【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 直線(xiàn) 1 所示，直線(xiàn)以下為制動(dòng)區(qū)，直線(xiàn)以上為動(dòng)作區(qū)。如果內(nèi)部短路電流較小，則差動(dòng)電流的值小于最大不平衡電流 ，該點(diǎn)處于直線(xiàn) 1 以下（制動(dòng)區(qū)），保護(hù)不動(dòng)作，這時(shí)保護(hù)的靈敏度不能滿(mǎn)足要求。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流隨一次穿越電流的增大而增大，因此，利用該穿越電流產(chǎn)生制動(dòng)作用使動(dòng)作電流隨制動(dòng)電流而變化，這樣在任何內(nèi)部短路情況下動(dòng)作電流都大于相應(yīng)的不平衡電流，同時(shí)又具有較高的靈敏度?；诖耍藗兲岢鰩в兄苿?dòng) 特性的差動(dòng)保護(hù)，如圖 ：曲線(xiàn)所示曲線(xiàn)以上為動(dòng)作區(qū)，曲線(xiàn)以下為制動(dòng)區(qū)。動(dòng)作特性曲線(xiàn) 2 與直線(xiàn) 1相比，圖中陰影部分能夠正確動(dòng)作。 圖 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作曲線(xiàn) 事實(shí)上，外部發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)橥獠慷搪冯娏鞔?，特別是暫態(tài)過(guò)程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵(lì)磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)使得變壓器兩側(cè)互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動(dòng)特性的原理，外部短路電流較大，制動(dòng)電流也越大，繼電器能夠可靠制動(dòng)。一般運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)原理能可靠的區(qū)分內(nèi)外故障，并有相當(dāng)高的靈敏度，這也是電力系統(tǒng) 主元件往往采用差動(dòng)保護(hù)的原因。 由于差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其差動(dòng)保護(hù)回路中有不平衡電流 ，使差動(dòng)保護(hù)處于不利的工作條件下。 由上分析可知 ,雙繞組變壓器在其兩側(cè)裝設(shè)電流互感器。當(dāng)兩側(cè)電流互感器的同極性在同一方向 ， 則將兩側(cè)電流互感器不同極性的二次端子相連接 (如果同極性端子均置于靠近母線(xiàn)一側(cè) ， 二次側(cè)為同極相連 )， 差動(dòng)繼電器的工作線(xiàn)圈并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。在正常運(yùn)行或外部故障時(shí) ，兩側(cè)的二次電流大小相等方向 相反 ， 在繼電器中電流等于零 ， 因此差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。然而 ， 由于變壓器實(shí)際運(yùn)行中引起的種種不平衡電流，使得差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流增大，從而降低了保護(hù)的靈敏度，因此，減少不平衡電流及其對(duì)保護(hù)的影響，就成為實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要問(wèn)題。為此，應(yīng)分析不平衡電流的產(chǎn)生原因，并討論減少其對(duì)保護(hù)影響的措施。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 49 頁(yè) 由于差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其差動(dòng)回路中有不平衡電流，使差動(dòng)保護(hù)處于不利的工作條件 下。為保證變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確靈敏動(dòng)作，必須對(duì)其回路中的不平衡電流進(jìn)行分析，找出原因，采取措施予以消除。 不平衡電流的產(chǎn)生原因有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩方面 1）變壓器正常運(yùn)行時(shí)由勵(lì)磁電流引起的不平衡電流 變壓器正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流為額定電流的 3%～ 5%。當(dāng)外部短路時(shí)，由于變壓器電壓降低，此時(shí)的勵(lì)磁電流更小，因此，在整定計(jì)算中可以不考慮。 2）變壓器各側(cè)電流相位不同引起的不平衡電流 電力系統(tǒng)中常采用 Y， d11 接線(xiàn)方式，因此， 變壓器兩側(cè)的相位差為 30176。，如果兩側(cè)電流互感器采用相同的接線(xiàn)方式 ，即使兩側(cè)電流數(shù)值相等，也會(huì)產(chǎn)生 21I sin15176。的不平衡電流。因此，必須補(bǔ)償由于兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。