论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过对变压器主保护不足之处的分析，进而对变压器的主保护方法进行简单的介绍，然后针对差动保护的误动作进行分析，以便更好地对变压器主保护中存在的问题进行阐述。
【关键词】 变压器；主保护；问题
一、前言
随着我国经济的发展以及电力供应水平的不断提高，具有较大容量的电力变压器在电力系统中的应用也越来越多。变压器的运行稳定性将直接关系着整个系统的稳定，提高变压器的稳定是极其重要的。
二、对变压器主保护不足之处的分析
长期以来，对于变压器内部故障的主保护方案之一是差动保护。差动保护在线路上和发电机上的应用是比较成功的，但是作为变压器内部故障的主保护，有许多不足和困难，归纳起来如下：
1、传统的差动保护是基于基尔霍夫电流定理提出的，即为：。由于变压器为一电磁混合系统，故一、二次侧电流的向量与励磁电流的向量和为零，可表示为：；而励磁电流无法直接测量，通常只取一、二次电流的相量和。在变压器正常运行时，由于励磁电流很小，可近似认为一、二次侧电流的向量和为零；当系统外部故障时，电压严重下降，励磁电流更是微不足道。
在变压器铁心磁通密度过高的稳态过励磁工况下，铁心严重饱和，造成励磁电抗Xe减小、励磁电流剧增，可高达变压器额定电流的43%，势必造成保护的误动。更为严重的是，变压器在发生励磁涌流时励磁电流可高达额定电流的10倍以上，它将流入变压器保护的差动回路中，变压器空载合闸或外部故障切除后，当变压器端电压突然恢复时，将产生励磁涌流，此种情况下要求保护不误动实属困难。
2、正常运行的变压器，根据系统的运行要求，需要调整分接头，这会带来不平衡电流。
3、变压器有两个或三个电压等级，构成差动保护的CT的额定参数不同，也将带来不平衡电流。
4、变压器差动保护能反映高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护中的电流可能不大；保护能反映高压侧（中性点直接接地系统）经高阻接地的单相短路，此时故障电流较小。
5、当变压器绕组匝间短路时，变压器仍带负荷。这就是说变压器内部故障时被保护设备仍流出电流，将影响保护的灵敏度。
6、为降低制造成本，现代大型变压器的工作磁密都取得很高，通常接近饱和磁密，更加大了励磁涌流的水平，使差动保护的难度更大。
综上所述，传统的变压器差动保护一方面要躲过由于种种原因产生的很大的不平衡电流，另一方面却要求能反映轻微的内部匝间短路。而上述两方面是相矛盾的，也正是由于上述原因造成电力系统的规模不断扩大，与此同时，变压器保护虽有一定程度的提高，但与线路、发电机保护相比，提高的速度太慢，远远落后于电力系统变压器的发展。
三、变压器的主保护方法
1.差动速断保护
一般情况下，二次谐波比率制动的差动保护，作为电力变压器的主保护已经足够，但是在电力变压器发生严重的内部故障时，短路电流将会变得很大，这时电流互感器将会严重饱和，而使交流暂态严重恶化。电流互感器的二次侧在电流互感器嚴重饱和时，基波分量为零，高次谐波分量增大，使得二次谐波比率制动的微机差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了二次谐波比率制动的微机差动保护的正确动作。同时，差动速断保护还起着差动电流过流瞬时速断的保护功能，也就是说，差动速断保护没有制动量。它的动作是在半个频率内实现，而决定动作的测量过程是在l/4个频率内完成，这时电流互感器还未严重饱和，能实现快速正确地切除故障。差动速断的整定值，以躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，这样在正常操作和稳态运行时，差动速断保护可靠不动作。
2.差动CT二次断线保护
