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自适应变压器电流差动保护判据分析薛震

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：薛震

[导读] 摘要：为了提高变压器电流差动保护的正确率，本文对变压器保护定值及区内外发生故障时的电流进行分析，提出了变压器自动判断区域内故障保护动作的方法。

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        摘要：为了提高变压器电流差动保护的正确率，本文对变压器保护定值及区内外发生故障时的电流进行分析，提出了变压器自动判断区域内故障保护动作的方法。通过对自适应变压器的电流差动保护的判断依据分析，提高自适应变压器电流差动保护的准确性的时，发现保护过程中仍可能会出现误动保护，这就要求在设计变压器电路时，针对这一问题制定切实可行的措施来辅助提高差动保护的准确性。
        关键词：自适应变压器；电流差动保护；判据分析
        变压器差动保护是变压器的主保护，在变压器绕组内部发生匝间短路故障或在其引出线上发生相间短路故障时，保护能否准确动作，对变压器靠性运行和电网的安全稳定是至关重要的。然而在电网中变压器的保护不尽相同，保护的内容也有所差别，但其所用的差动保护的基本原理是相同的。
        1差动原理分析
        差动保护是一种具有绝对选择性的快速保护，其原理依据是基尔霍夫电流定律。基尔霍夫电流定律表明：在任何时刻，电路中任意一节点上各支路电流的代数和恒等于零。
        即差动保护过程中必然会存在差动电流，差动电流是流入与流出元件的电流的相量之和。在变压器的各侧均装设电流互感器，将二次侧电流作相量和得出差流，当差流达到动作值时主变差动保护。变压器在正常运行时或在电流互感器外侧（区外）发生故障时，差动保护的最小动作电流大于流入差动回路的不平衡电流，保护不会动作。当电流互感器内侧（区内）发生故障时，差动回路中不平衡电流增大达到或超过差动值，保护动作。
        在现场实际运行中，变压器差动保护受到变压器励磁涌流、电流互感器饱和以及和变压器带负荷调整分接头诸多因素的影响，使差动回路中不平衡的电流增大，进而发生误动。对于电路中产生的不平衡电流，首先要分析是什么原因引起的，然后根据具体原因制定相应的对策，引入制动电流。差动电流定值随制动电流的变化而成比率的变化，有效防止在变压器差动回路中出现较大不平衡电流且区域内又无故障时保护误动作，使变压器电流差动保护自动适应不同类型的故障，准确的切除区域内的电气故障。
        2自适应电流差动保护判据分析
        差动保护是变压器主保护，具有很好的动作选择性和灵敏度。差动保护装置的动作，是根据变压器变比按被保护范围内流入和流出电流的差值来进行整定的，而整定值是否合理直接影响保护的动作情况。另外差动保护开入回路的合理性及回路上各元件的性能，也会影响保护的动作。
        1）差动保护整定值对保护判断的影响
        差动保护的定值主要是根据躲过变压器的励磁涌流和最大运行方式下穿越性故障所进一步的引起不平衡电流来整定的。变压器正常运行时差流小于定值，当区域外故障时差流增大了，但制动电流也增大了，保护不会误动。但是，当区域外短路时非周期分量及其他谐波分量等因素的影响，差流可能达到定值的最小门槛，若此时制动电流也较小，差动保护可能会误动。因为定值的整定不合理，有可能使某些变电站，特别是一些新建的变电站出现差动保护误动的情况。因此，对于整定值，在区内故障时，就必须减小制动值，在区外故障时就必须增大制动值。
        2）差动保护回路对保护判断的影响
        差动保护的回路的设计的不合理，容易使保护开入量与实际值形成偏差，导致保护的误判。变压器的电流互感器（TA）中性线没有按照一点接地原则进行接线，使保护的电流开入值出现偏差，导致保护误判；一个发电厂或变电站的接地网各点在一定程度上非绝对等电位，在不同点之间具有一定的电位差，如果发生区外短路故障的过程中，有着相对比较大的电流流入接地网，各点之间能够产生较大的电位差，也会影响差动开入回路的电流值，导致保护误判。