具體方法是將 Y,d11 接線(xiàn)的變壓器星形接線(xiàn)側(cè)的電流互感器接成三角形接線(xiàn)，三角形接線(xiàn)側(cè)的電流互感器接成星形接線(xiàn)，這樣可以使兩側(cè)電流互感器二次連接臂上的電流 2ABI 和 2abI 相位一致， 按該方法接線(xiàn)進(jìn)行相位補(bǔ)償后，高壓側(cè)保護(hù)臂中電流比該側(cè)互感器二次側(cè)電流大 3 倍，為使正常負(fù)荷時(shí)兩側(cè)保護(hù)臂中電流接近相等，故高壓側(cè)電流互感器變比應(yīng)增大 3 倍。 在實(shí)際接線(xiàn)中，必須嚴(yán)格注意變壓器與兩側(cè)電流互感器的極性要求，為防止發(fā)生差動(dòng)繼電器的電流相互接錯(cuò)，極性接反現(xiàn)象，在 變壓器的差動(dòng)保護(hù)投入之前要做接線(xiàn)檢查，在運(yùn)行后，如測(cè)量不平衡電流值過(guò)大不合理時(shí)，應(yīng)在變壓器帶負(fù)載時(shí)測(cè)量互感器一、二次側(cè)電流相位關(guān)系以判別接線(xiàn)是否正確。 3）電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同 變壓器高、低壓兩側(cè)電流的大小是不相等的。為要滿(mǎn)足正常運(yùn)行或外部短路 時(shí)流入繼電器差動(dòng)回路中的電流為零，則應(yīng)使高、低壓側(cè)流入繼電器的電流相等，則高、低壓側(cè) 電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比。但實(shí)際上由于電流互感器在制造上的標(biāo)準(zhǔn)化，往往選出的是與計(jì)算變比相接近且較大的標(biāo)準(zhǔn)變比的電流互感器，這樣由于變比的標(biāo)準(zhǔn)化使得其實(shí)際變比與計(jì)算變比不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流 4）變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)不同 由于變壓器各側(cè)電壓等級(jí)和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號(hào)不同，它們的飽和特性不同、勵(lì)磁電流（歸算至同一級(jí)）也就不同，從而在差動(dòng)回路中產(chǎn)生較大的不平衡電流。 5）變壓器帶負(fù)荷 調(diào)節(jié)分接頭 變壓器 帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭是電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的一種方法，改變分接頭就是改變變壓器的變比。在整定計(jì)算中，差動(dòng)保護(hù)只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€(xiàn)圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動(dòng)保護(hù)投入運(yùn)行后，在調(diào)壓抽頭改變時(shí)一般不可能對(duì)差動(dòng)保護(hù)的電流回路重新操作，因此又會(huì)出現(xiàn)新的不平衡電流，不平衡電流與調(diào)壓范圍有關(guān)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè) 暫態(tài)情況下的不平衡電流是由變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生 ， 變壓器的勵(lì)磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對(duì)差動(dòng)回路來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流。因此 ，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來(lái)不利影響。正常情況下，變壓器的勵(lì)磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時(shí)，由于系統(tǒng)電壓降低，勵(lì)磁電流也將減小。因此，在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)勵(lì)磁電流對(duì)縱差保護(hù)的影響常?？珊雎圆挥?jì)。但是，在電壓突然增加的特殊情況下，比如變壓器在空載投入和外部故障切除后恢復(fù)供電的情況下， 則可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流，這種暫態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的變壓器勵(lì)磁電流通常稱(chēng)勵(lì)磁涌流。 變壓器的勵(lì)磁涌流就是一種暫態(tài)電流 ,對(duì)差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流的影響更大 。 變壓器差動(dòng)保護(hù)繼電器的 正確選型、設(shè)計(jì)和整定，都與 變壓器勵(lì)磁電流有關(guān)。變壓器的勵(lì)磁電流是只流入變壓器接通電源一側(cè)繞組的，對(duì)差動(dòng)保護(hù)回路來(lái)說(shuō)勵(lì)磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流。因此，它必然給差動(dòng)保護(hù)的正確工作帶來(lái)影響。 從變壓器原邊看進(jìn)去，變壓器的勵(lì)磁回路相當(dāng)于一個(gè)非線(xiàn)性電感。