变压器保护设计中几个问题的解决方法探讨

　

摘要：介绍了大型高压、超高压变压器保护设计中的若干技术问题，对大型高压、超高压变压器保护设计中一些技术问题的解决方法给出了较详细的说明和探讨。采用零序补偿方式校正电流量对变压器励磁涌流的识别有利，且可提高其对接地故障的灵敏度；故障分量差动保护提高了其对匝间短路和高阻接地故障等轻微故障的灵敏度；附加稳定特性区方法解决了TA饱和对差动保护的影响问题； 采用电流和电压量的综合判别来识别TA二次回路断线和短路故障；采用整定N组定值拟合过激磁曲线方式解决过激磁保护的工程适应问题。
关键词：励磁涌流；零序电流补偿；故障分量；断线或短路；过激磁

0 引言
电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，它对继电保护的要求很高。
对大型高压、超高压电力变压器的保护设计，一般要求解决以下一些技术问题。
（1）快速准确的区分出变压器的励磁涌流和各种故障情况，区内故障和区外故障；
（2）迅速准确的识别出变压器过励磁情况，解决对变压器保护的影响；
（3）提高变压器在带负荷运行情况下发生轻微匝间短路和高阻接地故障时保护的灵敏度；
（4）解决电流互感器TA二次电路断线或短路时对变压器差动保护的影响；
（5）消除TA饱和时对变压器差动保护的影响；
（6）解决和应涌流对变压器保护的影响；
（7）提高变压器过激磁保护对各种变压器过励磁倍数曲线的适应性等等。
随着继电保护技术、电子技术、通信技术等方面的不断发展，为在变压器保护设计中解决这些技术问题提供了可能。特别是现在大量采用的微机型变压器保护装置，在越来越好的计算机硬件平台的基础上，具有了更加强大的数据处理、数据记忆、计算、逻辑判断等软件功能，因此，可以很好地处理和解决变压器保护中的这些技术问题。下面根据在变压器保护方面进行研究、设计和应用的体会，对其中几个技术问题的解决方法作简要的探讨。
1 提高励磁涌流和故障情况的识别
变压器差动保护中一个很重要的技术问题就是防止变压器励磁涌流引起差动保护的误动。同时，当在保护区内发生各种故障时能够迅速动作切除故障，以保证变压器可靠、安全运行。
提高励磁涌流识别的一个很重要的环节就是对输入保护中电流量匹配方法的处理。在电力变压器中有电流流过时，通过变压器各侧TA的二次电流不会正好完全平衡。因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑这些因素，只有使得经过各侧的电流合理匹配，才能进行比较。
一般情况下，微机型变压器差动保护装置可以采用数学表达式来模拟变压器各侧电流的匹配情况。其通常的编程系数矩阵数学表达式[3]为：
[IOUT] = Kn.[A].[IIN] (1)
式中，[IOUT]为匹配后的该侧电流Ia、Ib、Ic的矩阵；
Kn为该侧变比平衡系数；[A]为该侧相位平衡系数的矩阵；[IIN]为该侧输入电流IA、IB、IC的矩阵。
如果采用零序电流补偿方式，其通常的编程系数矩阵数学表达式[3]为：
[IOUT] = Kn.[A].[IIN] K0.[I0] (2)
式中，[I0]为该侧中性点零序电流的矩阵；K0为该侧零序变比平衡系数。
例如，对于图1所示的变压器接线情况，如果设定输入微机型变压器差动保护装置的变压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器均为星形接法，且同名端均在变压器的外侧，那么保护装置中电流互感器联接组的变比匹配和相位修正方式可以采用如下两种方式：

IA1 IA2





图1 Y0 /△-11接线变压器
方式一，按照式(1)确定的各侧编程矩阵方程为：


（3）



(4)
显然，这种匹配方法消除了变压器Y0接线侧零序电流的影响，这将使该侧变压器的接地故障灵敏度受到了一定的影响；另外，更重要的一点是使得该侧不同相电流之间互相有影响，从而破坏了它本身的原始特征，因此，对保留变压器励磁涌流的原始特征不利，可能会产生对称性涌流使得对励磁涌流的识别不利。

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方式二，同样针对图1，采用零序电流补偿方式匹配变压器Y0接线侧的电流，各侧编程矩阵方程按照式(2)和式(1)确定为：


(5)



(6)
可以看出,采用零序电流补偿的方式,使得变压器Y0接线侧的零序分量得到了保留，这对该侧的接地故障灵敏度更好些；更重要的是，由于对变压器一次侧电流互感器输入的电流没有相关合成，所以对变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况完整，对识别励磁涌流有利。因此，采用此种匹配方法可以更好的识别变压器的励磁涌流。
采用通常方式的匹配方法，如果涌流判据采用最大相制动，那么故障相将受非故障相电流的影响，因此，在变压器空投到故障时将延缓保护动作的时间，对变压器安全不利；如果涌流判据采用故障相制动，那么在变压器空投时容易误动。然而，采用零序电流补偿方式的匹配方法，当变压器空投到故障上时，故障相的电流为故障特征，非故障相的电流为涌流特征，励磁涌流判据采用分相制动方式，可以明确区分励磁涌流和故障特征，非故障相不会延缓故障相的动作速度，提高了保护对励磁涌流和故障的识别。
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