电力系统变压器保护原理浅析

　　〔摘要〕变压器在电力系统中起转换枢纽作用，它的安全运行直接关系到整个系统的连续和稳定。现代大型变压器容量大，电压等级高，造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，影响范围很大，且检修时间长，检修难度大，在经济上必然遭受很大的损失。分析各种不同的变压器保护原理，为进一步进行变压器保护的研究、提高变压器保护的正确动作率奠定基础。
　　〔关键词〕电力系统；变压器；保护；原理
　　变压器在电力系统中起转换枢纽作用，它的安全运行直接关系到整个系统的连续和稳定。现代大型变压器容量大，电压等级高，造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，影响范围很大，且检修时间长，检修难度大，在经济上必然遭受很大的损失。
　　一、变压器差动保护的分类
　　目前，变压器保护主要应用变压器电流纵联差动保护。电流纵联差动保护基于基尔霍夫定律，利用变压器一次侧和二次侧的电流差值在无故障以及区外故障时无差值、区内故障有差值的特点，建立保护判据。差动保护具有灵敏度高、选择性好的特点。运行经验表明，差动保护能够正确地区分区内和区外故障。随着研究的深入，变压器差动保护目前主要可以分为以下几种：
　　（1）绕组差动保护原理。变压器绕组差动保护原理是利用变压器一次侧和二次侧的电流差值在无故障及区外故障时为零、区内故障电流差值不为零的特点建立保护方案的。但是在实际的应用中，由于不能得到绕组的实际电流，只能采用电流互感器得到的电流代替，由此得到的电流值会比真实值大。同时由于电流互感器本身存在误差，这样必然导致绕组差动保护的准确度降低。
　　（2）零序差动保护原理。零序差动保护单独采用变压器二次侧的零序电流建立保护方案，具有以下优点：对于Y侧绕组单相接地故障有较高的灵敏度。动作电流与变压器调压分接头的调整无关。不直接受励磁涌流的影响。所用的电流互感器变流比相同，与变压器变压比无关。但是，零序差动保护不能反应相间故障，更不能反应低压侧故障。在高阻接地故障时，零序电流减小，保护的灵敏度较低。
　　（3）分侧差动保护原理。分侧差动保护对单相接地故障有较高的灵敏度，不受调压分接头的影响，不直接受励磁涌流的影响，保护原理简单，装置可靠，调试方便。但是，分侧差动保护不能反应常见的匝间故障，只有在每个绕组都具有两个引出端子时才能采用该方案，保护继电器的数目几乎增加一倍。
　　二、差动保护存在的问题
　　通过分析保护原理，影响变压器差动保护正确动作率的主要原因有：电流互感器的变比的匹配及误差；变压器调节分接头；外部故障电流的暂态过程加大了传变误差；变压器高压侧高阻接地单相短路；具有流出电流的小匝数匝间短路；励磁涌流的影响。
　　三、新型的变压器保护原理
　　（1）磁通特性保护原理。磁通特性保护原理与基于励磁阻抗或是瞬时励磁电感变化的原理在本质上一样，是从励磁支路的非线性特性出发，根据变化量的大小制定保护判据。这种方法不但可以克服二次谐波原理的不足，而且适宜用微机实现。但是磁通特性保护原理目前仅适用于单相变压器组。
　　（2）基于序阻抗原理的变压器保护原理。利用变压器发生区内外故障时，变压器两侧正负序阻抗所在象限的不同，能够有效识别变压器区内外故障，具有不受饱和以及变化不一致影响等优点。但是，由于序阻抗原理仍然克服不了励磁涌流带来的影响，其保护的动作可靠性不高。
　　（3）功率差动保护原理。在正常运行时变压器消耗的有功非常小，而变压器绝缘损坏时，电弧放电发热将消耗大量的有功，通过检测变压器消耗有功的大小，可以判别变压器是否发生内部故障。该方法基于能量守恒定律，可以较真实反映变压器的实际运行状况，由于在功率差动保护原理中，没有让励磁涌流作为动作的因素，因此不受励磁涌流的影响。其缺点是要避开涌流时第1周期的充电过程，并且涌流时铜耗难以精确计算。对于Y接线的变压器，由于侧绕组内部电流无法获取，导致铜损耗无法确定。
　　（4）基于回路方程的变压器保护原理。在基于回路方程的变压器保护原理中，需要解决的关键问题是如何获取各个绕组的漏感参数、保护方案的选取、保护判据的整定以及灵敏度的校验。
　　电力变压器是电网的重要组成元件之一，在电网的安全稳定运行中具有极其重要的作用。由于电网中变压器数量越来越多，其单体价值又非常高，一旦发生故障将造成严重后果，所以对变压器保护动作的可靠性有更高的要求。基于以上的分析，由于励磁涌流的影响，变压器的传统保护纵联差动保护的正确动作率一直很低。很多新型的、不受励磁涌流影响的变压器保护原理也都或多或少的存在缺点。
　　参考文献
　　〔1〕王增平，徐岩，王雪等。基于变压器模型的新型变压器保护原理的研究〔J〕。中国电机工程学报。2003，23（12）：5458
　　〔2〕褚云龙，郝治国，李朋。基于变压器模型的变压器保护原理研究〔J〕。继电器。2006，34（23）：15