为了防止电流互感器CT二次断线时保护的误动，可以设置CT断线闭锁保护，当差动动作条件满足时，尚需要经过CT断线检测。如检测为CT断线，则发出警告信号，并闭锁差动保护出口。如通过检测，则确认差流不是由于CT二次断线引起的，保护出口跳闸。本系统判别CT是否断线的方法，是正常情况下通过检查三相电流，只要检查出一相无电流，就判别为该相CT二次断线。
3.变压器的本体保护，又称非电量保护
它是反映电力变压器油箱内部故障时的温度、油位、油流和气体等非电气量的本体保护，它不是变压器差动保护所能代替的。因为当变压器内部发生严重漏油，或匝数很少的匝间短路时，一般情况下差动保护都不会动作，而瓦斯保护却能够动作。运行经验表明，变压器油箱内的故障，大部分是由瓦斯保护动作切除的。所以，在变压器的本体保护中，瓦斯保护尤为重要。
四、差动保护误动作分析
1.短路引起的正确动作
变压器纵差保护反映了变压器引出线和绕组的匝间短路、相间短路以及中性点直接系统发生的引出线和绕组接地短路的主保护。差动保护各侧电流互感器的区域为差动保护区，通常根据差动保护所保护的范围。将引起差动保护动作的故障分为以下2类：
（1）变压器外部短路故障，包括外部故障、引出线故障，接地故障等。这些故障主要是由绝缘子的击穿、小动物所导致的短路和雷击所引起的，通常具有明显的故障特征，同时造成了一些设备的损坏，因此通过检查设备或进行简单的绝缘电阻试验就可以判断出来。
（2）变压内部短路故障，包括内部绕组的相间短路、接地短路和匝间短路。内部故障通常会对变压器产生严重的损坏，不仅会引起纵差动保护的动作，还会导致重瓦斯或轻瓦斯的动作，一般要借助变压器本体油色谱分析或瓦斯气体分析来鉴别。
2.常见的差动保护误动作原因
在变压器的实际运行中除了短路故障会引起差动保护正确动作外，还存在一些其他能够引起差动保护误动作的原因。及时并正确判断引起差动保护误动作的原因并加以防范，不仅能够迅速恢复可靠供电，而且还能够提高供电可靠性。引起差动保护误动作的原因主要有以下几种： （1）变压器差动保护电流回路与电流互感器之间的故障。主要包括：电流互感器的二次接线极性接反，电流回路的二次绝缘电缆被损坏，电流回路接线错误，电流互感器的二次开路故障等。
（2）保护装置或差动继电器调试、整定错误。保护装置或差动继电器的调试、整定错误也会导致差动保护的误动作。主要包括：差动保护间断角调整错误；设置的差动速断保护整定值较小，受变压器励磁涌流影响严重；差动保护的平衡系数整定错误；二次谐波的制动系数偏大所导致的二次谐波制动偏高，差动继电器的平衡绕组I、II整定错误。
（3）一次倒闸操作所引起的变压器差动保护误动作。
3.防止保护误动作的措施
（1）保证差动相量测试。进行差动向量测试的主要目的是为了确保差动保护接线的正确性和可靠性。因此凡是在新安装的或一、二次回路经过变动过的变压器差动保护，在其正式投运前必须进行差动保护相量的测量。通过对测量值的综合分析来判定差动保护电流回路接线的正确性，且必须保证差动保护的投入顺序。即在变压器充电前将差动保护投入，变压器运行良好后再将差动保护解除，最后再进行相量测试试验。
（2）二次回路的绝缘检查。电流互感器二次回路的绝缘要求是非常严格的，变压器投产前后都应对各芯线对地的绝缘进行检测，同时还应做好差动保护装置内部的绝缘检查。
（3）保护整定值的正确计算。进行差动保护整定计算时应在充分考虑每台主变特点的情况下，合理确定二次谐波制动系数及差动速断电流的整定值。通常大容量的变压器离电源越远，其励磁涌流的倍数越小，则相应的谐波制动系数就可以取的大一些；而差动速断电流定值应按励磁涌流的最大值进行整定。
五、结语
总的来说，变压器的主保护技术也在不断的发展之中，通过对以往经验的总结，进而进行不断地深入研究，更好地提高变压器的工作稳定。
参考文献：
[1]王增平，马静.关于变压器主保护的若干问题[J]《电力系统保护与控制》ISTIC EI PKU -2008年14期-
[2]周顺.变压器微机型保护双重化应用中若干问题的探讨[J]《中国科技博覽》-2010年14期-
