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摘要：本文在闡述變壓器縱差保護(hù)基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)縱差保護(hù)不平衡電流進(jìn)行了分析，并提出了變壓器縱差保護(hù)中不平衡電流的克服方法。
前言：縱差保護(hù)是一切電氣主設(shè)備的主保護(hù)，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護(hù)上運(yùn)用較為成功。但是變壓器縱差保護(hù)一直存在勵(lì)磁涌流難以鑒定的問題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因?yàn)槌邏狠旊娋�路長度的增加、靜止無功補(bǔ)償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進(jìn)、磁化特性的改善等因素，變壓器縱差保護(hù)的固有原理性矛盾更加突出。
1.變壓器縱差保護(hù)基本原理
縱差保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，縱差保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)KCL基本定理，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備無故障時(shí)恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。
當(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部本身發(fā)生故障時(shí)，短路點(diǎn)成為一個(gè)新的端子，此時(shí)電流大于0，但是實(shí)際上在外部發(fā)生短路時(shí)還存在一個(gè)不平衡電流。事實(shí)上，外部發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)橥獠慷搪冯娏鞔螅欠彩菚簯B(tài)過程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵(lì)磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)使得變壓器兩側(cè)互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動(dòng)特性的原理，外部短路電流越大，制動(dòng)電流也越大，繼電器能夠可靠制動(dòng)。
另外，由于縱差保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其動(dòng)差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護(hù)的正確靈敏動(dòng)作，必須對(duì)其回路中的不平衡電流進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生的原因，采取措施予以消除。
2.縱差保護(hù)不平衡電流分析
2.1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
變壓器在正常運(yùn)行時(shí)縱差保護(hù)回路中不平衡電流主要是由電流互感器、變壓器接線方式及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起。
由電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)變壓器各側(cè)電流的大小是不相等的。為了滿足正常運(yùn)行或外部短路時(shí)流入繼電器差動(dòng)回路的電流為零，則應(yīng)使高、低壓兩側(cè)流入繼電器的電流相等，即高、低側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比。但是，實(shí)際上由于電流互感器的變比都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取的標(biāo)準(zhǔn)變比，而變壓器的變比是一定的，因此上述條件是不能得到滿足的，因而會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。
由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生。變壓器經(jīng)常采用兩側(cè)電流的相位相差30°的接線方式。此時(shí)，假如兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會(huì)在縱差保護(hù)回路產(chǎn)生不平衡電流。
由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常采用有載調(diào)壓變壓器，在變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)利用改變變壓器的分接頭位置來調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。改變變壓器的分接頭位置，實(shí)際上就是改變變壓器的變化。假如縱差保護(hù)已經(jīng)按某一運(yùn)行方式下的變壓器變比調(diào)整好，則當(dāng)變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓時(shí)，其變比會(huì)改變，此時(shí)，縱差保護(hù)就得重新進(jìn)行調(diào)整才能滿足要求，但這在運(yùn)行中是不可能的。因此，變壓器分接頭位置的改變，就會(huì)在差動(dòng)繼電器中產(chǎn)生不平衡電流，它與電壓調(diào)節(jié)范圍有關(guān)，也隨一次電流的增大而增大。
2.2暫態(tài)情況下的不平衡電流
由變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生
變壓器的勵(lì)磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對(duì)差動(dòng)回路來說，勵(lì)磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流。因此，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來不利影響。正常情況下，變壓器的勵(lì)磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時(shí)，由于系統(tǒng)電壓降低，勵(lì)磁電流也將減小。因此，在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)勵(lì)磁電流對(duì)縱差保護(hù)的影響經(jīng)�？珊雎圆挥�(jì)。但是，在電壓忽然增加的非凡情況下，比如變壓器在空載投入和外部故障切除后恢復(fù)供電的情況下，則可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵(lì)磁電流通常稱勵(lì)磁涌流。
