变压器分侧差动保护的构成方式及应用特点

【摘　要】：本文针对常规的谐波制动原理构成变压器差动保护回路存在的若干问题，依据可靠性较高的发电机型纵联差动保护来保护变压器这一概念，提出了变压器分侧差动保护的构成方式，对变压器分侧差动保护的原理和应用特点进行了事例分析。
【关键词】：变压器分侧差动保护  构成方式  应用特点
1问题的提出
按差动原理构成的继电保护装置具有动作速度快，灵敏度高，不受外部短路影响，不受系统振荡影响等优点。因而差动原理在构成继电保护装置上，得到了广泛的应用。当差动原理用于保护变压器时，需要解决在构成其他设备差动保护时，所未遇到的如下特殊问题。
（1）    必须采取措施，平衡被保护变压器各侧电流互感器二次电流在数值和相位上的差异。
（2）    必须采取措施，防止在变压器空载投入或短路切除后电压恢复时，产生的励磁涌流引起差动保护误动作。
（3）    在变压器装有调压设备的情况下，变压器的变比经常变化，差动保护也必须适应于这种情况。
（4）    差动保护还应采取措施，防止在变压器过励磁情况下误动作。
针对上述四点，在变压器差动保护的接线设计中和差动装置的内部构成上，采取了相应的措施，来防止差动保护在各种预想情况下误动作。这就不可避免地导致变压器差动保护的复杂化，其结果降低了差动保护的可靠性。大量的统计资料表明，变压器差动保护的正确动作率低于其他设备（如发电机）差动保护的正确动作率。根据近年来继电保护动作情况的统计资料表明，变压器差动保护的平均正确动作率只有60％，而发电机差动保护的平均正确动作率高于90％。
在近代变压器差动保护中，广泛采用了谐波制动原理来防止在变压器出线励磁涌流时，差动继电器误动作。由于大量采用电力电容器作为无功功率补偿装置以及高压电力电缆线路的增加，使得在变压器内部短路时，短路电流中的谐波分量增加。当短路电流中的谐波分量进入差动回路时，如不采取措施，谐波制动的差动继电器有延迟动作或拒动的危险。所以，在现代电力系统中，特别是220KV以上系统中，对变压器差动保护提出了更高的要求，迫切需要研制出性能更加完善的变压器差动保护。
2分侧差动保护的构成方式及应用特点
分侧差动保护，就是从改变变压器差动保护的构成方式上，来解决变压器差动保护存在的若干问题，其接线如图一所示。变压器分侧差动保护方案的出发点，就是把多绕组变压器的各侧绕组及其引线，分别看作是一个独立的单元，如同发电机的定子绕组及引线一样。对变压器的各侧绕组和引线分别采用纵联差动保护。这样就可以用接线简单、可靠性较高的发电机型纵联差动保护来保护变压器，这一新的概念可以解决在设计变压器差动保护时，所遇到的若干问题。

显然，分侧差动保护具有以下特点。
（1）    因为不论来自变压器哪一侧的励磁涌流，都要流过该侧差动保护的两组电流互感器，并得到平衡，而不会流到差回路。所以，分侧差动保护可不考虑励磁涌流的影响。
（2）    在变压器过励磁时，过励磁电流只存在于变压器的某一侧，在该侧的差动回路中也是平衡的。所以，可以不考虑过励磁引起差动保护误动作的问题。
（3）    各侧差动保护在该侧内达到电流平衡。当由于变压器调压而引起各侧之间的电流变化时，不会有不平衡电流流入差回路，因而可以不考虑变压器调压的影响。
各侧差动保护的电流互感器二次侧可以采用星形接线，能提高对变压器绕组及引线单相接地短路故障的灵敏度。当被保护的绕组中性点直接接地时，保护的灵敏度与绕组的接地点位置无关，保护区间为绕组的100％。图二示出了在变压器绕组中性点直接接地电流的标么值；横坐标为故障点离开中性点的距离百分数a(N点为0，A点为100％)。不难看出，在绕组上任何一点短路时，都可以保证足够的灵敏度。

在500KV电力变压器的高压侧中性点接有调压变压器的情况下，该侧的分侧差动保护对调压绕组的接地故障有较高的灵敏度，可使调压变压器的保护适当简化。
（1）    由于采用了接线简单，正确动作率高的发电机型纵联差动保护，而提高了差动保护的可靠性。另外，由于差动回路的计算不平衡电流小，保护的动作电流可以整定的较低（可低于变压器额定电流的20％）。因而扩大了对变压器绕组接地及相同故障的保护范围。
（2）    分侧差动保护中不反应绕组不接地的匝间短路故障。某些型号的变压器型差动保护，在理论上可以反应匝间的短路故障，但由于保护的动作值比较高，匝间短路时反应到绕组端的电流变化比较小，并且和短路匝数的多少、短路匝的位置、短路回路的阻抗等多种因素有关。所以，纵联差动保护对匝间短路故障的灵敏度很难定量计算，难以确定对多少匝、在什么位置的匝间短路，有多大的灵敏度。实践证明，保护变压器的匝间短路，主要还是靠瓦斯保护。
分侧差动保护也可以用来保护自耦变压器，其接线方式如图三。此时高、中压侧的分侧差动保护可用一套差动继电器。

3 结束语
采用分侧差动保护要求在变压器的每侧绕组的两端都装设电流互感器，这对于500KV电力变压器的220KV和500KV侧完全可以做到，但对于低压侧绕组，两端要装设电流互感器，有时由于变压器结构上的限制，会遇到某些困难。所以变压器分侧差动保护应用于220KV以上的变电所更为合理。
 
参考文献：
1.《电力系统的保护与控制》   王春胜  中国电力出版    2003.09     
2.《220－500变电站电气技术》       中国电力出版社    2005.06