变压器差动保护的新原理研究

　　变压器差动保护的新原理研究孙鸣，江海峰，明肥1业大7电1.程学院，安徽合肥2300091对当前电姑统中变压器呆护由于蛟凝鉴别理论不完善 而导致的正确动作率不含在分析变压器蒺涌流和有功损耗的基础上，提出了用变压器正序有功功率动作区则，和故障电流的判据，并喊熟的比率制动差流保料为内外 部故障判据蒉压哭保柄械原理。该原理中的，涌流判据采用了变压器非线性模型，能更好地反映变压=作状心，且不受系统类型和运行方式的影响。

　　电坑动保护，于擎尔霍夫定恨具有，敏度高选择性好的特点，历来是电气设备主保护的首选。

　旦疋电流差动保护无法测得厉力磁电，因而难以区分变压器的励磁涌流和故障电流，所以多年来对变压器保护的研究着重于如何在励磁涌流情况下将电流差动闭 锁，例如波形对称原理小波变换原理电压制动原理等值路原理等等，这鸣鉴别机制有的获得了些远，旬的还仍处广文验研究阶段。其中比较实片的方法足采用电流羌 动保妒作力主保护。利用次谐波制动说理来躲避励磁涌流。但是随右电力系统规模的扩大电压等级的提高，次谐波制动原理的定值选取存在定的困难，因此迫切需要 研究出更完备地区别变玉器空载合闸及外部短路故障切除后电压恢复过程励磁涌流和故障电流。将这个励磁涌流判据句电流差动保护相结合作为变玉器。保护就可以 提高变出器保护的正确动作率。

　　1变压器励磁涌流分析以1中单相变压器为例，假设外施电压按正弦规律变化，则在空载合闸瞬间的电压方程式为边绕组的全部磁，为激磁电流的瞬时值山为外施电压的有效值，为外施电压初相角。

　考虑到屯力变玉器原边的屯阻较小则变压器，关T变压器绕组匝数磁路饱和磁化曲线中可写成线性方程1单相变压器空载模型1辛1.，其中为正常时的平均电 感。代入式1联立得收稿日期2002当7.1.乙时并考虑到剩磁得解析解为其中为稳态时的磁通幅值；也为铁芯剩磁。求出磁通的变化规律后，再用磁化曲线反 过来求相应的激磁电流。2为中载合闸时铁心磁通4激磁电流波形。其中为磁通饱和点。可以看到铁心饱和前激磁屯流报小，饱和则急剧增大。

如果在初相角，0时接通电源贝惝九，8埤+九6+九在这种情况下，瞬磁化曲线；1励磁涌流态分试的幅位，大，若剩磁电也起到助增作月则产生最不利的怙况。 在合闸，的半个周期，即当瓜时，稳态分量的瞬时值与瞬态分量的瞬时值以及剩磁的瞬时值叠加可超过2九显然这时的磁路非常饱和，相应的激磁电流急剧增大，可 达正常激磁电流的几百倍，或者说可达到几倍的额定电流2如果在初相角，90.时接通电源，且剩磁很小可忽略不计，则力九如1在这种情况下，不含暂态分量磁 通，合闸后立即进入稳态，这就避免了冲击电流。相变压器励磁涌流的基本原理与单相变压器相同，只是由于磁路结构接线组别不同等原因，分析起来比较复杂。但 是相变压器的励磁涌流有个显著的特点，即无论合闸的初相角为多少，均不可避免地产生励磁涌流。这是因为相磁通分别滞后相外施电压90.，即相合闸角度亦互 差120，故不可能使得相铁心中的暂态磁通全部为零，如还竖考虑用么变换的影响，则油流情况更为严重。而变压器差流保护是按相差动的，所以空载合闸时产生 的励磁涌流若不采取必要措施必然会使电流差动保护误动2基于有功功率差动的变压器励磁涌流判别原理电力变压器在 常情况下的有功损耗了以分为负载损耗和空载损耗。负载损耗包拈欧姆损耗和杂散损耗。欧姆损耗尸1.=抓，其中爪为绕组相数，为流过绕组的相电流；为绕组电 阻。杂散损耗包括各绕组中的涡流损耗环流损耗以及结构件中的涡流与磁滞损耗。对于杂散损耗的详细研究很复杂，但般来说，在货吒器内部结构不被破坏的前提 下，可认为其变化规律与欧姆损耗相似。这样，负载损耗的变化规律就可以认为与相电流幅值的平方成比。闪为变吒器的短路损耗就是发；压器作额定电流下的负载 损耗，所以变压器的负载损耗可为祜2么户，其中，为实测相电流；祜为额定相电流；为短路损乩。而变压，的空载损耗则般认为是个似小的量。