由變壓器外部故障暫態(tài)穿越性短路電流產(chǎn)生
縱差保護(hù)是瞬動(dòng)保護(hù)，它是在一次系統(tǒng)短路暫態(tài)過程中發(fā)出跳閘脈沖。因此，必須考慮外部故障暫態(tài)過程的不平衡電流對(duì)它的影響。在變壓器外部故障的暫態(tài)過程中，一次系統(tǒng)的短路電流含有非周期分量，它對(duì)時(shí)間的變化率很小，很難變換到二次側(cè)，而主要成為互感器的勵(lì)磁電流，從而使互感器的鐵心更加飽和。
3.變壓器縱差保護(hù)中不平衡電流的克服方法
從上面的分析可知，構(gòu)成縱差保護(hù)時(shí)，如不采取適當(dāng)?shù)拇胧�，流入差�?dòng)繼電器的不平衡電流將很大，按躲開變壓器外部故障時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流整定的縱差保護(hù)定值也將很大，保護(hù)的靈敏度會(huì)很低。若再考慮勵(lì)磁涌流的影響，保護(hù)將無法工作。因此，如何克服不平衡電流，并消除它對(duì)保護(hù)的影響，提高保護(hù)的靈敏度，就成為縱差保護(hù)的中心問題。
由電流互感器變比產(chǎn)生的不平衡電流的克服方法
對(duì)于由電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流可采用2種方法來克服：一是采用自耦變流器進(jìn)行補(bǔ)償。通常在變壓器一側(cè)電流互感器裝設(shè)自耦變流器，將LH輸出端接到變流器的輸入端，當(dāng)改變自耦變流器的變比時(shí)，可以使變流器的輸出電流等于未裝設(shè)變流器的LH的二次電流，從而使流入差動(dòng)繼電器的電流為零或接近為零。二是利用中間變流器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償。通常在中間變流器的鐵心上繞有主線圈即差動(dòng)線圈，接入差動(dòng)電流，另外還繞一個(gè)平衡線圈和一個(gè)二次線圈，接入二次電流較小的一側(cè)。適當(dāng)選擇平衡線圈的匝數(shù)，使平衡線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)能完全抵消差動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)，則在二次線圈里就不會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，因而差動(dòng)繼電器中也沒有電流流過。采用這種方法時(shí)，按公式計(jì)算出的平衡線圈的匝數(shù)一般不是整數(shù)，但實(shí)際上平衡線圈只能按整數(shù)進(jìn)行選擇，因此還會(huì)有一殘余的不平衡電流存在，這在進(jìn)行縱差保護(hù)定值整定計(jì)算時(shí)應(yīng)該予以考慮。
由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流的克服方法
對(duì)于由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平
前言：縱差保護(hù)是一切電氣主設(shè)備的主保護(hù)，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護(hù)上運(yùn)用較為成功。但是變壓器縱差保護(hù)一直存在勵(lì)磁涌流難以鑒定的問題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因?yàn)槌邏狠旊娋�路長度的增加、靜止無功補(bǔ)償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進(jìn)、磁化特性的改善等因素，變壓器縱差保護(hù)的固有原理性矛盾更加突出。
1.變壓器縱差保護(hù)基本原理
縱差保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，縱差保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)KCL基本定理，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備無故障時(shí)恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。
當(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部本身發(fā)生故障時(shí)，短路點(diǎn)成為一個(gè)新的端子，此時(shí)電流大于0，但是實(shí)際上在外部發(fā)生短路時(shí)還存在一個(gè)不平衡電流。事實(shí)上，外部發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)橥獠慷搪冯娏鞔螅欠彩菚簯B(tài)過程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵(lì)磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)使得變壓器兩側(cè)互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動(dòng)特性的原理，外部短路電流越大，制動(dòng)電流也越大，繼電器能夠可靠制動(dòng)。
另外，由于縱差保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其動(dòng)差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護(hù)的正確靈敏動(dòng)作，必須對(duì)其回路中的不平衡電流進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生的原因，采取措施予以消除。
2.縱差保護(hù)不平衡電流分析
2.1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流
變壓器在正常運(yùn)行時(shí)縱差保護(hù)回路中不平衡電流主要是由電流互感器、變壓器接線方式及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起。
