主變差動保護原理分析

1　引言

主變差動保護是變壓器的主要保護手段，基本原理是反應被保護變壓器各端流入和流出電流的差，在保護區內故障，差動回路中的電流值大于整定值，差動保護瞬時動作，而在保護區外故障，主變差動保護則不應動作。受變壓器勵磁電流、接線方式、電流互感器誤差等因素的影響，使差動回路中產生不平衡電流，而不平衡電流中勵磁涌流的存在，?？蓪е伦儔浩鞑顒颖Ｗo誤動，給變壓器差動保護的實現帶來困難，因此采用措施減少不平衡電流及其對保護的影響是實現主變差動保護需要解決的主要矛盾。

2　主變差動保護分析

在主變差動保護所用電流互感器選擇時，除應選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，還應適當地增大電流互感器變比，以降低短路電流倍數，這樣可以有效削弱勵磁涌流，減少差動回路中產生的不平衡電流，提高差動保護的靈敏度。這對避免保護區外故障，尤其是最嚴重的三相金屬性短路而導致的主變差動保護誤動作尤為有效。下面將通過實例進行分析：

實例：一臺三相三繞組降壓變壓器，容量S_e=40.5MVA，電壓110±2×2.5%kV/385±2×2.5%kV/11kV，接線方式：Ydd11-11，變壓器額定電流：213A/608A/2130A。主變差動保護采用BCH-2型差動繼電器?；居嬎闳绫?所示，已確定110kV側為基本側。

主變差動保護部分整定值如下(計算過程略)：

差動線圈的計算匝數：W_cd.js=6.3匝，實際匝數向下取整，取W_cd.js=6匝；

繼電器的實際動作電流：I_dz=10A；

靈敏度K_1m=2.1。

該變電所曾發生10kV線路出線處因外力破壞導致三相金屬性短路，10kV線路電流速斷動作，相繼引起主變差動保護誤動作。我們初步分析因短路點離保護太近，又是最嚴重的三相金屬性短路，短路電流極大，當外部故障切除，電壓恢復時，出現數值很大的勵磁涌流，從而使差動回路產生的不平衡電流大于整定電流值而導致主變差動保護誤動作。但如果提高保護定值，如保護定值增大為11A，則靈敏度變小K1m=1.91＜2，不能滿足靈敏度的要求。

表1

項目	高壓側	中壓側	低壓側
額定電壓(kV)	110	35	11
額定電流(A)	213	608	2130
電流互感器接線	D	Y	Y
電流互感器計算變比		608/5	2130/5
電流互感器選擇變比	400/5	750/5	3000/5
流入差動回路中的電流(A)	213/(400/5)×3=4.6	608/(750/5)=4.05	2130/(3000/5)=3.55
不平衡電流(A)	0	4.6-4.05=0.55	4.6-3.55=1.05

后經綜合分析，認為采用BCH-2型具有速飽和變流差動繼電器來避免勵磁涌流存在一定缺陷。從勵磁涌流的特性看，對三相變壓器，電壓恢復時，至少有兩相出現程度不同的勵磁涌流，即三相勵磁涌流中可能有一相沒有非周期分量，這時速飽和變流器將失去作用。分析保護定值，差動保護電流互感器變比選得有些偏低，且趨于飽和。這樣當發生最嚴重的三相金屬性短路時，電流互感器因飽和其誤差增大，不但增大不平衡電流，而且使電流互感器嚴重過載。而增大電流互感器變比，可降低短路電流倍數，減少差動回路中的不平衡電流，因而能有效地削弱勵磁涌流和區外故障產生的不平衡電流。

根據以上分析，采用增大電流互感器變比的方法，其數據如表2所示(與表1相同部分略)。

表2

項目	高壓側	中壓側	低壓側
電流互感器選擇變比	500/5	900/5	4000/5
流入差回路中的電流(A)		608(900/5)=3.38	2130/(4000/5)=2.66
不平衡電流(A)	0	3.69-3.38=0.31	3.69-2.66=1.03

主變差動保護部分整定值如下(計算過程略)：

差動線圈的計算匝數：W_cd.js=8.1匝，實際匝數向下取整，取W_cd.js=8匝；

繼電器的實際動作電流：I_dz=9A；

靈敏度K_1m=2.44。

由表1、2及部分整定數據可知：電流互感器變比增加后，其二次電流110kV側由4.6A減為3.69A，35kV側由4.05A減為3.38A，10kV側由3.55A減為2.66A；差動回路中的不平衡電流：35kV側由0.55A減為0.31A，10kV側由1.05A減為1.03A；靈敏度由2.1增為2.44。即減少了電流互感器二次回路電流和差動回路中的不平衡電流，提高了保護裝置的靈敏度，使主變差動保護區外發生最嚴重的三相金屬性短路時，電流互感器不致于嚴重過載而使誤差增大，有效地削弱勵磁涌流和區外故障產生的不平衡電流。該所自增大電流互感器變比后，10kV線路再發生類似短路故障時，主變差動保護再未誤動過。

3　結論

為防止主變差動保護因不平衡電流的影響造成的保護誤動作，在選擇保護用電流互感器時，除應選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，適當增大電流互感器變比，這樣可以降低短路電流倍數，減少差動回路中產生的不平衡電流，有效削弱勵磁涌流，提高差動保護的靈敏度。這對避免保護區外故障，尤其是最嚴重的三相金屬性短路而導致的主變差動保護誤動作不失為有效的方法之一。