非周期分量的最大不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快 地單方面飽和， 傳變性能變壞， 致使不平衡電流難于傳變到差動(dòng)繼電器的差動(dòng)線圈上，保證差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。 內(nèi)部故障時(shí)雖然速飽和變流器一次線圈的電流也含有一定的非周期性分 量，但它衰減得快，一般經(jīng)過1.52 個(gè)周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線圈中通過的完全是周期性的短路電流， 于是在二次線圈中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 并使執(zhí)行元件中 的相應(yīng)電流也較大， 從而使繼電器能靈敏地動(dòng)作。 速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來 躲過變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵(lì)磁涌流的非周期分量影響。此外，減小勵(lì)磁涌流還可以采用以下措施 :即間斷角鑒別法， 這種方法是將差電流進(jìn)行微分， 再將微分后的電流進(jìn)行全波整流， 利 用整流后的波形在動(dòng)作整定值