變壓器差動保護的新原理研究孫鳴，江海峰，明肥1業(yè)大7電1.程學院，安徽合肥2300091對當前電姑統(tǒng)中變壓器呆護由于蛟凝鑒別理論不完善而導致的正確動作率不含在分析變壓器蒺涌流和有功損耗的基礎(chǔ)上，提出了用變壓器正序有功功率動作區(qū)則，和故障電流的判據(jù)，并喊熟的比率制動差流保料為內(nèi)外部故障判據(jù)蕢壓哭保柄械原理。該原理中的，涌流判據(jù)采用了變壓器非線性模型，能更好地反映變壓=作狀心，且不受系統(tǒng)類型和運行方式的影響。

　　電坑動保護，于擎爾霍夫定恨具有，敏度高選擇性好的特點，歷來是電氣設(shè)備主保護的首選。

　　旦疋電流差動保護無法測得厲力磁電，因而難以區(qū)分變壓器的勵磁涌流和故障電流，所以多年來對變壓器保護的研究著重于如何在勵磁涌流情況下將電流差動閉鎖，例如波形對稱原理小波變換原理電壓制動原理等值路原理等等，這鳴鑒別機制有的獲得了些遠，旬的還仍處廣文驗研究階段。其中比較實片的方法足采用電流羌動保妒作力主保護。利用次諧波制動說理來躲避勵磁涌流。但是隨右電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大電壓等級的提高，次諧波制動原理的定值選取存在定的困難，因此迫切需要研究出更完備地區(qū)別變玉器空載合閘及外部短路故障切除后電壓恢復過程勵磁涌流和故障電流。將這個勵磁涌流判據(jù)句電流差動保護相結(jié)合作為變玉器。保護就可以提高變出器保護的正確動作率。

　　1變壓器勵磁涌流分析以1中單相變壓器為例，假設(shè)外施電壓按正弦規(guī)律變化，則在空載合閘瞬間的電壓方程式為邊繞組的全部磁，為激磁電流的瞬時值山為外施電壓的有效值，為外施電壓初相角。

　　考慮到屯力變玉器原邊的屯阻較小則變壓器，關(guān)T變壓器繞組匝數(shù)磁路飽和磁化曲線中可寫成線性方程1單相變壓器空載模型1辛1.，其中為正常時的平均電感。代入式1聯(lián)立得收稿日期2002當7.1.乙時并考慮到剩磁得解析解為其中為穩(wěn)態(tài)時的磁通幅值；也為鐵芯剩磁。求出磁通的變化規(guī)律后，再用磁化曲線反過來求相應的激磁電流。2為中載合閘時鐵心磁通4激磁電流波形。其中為磁通飽和點?？梢钥吹借F心飽和前激磁屯流報小，飽和則急劇增大。

　　如果在初相角，0時接通電源貝惝九，8埤+九6+九在這種情況下，瞬磁化曲線；1勵磁涌流態(tài)分試的幅位，大，若剩磁電也起到助增作月則產(chǎn)生比較不利的怙況。在合閘，的半個周期，即當瓜時，穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值與瞬態(tài)分量的瞬時值以及剩磁的瞬時值疊加可超過2九顯然這時的磁路非常飽和，相應的激磁電流急劇增大，可達正常激磁電流的幾百倍，或者說可達到幾倍的額定電流2如果在初相角，90.時接通電源，且剩磁很小可忽略不計，則力九如1在這種情況下，不含暫態(tài)分量磁通，合閘后立即進入穩(wěn)態(tài)，這就避免了沖擊電流。相變壓器勵磁涌流的基本原理與單相變壓器相同，只是由于磁路結(jié)構(gòu)接線組別不同等原因，分析起來比較復雜。但是相變壓器的勵磁涌流有個顯著的特點，即無論合閘的初相角為多少，均不可避免地產(chǎn)生勵磁涌流。這是因為相磁通分別滯后相外施電壓90.，即相合閘角度亦互差120，故不可能使得相鐵心中的暫態(tài)磁通全部為零，如還豎考慮用么變換的影響，則油流情況更為嚴重。而變壓器差流保護是按相差動的，所以空載合閘時產(chǎn)生的勵磁涌流若不采取必要措施必然會使電流差動保護誤動2基于有功功率差動的變壓器勵磁涌流判別原理電力變壓器在常情況下的有功損耗了以分為負載損耗和空載損耗。負載損耗包拈歐姆損耗和雜散損耗。歐姆損耗尸1.=抓，其中爪為繞組相數(shù)，為流過繞組的相電流；為繞組電阻。雜散損耗包括各繞組中的渦流損耗環(huán)流損耗以及結(jié)構(gòu)件中的渦流與磁滯損耗。對于雜散損耗的詳細研究很復雜，但般來說，在貨吒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被破壞的前提下，可認為其變化規(guī)律與歐姆損耗相似。這樣，負載損耗的變化規(guī)律就可以認為與相電流幅值的平方成比。閃為變吒器的短路損耗就是發(fā)；壓器作額定電流下的負載損耗，所以變壓器的負載損耗可為祜2么戶，其中，為實測相電流；祜為額定相電流；為短路損乩。而變壓，的空載損耗則般認為是個似小的量。

