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[摘 要]通过分析变压器纵联差动保护的不平衡电流产生的原因，采取相应的技术对策限制不平衡电流，保障变压器纵联差动保护的可靠性。
[关键词]变压器 纵联差动保护 不平衡电流
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0080-01
引言
变压器是电力系统中大量使用的重要电力设备，对供电系统的稳定性和可靠性有着重要的影响。同时由于变压器普遍价格相对较高，为变压器设置性能良好、动作可靠的保护装置至关重要。
纵联差动保护是防止变压器内部故障的主保护，主要用于保护双绕组或者三绕组变压器绕组内部及引出线上发生的各类相间短路故障。
在变压器正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护回路中的电流叫做稳态不平衡电流。
1 变压器纵联差动保护的原理
纵联差动保护设置的原理是基尔霍夫定律，即“在任意时刻，流过电路任一节点的电流的代数和恒为零”。纵联差动保护将电力变压器看作一个节点，在变压器的各个电流流入和流出端设置电流互感器，将电流互感器同名端连接至朝向母线侧（或朝向变压器侧），将变压器各电流流入、流出端电流互感器按差流接线方式进行接线，即将电流互感器的同极性端并联接入差动继电器，原理图如图1所示，（a）为双绕组变压器正常运行时的电流分布，（b）为三绕组变压器区内故障时的电流分布。
2 纵联差动保护的不平衡电流原因分析
（一）变压器的励磁涌流
变压器的励磁涌流仅发生在变压器的一侧，反应到纵联差动保护装置中无法予以平衡。变压器正常运行的励磁电流一般不超过额定电流的2%～10%，外部故障时，由于电压降低，导致励磁电流变小，影响将更小。
变压器在空载投入和外部故障消除电压恢复时，可能出现数值很大的励磁涌流。这是因为变压器在稳态运行的情况下，变压器铁心中的励磁磁通滞后于电压90°。
变压器空载合闸投入运行时，正好在变压器电压瞬时值u=0时刻接通电路，变压器的铁心中存在励磁磁通量为-Фm，但由于变压器铁心中的励磁磁通不能发生突变，因此将出现一个非周期分量的磁通，幅值为+Фm。在经过半个周期后，变压器的磁通量增加到+2Фm，若铁心中还有剩余磁通Фs的话，则总磁通量为2Фm+Фs。变压器励磁磁通处于过饱和状态，励磁电流剧烈增大，此电流即为变压器的励磁涌流，数值可达到变压器额定电流的6～8倍。
对励磁涌流进行分析表明，变压器的励磁涌流包含大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、变压器铁心中的剩余磁通、电源容量的大小、回路的阻抗及变压器容量的大小和铁心性质等都有关系。
（二）变压器两侧电流相位不同
由于变压器常连接组别和方式常常采用Yd11方式，因此变压器高、低压侧电流相位相差30°。此种情况下，如果变压器纵联差动保护使用的电流互感器仍然按照常规接线方式进行接线的话，将有差流流过差动继电器。
（三）变压器两侧电流互感器存在误差
由于变压器两侧电流互感器励磁电流的大小、二次负载的大小和励磁阻抗的不同，变压器两侧的电流互感器存在误差，变压器在正常运行和外部故障情况下，流过纵联差动保护继电器的电流可能不为零。电流互感器励磁阻抗与铁心结构特性及饱和程度有关。另外，变压器两侧电流互感器型号、变比以及电流互感器二次负载均不同的情况下，会导致变压器纵联差动保护继电器的差动电流增大。
（四）带负荷调节变压器分接头
在电力系统中，有载调压变压器是应用非常广泛的一类变压器，能够在实现无功功率就地平衡的前提下，通过调节变压器分接头来调节系统运行电压。改变变压器分接头的位置，不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压器变比的条件，产生不平衡电流。
3 限制不平衡电流的技术对策
（一）采取以下技术对策限制变压器励磁涌流：采取具有速饱和铁心的差动继电器、鉴别励磁涌流波形和短路电流波形的差别、利用二次谐波制动等。
（二）变压器两侧电流相位不同的情况，通常将变压器绕组星形连接一侧的三只电流互感器接成三角形，而将三角形连接一侧的三只电流互感器接成星型，图2为Yd11接线变压器的纵联差动保护接线原理图。
采用上述接线方式后，Yd11变压器高、低压侧电流的相位不同问题得到解决，但是电流互感器接为三角形接法的一侧，电流增大了倍，为保证正常运行和外部故障情况下进入差动继电器的电流为零，需要将三角形接法的电流互感器的变比增大倍，以使正常运行和外部故障情况下流过变压器纵联差动保护继电器的电流为零。采用微机纵差保护装置的变压器，变压器各侧电流互感器均可接为星形，因相位不同而产生的不平衡电流可通过软件进行校正。
（三）采用以下技术措施限制电流互感器误差：选择电流互感器时，采用的变压器电流互感器同型系数K1x=1，首选带有气隙的D级铁芯电流互感器，使之在短路情况下励磁磁通也不会饱和；其次，选用大变比的电流互感器，降低短路变流倍数。
（四）在进行继电保护计算时，考虑电流互感器误差、变压器分接头带负荷调节等因素产生的不平衡电流，并按照最大不平衡电流进行整定。
4 结论
随着国家科学技术的不断进步，新型变压器纵联差动保護装置集成化、自动化程度越来越高，利用差动继电器进行变压器纵联差动保护逐渐淘汰，差流计算方式越来越倾向于通过软件算法实现，但不管技术如何进步，纵联差动保护的原理未变，作为电气技术人员，了解继电保护的原理，保障电力系统的安全运行始终是我们不懈的追求。
参考文献
[1] 刘学军《继电保护原理》中国电力工业出版社，2007.