[3]吴欣城.变压器主保护原理及其影响因素分析[J]《电气开关》-2013年6期-
[4]黄树海，郭奕晖.变压器主保护的探讨[J]《科技与生活》-2011年23期-
【关键词】 变压器；主保护；问题
一、前言
随着我国经济的发展以及电力供应水平的不断提高，具有较大容量的电力变压器在电力系统中的应用也越来越多。变压器的运行稳定性将直接关系着整个系统的稳定，提高变压器的稳定是极其重要的。
二、对变压器主保护不足之处的分析
长期以来，对于变压器内部故障的主保护方案之一是差动保护。差动保护在线路上和发电机上的应用是比较成功的，但是作为变压器内部故障的主保护，有许多不足和困难，归纳起来如下：
1、传统的差动保护是基于基尔霍夫电流定理提出的，即为：。由于变压器为一电磁混合系统，故一、二次侧电流的向量与励磁电流的向量和为零，可表示为：；而励磁电流无法直接测量，通常只取一、二次电流的相量和。在变压器正常运行时，由于励磁电流很小，可近似认为一、二次侧电流的向量和为零；当系统外部故障时，电压严重下降，励磁电流更是微不足道。
在变压器铁心磁通密度过高的稳态过励磁工况下，铁心严重饱和，造成励磁电抗Xe减小、励磁电流剧增，可高达变压器额定电流的43%，势必造成保护的误动。更为严重的是，变压器在发生励磁涌流时励磁电流可高达额定电流的10倍以上，它将流入变压器保护的差动回路中，变压器空载合闸或外部故障切除后，当变压器端电压突然恢复时，将产生励磁涌流，此种情况下要求保护不误动实属困难。
2、正常运行的变压器，根据系统的运行要求，需要调整分接头，这会带来不平衡电流。
3、变压器有两个或三个电压等级，构成差动保护的CT的额定参数不同，也将带来不平衡电流。
4、变压器差动保护能反映高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护中的电流可能不大；保护能反映高压侧（中性点直接接地系统）经高阻接地的单相短路，此时故障电流较小。
5、当变压器绕组匝间短路时，变压器仍带负荷。这就是说变压器内部故障时被保护设备仍流出电流，将影响保护的灵敏度。
6、为降低制造成本，现代大型变压器的工作磁密都取得很高，通常接近饱和磁密，更加大了励磁涌流的水平，使差动保护的难度更大。
综上所述，传统的变压器差动保护一方面要躲过由于种种原因产生的很大的不平衡电流，另一方面却要求能反映轻微的内部匝间短路。而上述两方面是相矛盾的，也正是由于上述原因造成电力系统的规模不断扩大，与此同时，变压器保护虽有一定程度的提高，但与线路、发电机保护相比，提高的速度太慢，远远落后于电力系统变压器的发展。
三、变压器的主保护方法
1.差动速断保护
一般情况下，二次谐波比率制动的差动保护，作为电力变压器的主保护已经足够，但是在电力变压器发生严重的内部故障时，短路电流将会变得很大，这时电流互感器将会严重饱和，而使交流暂态严重恶化。电流互感器的二次侧在电流互感器嚴重饱和时，基波分量为零，高次谐波分量增大，使得二次谐波比率制动的微机差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了二次谐波比率制动的微机差动保护的正确动作。同时，差动速断保护还起着差动电流过流瞬时速断的保护功能，也就是说，差动速断保护没有制动量。它的动作是在半个频率内实现，而决定动作的测量过程是在l/4个频率内完成，这时电流互感器还未严重饱和，能实现快速正确地切除故障。差动速断的整定值，以躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，这样在正常操作和稳态运行时，差动速断保护可靠不动作。
2.差动CT二次断线保护
为了防止电流互感器CT二次断线时保护的误动，可以设置CT断线闭锁保护，当差动动作条件满足时，尚需要经过CT断线检测。如检测为CT断线，则发出警告信号，并闭锁差动保护出口。如通过检测，则确认差流不是由于CT二次断线引起的，保护出口跳闸。本系统判别CT是否断线的方法，是正常情况下通过检查三相电流，只要检查出一相无电流，就判别为该相CT二次断线。