　　變壓器在勵磁油流時，由于勵磁電流主要成分為尤功電流，所以變壓器的，功消耗在除去負載損耗后仍然圮很小的。閣3的仿訌結(jié)果說明了這情況第1周波所形成的功率脈沖是由尸采用傅氏算法的動態(tài)性能造成，并非變玉器功消耗的木質(zhì)體現(xiàn)3，其中縱坐標W；心為貨壓器有功功。申。差值與額記功率之比，用來明M；I1；的相對人小。電力貨吒器在故吣沾況下的有功損耗閃故。障類型而有所不14當汕鍆內(nèi)發(fā)生姒路故降。，短路點的弧光51放電會消耗大量的能量。這就造成變吒器消耗的仃功功率急JL劇升，且隨界故障的進步發(fā)展逐漸增人的趨勢；而言故0障發(fā)生在保護1外時，變樂器的有功消耗雖然會因有人的穿mS越功書流經(jīng)繞組1有所，加，但其增玷主要及現(xiàn)為負載損耗的增加，而充外部故障切除后，總的損耗又返回到正常的范圍K3ArtivepnmuumMftmgm.

　　綻以分祈，要將1載損耗從變壓器消耗的有功功率中濾出之后，就可以將變壓器內(nèi)故降與正常工況勵磁涌流以及區(qū)外故障區(qū)分開來。文獻4提出了單相變壓器的有功功率差動保護原理，并給出了保護動作方程式，即壓器兩端測得的電壓電流瞬時值。

　　以上公式雖然是針對單相變壓器，但只要將單相功率損耗推廣到相有功損耗之和，就可以推廣到相變壓器上15，即器各種工況下原副邊測得的相有功功率之和；3日2分別為原副邊繞組的負載系數(shù)實測電流與變壓器額定電流的比值，么戶抓為變壓器原副邊繞組在額定電流下的短路損耗值；為考慮勵磁電流造成的空載損耗以及化感器轉(zhuǎn)換誤差后的動作整定仇。

　　這種推廣僅是在電工學原理上的推廣，并不具有實用價值。首先，式2中的自難以確定，這是因為變器故障時捫不對稱，很難用艱的3來描述；其次，由于故障，相電氣量的不付稱，保護整定值的選，同柞存在問，整定值必須以變壓器出廠試驗得到的空載損耗參數(shù)為參考標準。而變器在做出廠試驗時，其相電壓電流均是對稱的故障，磁路與出廠試驗時的條件不盡相同，使得有功損耗難以，計。電工理論在分析不對稱故障時，常使叫付稱分量法，將實際系統(tǒng)分解成3個完全付稱的序，通過3個對稱序網(wǎng)來解決實際中的不對稱問。在此，我們同樣可以利用對稱分量法。在對稱分量法的3個序網(wǎng)中，只有正序網(wǎng)中含有電源，與正常運行時的等效電路狀態(tài)基本致，所以可只保留對正序網(wǎng)的結(jié)論。面以3卷邊為例，給出正序有功差動保護原理的動作方程式為1；廣1；為變玉1中低樂側(cè)的正序負載殺數(shù)日=側(cè)各側(cè)額定屯流么廠以么尸為變壓器低壓側(cè)額定工況下的短路損耗。

　　現(xiàn)以變壓器高壓側(cè)有電源而低壓側(cè)發(fā)生兩相短路為例，7寸該動作方程區(qū)分內(nèi)外部故障的原理加以說明，并假設(shè)變壓器各側(cè)所裝電流互感器均以母線側(cè)為極性端。若兩相短路故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)，略去負荷電流廠，變壓器中壓側(cè)與低壓側(cè)的電流互感器所測得量均為零，故3= =0.知0由正序等效網(wǎng)纟沿戶應伍含變壓器的，低壓繞組的功功率損耗和弧光屯阻上的功率損托即吟抓根據(jù)序網(wǎng)絡(luò)計算理論與兩相短路邊界條件可得1為3相短路電流有效，當變壓器低吒澆仙口3相姒路。，流過1卡側(cè)姒路1應不小尸3倍定電流，故訪尸防，若低壓繞組容量為額定容量的50，則迅尸古以1士3，值，通過選取合，的整定值，保護能夠可靠動作保護區(qū)外故障，則變壓器壓側(cè)和故障側(cè)電壓電流都可測得，根據(jù)前面的分析，由式3計算的變壓器有功功率差值遠小于整定值，可以保證保護可靠不動作。