[关键词]变压器 纵联差动保护 不平衡电流
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0080-01
引言
变压器是电力系统中大量使用的重要电力设备，对供电系统的稳定性和可靠性有着重要的影响。同时由于变压器普遍价格相对较高，为变压器设置性能良好、动作可靠的保护装置至关重要。
纵联差动保护是防止变压器内部故障的主保护，主要用于保护双绕组或者三绕组变压器绕组内部及引出线上发生的各类相间短路故障。
在变压器正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护回路中的电流叫做稳态不平衡电流。
1 变压器纵联差动保护的原理
纵联差动保护设置的原理是基尔霍夫定律，即“在任意时刻，流过电路任一节点的电流的代数和恒为零”。纵联差动保护将电力变压器看作一个节点，在变压器的各个电流流入和流出端设置电流互感器，将电流互感器同名端连接至朝向母线侧（或朝向变压器侧），将变压器各电流流入、流出端电流互感器按差流接线方式进行接线，即将电流互感器的同极性端并联接入差动继电器，原理图如图1所示，（a）为双绕组变压器正常运行时的电流分布，（b）为三绕组变压器区内故障时的电流分布。
2 纵联差动保护的不平衡电流原因分析
（一）变压器的励磁涌流
变压器的励磁涌流仅发生在变压器的一侧，反应到纵联差动保护装置中无法予以平衡。变压器正常运行的励磁电流一般不超过额定电流的2%～10%，外部故障时，由于电压降低，导致励磁电流变小，影响将更小。
变压器在空载投入和外部故障消除电压恢复时，可能出现数值很大的励磁涌流。这是因为变压器在稳态运行的情况下，变压器铁心中的励磁磁通滞后于电压90°。
变压器空载合闸投入运行时，正好在变压器电压瞬时值u=0时刻接通电路，变压器的铁心中存在励磁磁通量为-Фm，但由于变压器铁心中的励磁磁通不能发生突变，因此将出现一个非周期分量的磁通，幅值为+Фm。在经过半个周期后，变压器的磁通量增加到+2Фm，若铁心中还有剩余磁通Фs的话，则总磁通量为2Фm+Фs。变压器励磁磁通处于过饱和状态，励磁电流剧烈增大，此电流即为变压器的励磁涌流，数值可达到变压器额定电流的6～8倍。
对励磁涌流进行分析表明，变压器的励磁涌流包含大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、变压器铁心中的剩余磁通、电源容量的大小、回路的阻抗及变压器容量的大小和铁心性质等都有关系。
（二）变压器两侧电流相位不同
由于变压器常连接组别和方式常常采用Yd11方式，因此变压器高、低压侧电流相位相差30°。此种情况下，如果变压器纵联差动保护使用的电流互感器仍然按照常规接线方式进行接线的话，将有差流流过差动继电器。
（三）变压器两侧电流互感器存在误差
由于变压器两侧电流互感器励磁电流的大小、二次负载的大小和励磁阻抗的不同，变压器两侧的电流互感器存在误差，变压器在正常运行和外部故障情况下，流过纵联差动保护继电器的电流可能不为零。电流互感器励磁阻抗与铁心结构特性及饱和程度有关。另外，变压器两侧电流互感器型号、变比以及电流互感器二次负载均不同的情况下，会导致变压器纵联差动保护继电器的差动电流增大。
（四）带负荷调节变压器分接头
在电力系统中，有载调压变压器是应用非常广泛的一类变压器，能够在实现无功功率就地平衡的前提下，通过调节变压器分接头来调节系统运行电压。改变变压器分接头的位置，不仅改变了变压器的变比，也破坏了变压器两侧电流互感器变比的比等于变压器变比的条件，产生不平衡电流。
3 限制不平衡电流的技术对策
（一）采取以下技术对策限制变压器励磁涌流：采取具有速饱和铁心的差动继电器、鉴别励磁涌流波形和短路电流波形的差别、利用二次谐波制动等。
（二）变压器两侧电流相位不同的情况，通常将变压器绕组星形连接一侧的三只电流互感器接成三角形，而将三角形连接一侧的三只电流互感器接成星型，图2为Yd11接线变压器的纵联差动保护接线原理图。
采用上述接线方式后，Yd11变压器高、低压侧电流的相位不同问题得到解决，但是电流互感器接为三角形接法的一侧，电流增大了倍，为保证正常运行和外部故障情况下进入差动继电器的电流为零，需要将三角形接法的电流互感器的变比增大倍，以使正常运行和外部故障情况下流过变压器纵联差动保护继电器的电流为零。采用微机纵差保护装置的变压器，变压器各侧电流互感器均可接为星形，因相位不同而产生的不平衡电流可通过软件进行校正。
（三）采用以下技术措施限制电流互感器误差：选择电流互感器时，采用的变压器电流互感器同型系数K1x=1，首选带有气隙的D级铁芯电流互感器，使之在短路情况下励磁磁通也不会饱和；其次，选用大变比的电流互感器，降低短路变流倍数。
（四）在进行继电保护计算时，考虑电流互感器误差、变压器分接头带负荷调节等因素产生的不平衡电流，并按照最大不平衡电流进行整定。
4 结论
随着国家科学技术的不断进步，新型变压器纵联差动保護装置集成化、自动化程度越来越高，利用差动继电器进行变压器纵联差动保护逐渐淘汰，差流计算方式越来越倾向于通过软件算法实现，但不管技术如何进步，纵联差动保护的原理未变，作为电气技术人员，了解继电保护的原理，保障电力系统的安全运行始终是我们不懈的追求。
参考文献
[1] 刘学军《继电保护原理》中国电力工业出版社，2007.