由電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)變壓器各側(cè)電流的大小是不相等的。為了滿足正常運(yùn)行或外部短路時(shí)流入繼電器差動(dòng)回路的電流為零，則應(yīng)使高、低壓兩側(cè)流入繼電器的電流相等，即高、低側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比。但是，實(shí)際上由于電流互感器的變比都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取的標(biāo)準(zhǔn)變比，而變壓器的變比是一定的，因此上述條件是不能得到滿足的，因而會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。
由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生。變壓器經(jīng)常采用兩側(cè)電流的相位相差30°的接線方式。此時(shí)，假如兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會(huì)在縱差保護(hù)回路產(chǎn)生不平衡電流。
由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常采用有載調(diào)壓變壓器，在變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)利用改變變壓器的分接頭位置來調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。改變變壓器的分接頭位置，實(shí)際上就是改變變壓器的變化。假如縱差保護(hù)已經(jīng)按某一運(yùn)行方式下的變壓器變比調(diào)整好，則當(dāng)變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓時(shí)，其變比會(huì)改變，此時(shí)，縱差保護(hù)就得重新進(jìn)行調(diào)整才能滿足要求，但這在運(yùn)行中是不可能的。因此，變壓器分接頭位置的改變，就會(huì)在差動(dòng)繼電器中產(chǎn)生不平衡電流，它與電壓調(diào)節(jié)范圍有關(guān)，也隨一次電流的增大而增大。
2.2暫態(tài)情況下的不平衡電流
由變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生
變壓器的勵(lì)磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對(duì)差動(dòng)回路來說，勵(lì)磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流。因此，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來不利影響。正常情況下，變壓器的勵(lì)磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時(shí)，由于系統(tǒng)電壓降低，勵(lì)磁電流也將減小。因此，在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)勵(lì)磁電流對(duì)縱差保護(hù)的影響經(jīng)�？珊雎圆挥�(jì)。但是，在電壓忽然增加的非凡情況下，比如變壓器在空載投入和外部故障切除后恢復(fù)供電的情況下，則可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵(lì)磁電流通常稱勵(lì)磁涌流。
由變壓器外部故障暫態(tài)穿越性短路電流產(chǎn)生
縱差保護(hù)是瞬動(dòng)保護(hù)，它是在一次系統(tǒng)短路暫態(tài)過程中發(fā)出跳閘脈沖。因此，必須考慮外部故障暫態(tài)過程的不平衡電流對(duì)它的影響。在變壓器外部故障的暫態(tài)過程中，一次系統(tǒng)的短路電流含有非周期分量，它對(duì)時(shí)間的變化率很小，很難變換到二次側(cè)，而主要成為互感器的勵(lì)磁電流，從而使互感器的鐵心更加飽和。
3.變壓器縱差保護(hù)中不平衡電流的克服方法
從上面的分析可知，構(gòu)成縱差保護(hù)時(shí)，如不采取適當(dāng)?shù)拇胧�，流入差�?dòng)繼電器的不平衡電流將很大，按躲開變壓器外部故障時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流整定的縱差保護(hù)定值也將很大，保護(hù)的靈敏度會(huì)很低。若再考慮勵(lì)磁涌流的影響，保護(hù)將無法工作。因此，如何克服不平衡電流，并消除它對(duì)保護(hù)的影響，提高保護(hù)的靈敏度，就成為縱差保護(hù)的中心問題。
由電流互感器變比產(chǎn)生的不平衡電流的克服方法
對(duì)于由電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流可采用2種方法來克服：一是采用自耦變流器進(jìn)行補(bǔ)償。通常在變壓器一側(cè)電流互感器裝設(shè)自耦變流器，將LH輸出端接到變流器的輸入端，當(dāng)改變自耦變流器的變比時(shí)，可以使變流器的輸出電流等于未裝設(shè)變流器的LH的二次電流，從而使流入差動(dòng)繼電器的電流為零或接近為零。二是利用中間變流器的平衡線圈進(jìn)行磁補(bǔ)償。通常在中間變流器的鐵心上繞有主線圈即差動(dòng)線圈，接入差動(dòng)電流，另外還繞一個(gè)平衡線圈和一個(gè)二次線圈，接入二次電流較小的一側(cè)。適當(dāng)選擇平衡線圈的匝數(shù)，使平衡線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)能完全抵消差動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)，則在二次線圈里就不會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，因而差動(dòng)繼電器中也沒有電流流過。采用這種方法時(shí)，按公式計(jì)算出的平衡線圈的匝數(shù)一般不是整數(shù)，但實(shí)際上平衡線圈只能按整數(shù)進(jìn)行選擇，因此還會(huì)有一殘余的不平衡電流存在，這在進(jìn)行縱差保護(hù)定值整定計(jì)算時(shí)應(yīng)該予以考慮。
由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流的克服方法
對(duì)于由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平
