變壓器保護設計中幾個問題的解決方法探討

摘要：介紹了大型高壓、超高壓變壓器保護設計中的若干技術，對大型高壓、超高壓變壓器保護設計中一些技術問題的解決給出了較詳細的說明和探討。采用零序補償方式校正電流量對變壓器勵磁涌流的識別有利，且可提高其對接地故障的靈敏度；故障分量差動保護提高了其對匝間短路和高阻接地故障等輕微故障的靈敏度；附加穩定特性區方法解決了TA飽和對差動保護的問題； 采用電流和電壓量的綜合判別來識別TA二次回路斷線和短路故障；采用整定N組定值擬合過激磁曲線方式解決過激磁保護的工程適應問題。
　　關鍵詞：勵磁涌流；零序電流補償；故障分量；斷線或短路；過激磁

0 引言

　　電力變壓器是發電廠和變電站的主要電氣設備之一，對電力系統的安全穩定運行至關重要，尤其是大型高壓、超高壓電力變壓器造價昂貴、運行責任重大。一旦發生故障遭到損壞，其檢修難度大、時間長，要造成很大的損失；另外，發生故障后突然切除變壓器也會對電力系統造成或大或小的擾動。因此，它對繼電保護的要求很高。
　　對大型高壓、超高壓電力變壓器的保護設計，一般要求解決以下一些技術問題。
　　（1）快速準確的區分出變壓器的勵磁涌流和各種故障情況，區內故障和區外故障；
　　（2）迅速準確的識別出變壓器過勵磁情況，解決對變壓器保護的影響；
　　（3）提高變壓器在帶負荷運行情況下發生輕微匝間短路和高阻接地故障時保護的靈敏度；
　　（4）解決電流互感器TA二次電路斷線或短路時對變壓器差動保護的影響；
　　（5）消除TA飽和時對變壓器差動保護的影響；
　　（6）解決和應涌流對變壓器保護的影響；
　　（7）提高變壓器過激磁保護對各種變壓器過勵磁倍數曲線的適應性等等。
　　隨著繼電保護技術、技術、通信技術等方面的不斷，為在變壓器保護設計中解決這些技術問題提供了可能。特別是現在大量采用的微機型變壓器保護裝置，在越來越好的機硬件平臺的基礎上，具有了更加強大的數據處理、數據記憶、計算、邏輯判斷等軟件功能，因此，可以很好地處理和解決變壓器保護中的這些技術問題。下面根據在變壓器保護方面進行、設計和的體會，對其中幾個技術問題的解決方法作簡要的探討。

1 提高勵磁涌流和故障情況的識別

　　變壓器差動保護中一個很重要的技術問題就是防止變壓器勵磁涌流引起差動保護的誤動。同時，當在保護區內發生各種故障時能夠迅速動作切除故障，以保證變壓器可靠、安全運行。
　　提高勵磁涌流識別的一個很重要的環節就是對輸入保護中電流量匹配方法的處理。在電力變壓器中有電流流過時，通過變壓器各側TA的二次電流不會正好完全平衡。因此，變壓器差動保護系統設計時必須考慮這些因素，只有使得經過各側的電流合理匹配，才能進行比較。
　　一般情況下，微機型變壓器差動保護裝置可以采用數學表達式來模擬變壓器各側電流的匹配情況。其通常的編程系數矩陣數學表達式[3]為：
　　[IOUT] = Kn·[A]·[IIN] (1)
式中，[IOUT]為匹配后的該側電流Ia、Ib、Ic的矩陣；
Kn為該側變比平衡系數；[A]為該側相位平衡系數的矩陣；[IIN]為該側輸入電流IA、IB、IC的矩陣。
如果采用零序電流補償方式，其通常的編程系數矩陣數學表達式[3]為：
　　[IOUT] = Kn·[A]·[IIN]+K0·[I0] (2)
式中，[I0]為該側中性點零序電流的矩陣；K0為該側零序變比平衡系數。
　　例如，對于圖1所示的變壓器接線情況，如果設定輸入微機型變壓器差動保護裝置的變壓器主一次和主二次電流的各側電流互感器均為星形接法，且同名端均在變壓器的外側，那么保護裝置中電流互感器聯接組的變比匹配和相位修正方式可以采用如下兩種方式：

IA1 IA2

圖1 Y0 /△-11接線變壓器

　　方式一，按照式(1)確定的各側編程矩陣方程為：

(3)



(4)

　　顯然，這種匹配方法消除了變壓器Y0接線側零序電流的影響，這將使該側變壓器的接地故障靈敏度受到了一定的影響；另外，更重要的一點是使得該側不同相電流之間互相有影響，從而破壞了它本身的原始特征，因此，對保留變壓器勵磁涌流的原始特征不利，可能會產生對稱性涌流使得對勵磁涌流的識別不利。
　　方式二，同樣針對圖1，采用零序電流補償方式匹配變壓器Y0接線側的電流，各側編程矩陣方程按照式(2)和式(1)確定為：

(5)


(6)

　　可以看出,采用零序電流補償的方式,使得變壓器Y0接線側的零序分量得到了保留，這對該側的接地故障靈敏度更好些；更重要的是，由于對變壓器一次側電流互感器輸入的電流沒有相關合成，所以對變壓器產生的勵磁涌流的原始特征保留情況完整，對識別勵磁涌流有利。因此，采用此種匹配方法可以更好的識別變壓器的勵磁涌流。
　　采用通常方式的匹配方法，如果涌流判據采用最大相制動，那么故障相將受非故障相電流的影響，因此，在變壓器空投到故障時將延緩保護動作的時間，對變壓器安全不利；如果涌流判據采用故障相制動，那么在變壓器空投時容易誤動。然而，采用零序電流補償方式的匹配方法，當變壓器空投到故障上時，故障相的電流為故障特征，非故障相的電流為涌流特征，勵磁涌流判據采用分相制動方式，可以明確區分勵磁涌流和故障特征，非故障相不會延緩故障相的動作速度，提高了保護對勵磁涌流和故障的識別。