3.变压器的本体保护，又称非电量保护
它是反映电力变压器油箱内部故障时的温度、油位、油流和气体等非电气量的本体保护，它不是变压器差动保护所能代替的。因为当变压器内部发生严重漏油，或匝数很少的匝间短路时，一般情况下差动保护都不会动作，而瓦斯保护却能够动作。运行经验表明，变压器油箱内的故障，大部分是由瓦斯保护动作切除的。所以，在变压器的本体保护中，瓦斯保护尤为重要。
四、差动保护误动作分析
1.短路引起的正确动作
变压器纵差保护反映了变压器引出线和绕组的匝间短路、相间短路以及中性点直接系统发生的引出线和绕组接地短路的主保护。差动保护各侧电流互感器的区域为差动保护区，通常根据差动保护所保护的范围。将引起差动保护动作的故障分为以下2类：
（1）变压器外部短路故障，包括外部故障、引出线故障，接地故障等。这些故障主要是由绝缘子的击穿、小动物所导致的短路和雷击所引起的，通常具有明显的故障特征，同时造成了一些设备的损坏，因此通过检查设备或进行简单的绝缘电阻试验就可以判断出来。
（2）变压内部短路故障，包括内部绕组的相间短路、接地短路和匝间短路。内部故障通常会对变压器产生严重的损坏，不仅会引起纵差动保护的动作，还会导致重瓦斯或轻瓦斯的动作，一般要借助变压器本体油色谱分析或瓦斯气体分析来鉴别。
2.常见的差动保护误动作原因
在变压器的实际运行中除了短路故障会引起差动保护正确动作外，还存在一些其他能够引起差动保护误动作的原因。及时并正确判断引起差动保护误动作的原因并加以防范，不仅能够迅速恢复可靠供电，而且还能够提高供电可靠性。引起差动保护误动作的原因主要有以下几种： （1）变压器差动保护电流回路与电流互感器之间的故障。主要包括：电流互感器的二次接线极性接反，电流回路的二次绝缘电缆被损坏，电流回路接线错误，电流互感器的二次开路故障等。
（2）保护装置或差动继电器调试、整定错误。保护装置或差动继电器的调试、整定错误也会导致差动保护的误动作。主要包括：差动保护间断角调整错误；设置的差动速断保护整定值较小，受变压器励磁涌流影响严重；差动保护的平衡系数整定错误；二次谐波的制动系数偏大所导致的二次谐波制动偏高，差动继电器的平衡绕组I、II整定错误。
（3）一次倒闸操作所引起的变压器差动保护误动作。
3.防止保护误动作的措施
（1）保证差动相量测试。进行差动向量测试的主要目的是为了确保差动保护接线的正确性和可靠性。因此凡是在新安装的或一、二次回路经过变动过的变压器差动保护，在其正式投运前必须进行差动保护相量的测量。通过对测量值的综合分析来判定差动保护电流回路接线的正确性，且必须保证差动保护的投入顺序。即在变压器充电前将差动保护投入，变压器运行良好后再将差动保护解除，最后再进行相量测试试验。
（2）二次回路的绝缘检查。电流互感器二次回路的绝缘要求是非常严格的，变压器投产前后都应对各芯线对地的绝缘进行检测，同时还应做好差动保护装置内部的绝缘检查。
（3）保护整定值的正确计算。进行差动保护整定计算时应在充分考虑每台主变特点的情况下，合理确定二次谐波制动系数及差动速断电流的整定值。通常大容量的变压器离电源越远，其励磁涌流的倍数越小，则相应的谐波制动系数就可以取的大一些；而差动速断电流定值应按励磁涌流的最大值进行整定。
五、结语
总的来说，变压器的主保护技术也在不断的发展之中，通过对以往经验的总结，进而进行不断地深入研究，更好地提高变压器的工作稳定。
参考文献：
[1]王增平，马静.关于变压器主保护的若干问题[J]《电力系统保护与控制》ISTIC EI PKU -2008年14期-
[2]周顺.变压器微机型保护双重化应用中若干问题的探讨[J]《中国科技博覽》-2010年14期-
[3]吴欣城.变压器主保护原理及其影响因素分析[J]《电气开关》-2013年6期-
[4]黄树海，郭奕晖.变压器主保护的探讨[J]《科技与生活》-2011年23期-