　　以仿真結(jié)果4證叫十序有功功率差動保護躲避勵磁涌流的，效件。采用的電力變壓器欖型的體參數(shù)為頷定容電壓22010.51；接線組，空載電流3變壓器在2，8空載合閘時勵磁涌流情況下的有功消耗；1故險變；土器在20，公閘時燦磁涌流情況下的打功；肖1.243；空載損耗1321；短路百分比壓中壓為12.20，高壓低壓為6.00，為8.93；短路損耗高壓中壓低壓分別為644，388，681中壓低壓3保護新原理及實現(xiàn)更詳盡的仿真證明了正序功率差動保護不僅能區(qū)別空載合閘和故障排除后電壓恢復過程中的勵磁涌流與胡嫜電流的不同，而且對于保護區(qū)內(nèi)的對稱或非對稱胡障也能正確動作。但是同時也應該看出單的正序功率差動該保護也存在著些不足，如變壓器端口相短路可能出現(xiàn)動作不確定性，以及內(nèi)部匝間短路故障靈敏度不高等缺陷1.采用技術(shù)比較成熟的比例制動及流保滬，除判別勵磁涌流存在不足外，其它動作行為均能達到滿意的效果，而且該保滬擁有豐富的運丁分驗，代有效忭已得到實踐的充分檢驗。所以。如果將這兩種保護原理機地結(jié)合起來，就能眵實現(xiàn)較為理想的動作行為。

　　具體的實現(xiàn)方法是采用正序有功功率差動保護作為勵磁涌流的判據(jù)。在勵磁油流情況1將保護閉鎖故障情況下，由比例制動差流保護作為動作判據(jù)，判斷是內(nèi)部故障還是外部故障，內(nèi)部故障情況1產(chǎn)生跳闡信號。保護裝置在正常運行狀態(tài)時執(zhí)行主程序的人機對話巡檢通信等工作，在檢測到差流或者相電流突變時啟動故障處理程序。其故障處理子程序流程由比例制動差流保護閉鎖保護出口；在勵磁涌流時，滿足勵磁涌流判據(jù)，由正序有功功率差動保護閉鎖保護出口；在內(nèi)部故障時，保護出口動作。該程序為了電流互器斷線報，閉，內(nèi)部故，跳閘Kr，Kn差動速斷低壓加速保護可靠系數(shù)；Ih額定電流，額定電壓；正序有功功率差動保護整定值汰型變壓規(guī)嚴重故障情況下動作的快，也峋正序有功功率差動保護整定值霞，采用了加速措施，如差流速斷和低壓加速。差流速斷在差動電流大于比較大可能勵磁涌流時立即出口跳閘；低壓加速是依據(jù)內(nèi)部接地故障情況下，變壓器端部殘壓較低的特性，在端電壓低于可能產(chǎn)生勵磁涌流的比較小電壓時，取消勵磁涌流判斷，直接給出跳閘信號。

　　4結(jié)語山廠變壓器伽1茲繞纟1.的非線性電氣特性，仲得對劃+器勵磁油流和部故障屯流的區(qū)別成變壓器保護研究中的個難點，也成了提變壓器差動保護動作成功率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的勵磁涌流判據(jù)采用單的電流獻或電壓量作為勵磁油流判據(jù)，因含的們以量少必然存在的1限；而正序功率差動保護由同時采用電壓量和電流量作為勵磁涌流的判據(jù)，因含有更多的信息，所以能更好反映變壓器的工作狀態(tài)，將此判據(jù)和運行比較成熟的比率制動電流差動保護判據(jù)相結(jié)合構(gòu)成變壓器主保護，可以預能夠顯著地提高保護動作的正確率。

　　1丘維儉，劉俊宏。大型發(fā)電機變壓器繼電保護的現(xiàn)狀與發(fā)展刀。電力系統(tǒng)自動化，1997句712.

　　2iV，i，ti，穴。張傳利，等。變；器勵磁涌流判，心決的現(xiàn)狀4發(fā)展。中國電力。398陳德樹。計算機繼電保護原理與技術(shù)厘。北京水利電力出版社，1992.

　　梁俊濤?；谡蛴泄β实淖儔浩骺v差保護的研宄0.合肥合肥工業(yè)大學，2002.

　　孫鳴1957，男，安徽合肥人，碩士生導師，1995年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，獲碩士學位，從事電氣傳動及自動化和電力系統(tǒng)自動化的教學與科研工作，發(fā)基于功率差動原理的變壓器保護實現(xiàn)方法等論文10余篇。05512901417，Emaileprihfut.edu.cii