　变压器在励磁油流时，由于励磁电流主要成分为尤功电流，所以变压器的，功消耗在除去负载损耗后仍然圮很小的。阁3的仿讧结果说明了这情况第1周波所形成 的功率脉冲是由尸采用傅氏算法的动态性能造成，并非变玉器功消耗的木质体现3，其中纵坐标W；心为货压器有功功。申。差值与额记功率之比，用来明 M；I1；的相对人小。电力货吒器在故吣沾况下的有功损耗闪故。障类型而有所不14当汕钔内发生姒路故降。，短路点的弧光51放电会消耗大量的能量。这就 造成变吒器消耗的仃功功率急JL剧升，且随界故障的进步发展逐渐增人的趋势；而言故0障发生在保护1外时，变乐器的有功消耗虽然会因有人的穿mS越功书流 经绕组1有所，加，但其增玷主要及现为负载损耗的增加，而充外部故障切除后，总的损耗又返回到正常的范围K3ArtivepnmuumMftmgm.

　　绽以分祈，要将1载损耗从变压器消耗的有功功率中滤出之后，就可以将变压器内故降与正常工况励磁涌流以及区外故障区分开来。文献4提出了单相变压器的有功功率差动保护原理，并给出了保护动作方程式，即压器两端测得的电压电流瞬时值。

　以上公式虽然是针对单相变压器，但只要将单相功率损耗推广到相有功损耗之和，就可以推广到相变压器上15，即器各种工况下原副边测得的相有功功率之 和；3日2分别为原副边绕组的负载系数实测电流与变压器额定电流的比值，么户抓为变压器原副边绕组在额定电流下的短路损耗值；为考虑励磁电流造成的空载损 耗以及化感器转换误差后的动作整定仇。

　　这种推广仅是在电工学原理上的推广，并不具有实用价值。首先，式2中的自难以确定，这是因为变器 故障时扪不对称，很难用艰的3来描述；其次，由于故障，相电气量的不付称，保护整定值的选，同柞存在问，整定值必须以变压器出厂试验得到的空载损耗参数为 参考标准。而变器在做出厂试验时，其相电压电流均是对称的故障，磁路与出厂试验时的条件不尽相同，使得有功损耗难以，计。电工理论在分析不对称故障时，常 使叫付称分量法，将实际系统分解成3个完全付称的序，通过3个对称序网来解决实际中的不对称问。在此，我们同样可以利用对称分量法。在对称分量法的3个序 网中，只有正序网中含有电源，与正常运行时的等效电路状态基本致，所以可只保留对正序网的结论。面以3卷边为例，给出正序有功差动保护原理的动作方程式为 1；广1；为变玉1中低乐侧的正序负载杀数日=侧各侧额定屯流么厂以么尸为变压器低压侧额定工况下的短路损耗。

　　现以变压器高压侧有电源 而低压侧发生两相短路为例，7寸该动作方程区分内外部故障的原理加以说明，并假设变压器各侧所装电流互感器均以母线侧为极性端。若两相短路故障发生在区 内，略去负荷电流厂，变压器中压侧与低压侧的电流互感器所测得量均为零，故3= =0.知0由正序等效网纟沿户应伍含变压器的，低压绕组的功功率损耗和弧光屯阻上的功率损托即吟抓根据序网络计算理论与两相短路边界条件可得1为3相短路 电流有效，当变压器低吒浇仙口3相姒路。，流过1卡侧姒路1应不小尸3倍定电流，故访尸防，若低压绕组容量为额定容量的50，则迅尸古以1士3，值，通过 选取合，的整定值，保护能够可靠动作保护区外故障，则变压器压侧和故障侧电压电流都可测得，根据前面的分析，由式3计算的变压器有功功率差值远小于整定 值，可以保证保护可靠不动作。

