變壓器的差動保護

變壓器的差動保護是變壓器的主保護，是按循環(huán)電流原理裝設的。 主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。 在繞組變壓器的兩側(cè)均裝設電流互感器，其二次側(cè)按循環(huán)電流法接線，即如果兩側(cè)電流互感器的同級性端都朝向母線側(cè)，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯(lián)接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側(cè)電流互感器的二次電流差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。 從理論上講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡電流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為 Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡電流應盡量的小，以確保繼電器不會誤動。 當變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路故障時，在差動回路中由于I2改變了方向或等于零(無電源側(cè))，這是流過繼電器的電流為I1與I2之和，即 Ik=I1+I2=Iumb 能使繼電器可靠動作。 變壓器差動保護的范圍是構(gòu)成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備、以及連接這些設備的導線。由于差動保護對保護區(qū)外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區(qū)外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時，可以瞬時動作。

1、二次側(cè)負載在流過短路電流下，不能滿足CT10%誤差曲線的要求。在電流互感器接入系統(tǒng)容量變化或新裝保護投入運行時，不可忽略根據(jù)差動保護區(qū)內(nèi)短路故障時穿越變壓器的最大短路電流和實測的差動回路二次負荷，較核保護用CT的10%誤差曲線是否滿足要求。確保CT在10%誤差范圍內(nèi)。如果不滿足CT的10%誤差曲線要求，由于CT的容量不足以提供二次負荷所需的要求，在故障時差動保護可能拒動、誤動直接影響差動保護的可靠性。此時應適當加大CT變比，并重新較核CT的10%誤差曲線直到符合要求。

2、差動保護二次電流回路接地方式不當

差動保護二次電流回路接地時，各側(cè)TA的二次電流回路必須通過一點接于地網(wǎng)，因為變電站的接地網(wǎng)絡之間并非絕對等電位，在不同點之間有一定的電位差。當發(fā)生短路故障時，有較大的電流流入地網(wǎng)，各點之間的電位差較大。如果差動保護二次電流回路接在地網(wǎng)的不同點，它們之間的電位差產(chǎn)生的電流將流入保護裝置，影響差動保護裝置動作的準確性甚至使之誤動。所以各側(cè)CT的二次電流回路應并聯(lián)后接到保護裝置的差動電流回路中，所有電流回路必須在并聯(lián)的公共點處接地。

變壓器的主保護，反應變壓器內(nèi)部、外部故障，保護動作于開關，將變壓器與系統(tǒng)脫離。但對繞組的少數(shù)匝間短路反應不如瓦斯保護。

變壓器勵磁電流(激磁電流)僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此通過電流互感器反應到差動回路中將形成不平衡電流。穩(wěn)態(tài)運行時，變壓器的勵磁電流不大，只有額定電流的2-5%。在差動范圍外發(fā)生故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小。所以這兩種情況下所形成的不平衡電流都很小，對變壓器的差動保護影響不大。

但是，當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復的情況下，則可能出現(xiàn)很大的勵磁電流即勵磁涌流。這個現(xiàn)象的存在是由于變壓器鐵心飽和及剩磁的存在引起的，具體分析如下:

當二次側(cè)開路而一次側(cè)接入電網(wǎng)時，一次電路的方程為

u1=umcos(wt+α)=i1R1+N1dφ/dt (1)

u1:一次電壓，

um:一次電壓的峰值，

α:合閘瞬間的電壓初相角，

R1:變壓器一次繞組的電阻，

N1:變壓器一次繞組的匝數(shù)，

φ: 變壓器一次側(cè)磁通。

由于i1R1相對比較小，在分析瞬態(tài)過程初始階段可以忽略不計

所以

umcos(wt+α)= N1dφ/dt

dφ= ( um/ N1) cos(wt+α) dt

積分，得

φ=( um/ N1) sin(wt+α)+c

φ=φm sin(wt+α)+c φm為主磁通峰值，c為積分常數(shù)。

設鐵芯無剩磁當t=0時，φ=0 所以c=-φmsinα

所以空載合閘磁通為

φ=φm sin(wt+α) -φmsinα (2)

由(2)式可得空載合閘磁通的大小與電壓的初相角α有關考慮最不利情況

當α=900時，電壓過零

φ=φm sin(wt+900) -φm=φmcoswt-φm

磁通有兩個分量，周期分量φmcoswt與非周期分量φm，此時磁通的最大值為穩(wěn)態(tài)時磁通的2倍。如果同時考慮剩磁的影響這個值還要更大些。

我們知道變壓器正常情況下是工作在鐵芯磁化曲線的膝點附近，此時鐵芯已接近或略微飽和了。此時變壓器的勵磁電流大幅度增加，可達額定電流的6~8倍。由于勵磁電流只在變壓器的一側(cè)出現(xiàn)所以在差動繼電器中會產(chǎn)生很大的不平衡電流，此后由于R1的存在，非周期分量衰減，φ值將減小。

綜上所述，勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓，鐵芯的剩磁大小、方向，回路阻抗，變壓器的容量和鐵芯的性質(zhì)有關。對于三相交流變壓器由于三相之間的相差120°,所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵磁涌流。

變壓器各側(cè)繞組的接線方式不同

我國規(guī)定的五種變壓器標準聯(lián)結(jié)組中，35kV Y/D-11雙繞組變壓器常被使用。這種聯(lián)結(jié)方式的變壓器兩側(cè)電流相差30°，要想使差動保護不發(fā)生誤動作就要設法調(diào)整CT二次回路的接線和變比，使電源側(cè)和負荷側(cè)的CT二次電流的相差180°且大小相等。這樣就能消除Y/D-11變壓器接線對差動保護的影響。

為了達到上述目的，變壓器差動保護用的TA應按圖三所示方式接線

電流互感器計算變比與實際變比不同

由于變壓器兩側(cè)電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標準的變比而且變壓器的變比也是一定的，因此三者不能準確的滿足 nLy/nLd=nT的要求。此時差動回路就有不平衡電流流過使保護裝置誤動。所以通常利用差動繼電器的平衡線圈來消除或減小這個差值。即用平衡線圈彌補實際變比與理想值之間的差，使兩臂電流差接近零，從而消除或盡量減小不平衡電流。

如果變壓器兩側(cè)互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流(歸算到同側(cè))也就不同。因此產(chǎn)生在兩臂的電流差就較大，它將影響保護的動作，所以應采用電流互感器的同型系數(shù)為1的互感器。

帶負荷調(diào)整變壓器的分接頭是電力系統(tǒng)中采用帶負荷調(diào)壓的變壓器來調(diào)整電壓的方法。改變分接頭就是改變了變壓器的變比，對于已調(diào)整好的差動保護裝置將產(chǎn)生較大的不平衡電流。由于變壓器有載調(diào)壓是帶負荷連續(xù)調(diào)節(jié)的，而差動保護是不可以帶電進行調(diào)整，所以在整定時必須考慮這個因素。

勵磁涌流對變壓器并無危險，因為這個沖擊電流存在的時間很短。當然，對變壓器多次連續(xù)合閘充電也是不好的，因為大電流的多次沖擊，會引起繞組間的機械力作用，可能逐漸使其固定物松動。此外，勵磁涌流有可能引起變壓器的差動保護動作，故進行變壓器操作時應當注意。