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因此，在设计施工时，差动保护的二次电流回路在进行接地的过程中，包括各侧电流互感器任（TA）的二次电流回路，特别是有电直接联系的二次电流回路，必须一点可靠接地。
        3自适应电流差动保护可能出现误动的原因
        通常情况下，对于变电站和发电厂自适应电流差动保护很少发生误动，但是满足某些特定条件后，甚至是正常运行很长时间之后才会出现误动。对其原因进行分析，主要是P类电流互感器的暂态饱和特性在一定程度上造成了保护开入电流出现误差，导致保护误判，引起误动作。电流互感器饱和实际上就是铁芯的磁通达到饱和状态，使一次侧电流变大时，磁通达到饱和不再变化，导致二次侧电流不再增大，无法反应一次侧电流情况。电流互感器可以分成两类，P类和PR类。P类电流互感器要求在稳态的情况下不饱和，但是对于P类的电流互感器来说，要求在稳定以及暂态的情况下都不饱和。如果差动保护使用的是P类电流互感器，当故障点在区域外，在区域外故障切除的过程中，区域外将会存在着间歇性的短路情况，这也就使电流互感器出现饱和，导致变压器出现差动保护误判，引起误动作。
        对于电流互感器出现变比误差，使二次回路电流不能准确反应一次电流，进而造成保护的误动作。在对误差电流互感器进行更新之后，变压器的各侧电流互感器因为不匹配也会造成差动保护误动作。在差动回路上选用合适电流互感器，可以在一定程度上躲过暂时的特性。然而对差动回路改造更新电流互感器的过程中，通常将会忽略考虑电流互感器的合理性，而将电流互感更换成为P类，或者是同时把两侧的互感器更换成为P类。这样，在外部出现故障的过程中，将会导致变压器出现差动保护误动作。
        4提高自适应电流差动保护动作的对策
        对于变压器差动保护来说，必须满足可靠性的要求，这不仅关系着变压器使用寿命有，同时也会在涉及到人们的生命财产安全。
        如果是新建发电厂或者是变电站，不管是由于哪种原因导致变电器出现保护误动现象，都要按照规定采取有效措施。一般情况下由于每个变电站相关设备特性不同，而且接线的方式相对来说也是不固定的，有些变电站设备接线在一定程度上是十分复杂的。这种复杂接线的情况是非常不利于安全以及检修的，特别是在变压器第一次投入使用之后一定要进行设备检查，要在带有负荷情况下，对变压器差动保护二次电流回路进行检查，同时测量变压器各电流回路的向量，并计算出各侧一次电流值的差值应为零。
        引起变压器差动保护误动作的原因相对来说是比较多的，其中一种就是因为变压器中的励磁涌流，如果是由于这个原因所引起的误动可以把差动保护中的门槛定值进行有效的调整，还要对二次谐波制动系数进行有效的调整。
        为了能够在一定程度上不产生必要的麻烦，在设计变压器差动保护的过程中，一定要严格的把好每一个环节，并且应该聘请有经验的设计人员，在施工安装过程中也要进一步的注意各方面的因素，必须要进一步地保证变压器的型号、变比、电流互感器极性、电流互感器特性以及二次接线等都准确无误，这样就会在一定程度上大大降低差动保护误动现象的发生。
        5总结
        通过上述分析可知，变压器自适应电流差动保护是通过判定整定值以及差动回路出现误差来进行保护的，但是自适应保护可能会造成保护误动。虽然保护误动出现较少，但是影响变压器差动保护误动的原因在一定程度上是比较多的，所以，要事先做好预防，否则会进一步的扩大事故的范围。为了能够有效避免差动保护误动现象的发生，在对其进行设计以及施工安装的过程中，需要格外注意把好每一道质量做好，严格按照相关规定以及具体的变电站要求进行有效的设计与施工，以此来保证其质量能够满足有关的要求。
        参考文献：
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        [2]吴英山.影响变压器运行可靠性的因素分析及对策[D].华南理工大学，2012（11）：99．
        [3]邵德军.大型变压器暂态机理与保护新原理研究[D].华中科技大学，2009（12）：111．