　　以仿真结果4证叫十序有功功率差动保护躲避励磁涌流的，效件。采用的电力变压器榄型的体参数为颔定容电压 22010.51；接线组，空载电流3变压器在2，8空载合闸时励磁涌流情况下的有功消耗；1故险变；土器在20，公闸时灿磁涌流情况下的打功；肖 1.243；空载损耗1321；短路百分比压中压为12.20，高压低压为6.00，为8.93；短路损耗高压中压低压分别为644，388，681中压 低压3保护新原理及实现更详尽的仿真证明了正序功率差动保护不仅能区别空载合闸和故障排除后电压恢复过程中的励磁涌流与胡嫜电流的不同，而且对于保护区内 的对称或非对称胡障也能正确动作。但是同时也应该看出单的正序功率差动该保护也存在着些不足，如变压器端口相短路可能出现动作不确定性，以及内部匝间短路 故障灵敏度不高等缺陷1.采用技术比较成熟的比例制动及流保沪，除判别励磁涌流存在不足外，其它动作行为均能达到满意的效果，而且该保沪拥有丰富的运丁分 验，代有效忭已得到实践的充分检验。所以。如果将这两种保护原理机地结合起来，就能眵实现较为理想的动作行为。

　　具体的实现方法是采用正 序有功功率差动保护作为励磁涌流的判据。在励磁油流情况1将保护闭锁故障情况下，由比例制动差流保护作为动作判据，判断是内部故障还是外部故障，内部故障 情况1产生跳阐信号。保护装置在正常运行状态时执行主程序的人机对话巡检通信等工作，在检测到差流或者相电流突变时启动故障处理程序。其故障处理子程序流 程由比例制动差流保护闭锁保护出口；在励磁涌流时，满足励磁涌流判据，由正序有功功率差动保护闭锁保护出口；在内部故障时，保护出口动作。该程序为了电流 互器断线报，闭，内部故，跳闸Kr，Kn差动速断低压加速保护可靠系数；Ih额定电流，额定电压；正序有功功率差动保护整定值汰型变压规严重故障情况下动 作的快，也峋正序有功功率差动保护整定值霞，采用了加速措施，如差流速断和低压加速。差流速断在差动电流大于最大可能励磁涌流时立即出口跳闸；低压加速是 依据内部接地故障情况下，变压器端部残压较低的特性，在端电压低于可能产生励磁涌流的最小电压时，取消励磁涌流判断，直接给出跳闸信号。

　4结语山厂变压器伽1兹绕纟1.的非线性电气特性，仲得对划+器励磁油流和部故障屯流的区别成变压器保护研究中的个难点，也成了提变压器差动保护动作成 功率的关键。传统的励磁涌流判据采用单的电流献或电压量作为励磁油流判据，因含的们以量少必然存在的1限；而正序功率差动保护由同时采用电压量和电流量作 为励磁涌流的判据，因含有更多的信息，所以能更好反映变压器的工作状态，将此判据和运行比较成熟的比率制动电流差动保护判据相结合构成变压器主保护，可以 预能够显著地提高保护动作的正确率。

　　1丘维俭，刘俊宏。大型发电机变压器继电保护的现状与发展刀。电力系统自动化，1997句712.

　　2iV，i，ti，穴。张传利，等。变；器励磁涌流判，心决的现状4发展。中国电力。398陈德树。计算机继电保护原理与技术厘。北京水利电力出版社，1992.

　　梁俊涛。基于正序有功功率的变压器纵差保护的研宄0.合肥合肥工业大学，2002.

　孙鸣1957，男，安徽合肥人，硕士生导师，1995年毕业于中国矿业大学，获硕士学位，从事电气传动及自动化和电力系统自动化的教学与科研工作，发基 于功率差动原理的变压器保护实现方法等论文10余篇。05512901417，Emaileprihfut.edu.cii