當(dāng)變壓器及所在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯未飽和，相對(duì)導(dǎo)磁率較大，從原邊看進(jìn)去變壓器的勵(lì)磁回路相當(dāng)于一個(gè)帶鐵芯的電感線(xiàn)圈，變壓器繞組的電感也很大 ，因此勵(lì)磁電流很小， 通常只有變壓器額定電流 3%～ 6%或更小，可忽略不計(jì) 。在外部短路時(shí)，由于系統(tǒng)電壓下降，勵(lì)磁電 流也將減小， 它產(chǎn)生的影響就更小。 因此，在穩(wěn)態(tài)情況下勵(lì)磁電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響常常可忽略不計(jì)。 但是，在電壓突然增加的特 殊情況下，例如在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電時(shí)，一旦鐵芯飽和后，其相對(duì)磁導(dǎo)率接近于 1，從變壓器原方看進(jìn)去，勵(lì)磁回路相當(dāng)于一個(gè)空心線(xiàn)圈，變壓器的回路電感降低， 可能產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，其數(shù)值可達(dá)額定電流的 6～ 8倍。這種暫態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的 變壓器勵(lì)磁電流通常稱(chēng)為勵(lì)磁涌流。由于勵(lì)磁涌流的存在常常導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，給變壓器差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)困難。為此，應(yīng)討論變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因和它的特點(diǎn)，并 從中找到克服勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響的方法。 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生根源是 :變壓器一側(cè)的電壓突然增大 （ △ U ） ,電壓突變量與剩磁同相疊加造成變壓器鐵芯飽和所引起的。變壓器空載合閘時(shí) ,合閘側(cè)電壓突然升高 ； 外部故障切除后 ,切除故障側(cè)電壓突然升高 ,這兩種情況下均可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流。具體過(guò)程為 :在穩(wěn)態(tài)工作情況下 ,變壓器鐵芯中的磁通應(yīng)滯后于外加電壓 90176。 ,如果空載合閘時(shí) ,正好在電壓瞬時(shí)值 u = 0 時(shí)接通電路 ,則鐵芯中應(yīng)該具有磁通 ф m。但是由于鐵芯中的磁通不能突變 ,因此將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通 ,其幅值為 + ф m。這樣在經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后 ,鐵芯中的磁通就達(dá)到 2ф m。如果鐵芯中還有剩余磁通 ф s,則總磁通將為 2ф m + ф s。此時(shí)變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和 ,勵(lì)磁電流將劇烈增大 ,最大可達(dá)額定電流的 6～ 8 倍。這種勵(lì)磁電流就稱(chēng)為變壓器的勵(lì)磁涌流。 電力系統(tǒng)中的變壓器主要是三相變壓器，但可以把對(duì)單相變壓器的分析作為分析三相變壓器的基礎(chǔ)。 圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 變壓器的磁化曲線(xiàn) 圖 中 為磁化曲線(xiàn) ， A 點(diǎn)為飽和磁通，直線(xiàn) AB 為過(guò) A點(diǎn)向?qū)嶋H磁化曲線(xiàn)飽和區(qū)域所作的切線(xiàn)。 為分析方便，不考慮非周期分量衰減，并將鐵心磁化曲線(xiàn)簡(jiǎn)化為圖 所示的兩段折線(xiàn) OAB。變壓器空載合閘于工頻無(wú)窮大電源， 電壓與磁通之間的關(guān)系為 )s in ( ???? wtUdtd m () 式中α為空載合閘時(shí)電源電壓的初相角 設(shè)變壓器在 t=0時(shí)空載合閘，加在變壓器上的電壓為 u = )sin( ??wtUm () 由磁通不能突變，得到空載合閘的鐵芯磁通為 smm wt ????????? ?? c o s)c o s ( () 式中， w 為對(duì)應(yīng)電壓 mU 的磁通幅值，我們稱(chēng) )cos( ??? wtm 為穩(wěn)態(tài)磁通，將非同期磁通?cosm? 和剩磁 s? 合稱(chēng)為暫態(tài)磁通（即非周期分量）。 當(dāng) 0?? 時(shí)，鐵芯中磁通密度最大可達(dá) 2 sm ??? ，鐵芯飽和程度很?chē)?yán)重，鐵芯磁通和勵(lì)磁涌流的圖形分別如下圖所示（其中 d? 為間斷角） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 當(dāng) 0?? ，剩磁為 時(shí)空載合閘 勵(lì)磁涌流中 ， 含有大量高次諧波和非周期分量 。 除基波和非周期分量外 ， 高次諧波電流以二次諧波為最大。二次諧波電流是變壓器勵(lì)磁涌流最明顯的特征 ， 因?yàn)樵谄渌r下很少有偶次諧波發(fā)生。勵(lì)磁涌流的 一次波形具有明顯的間斷角 ， 這也是涌流的一個(gè)顯著特點(diǎn)。 產(chǎn)生勵(lì) 磁涌流的主要原因是變壓器鐵芯的嚴(yán)重飽和使勵(lì)磁阻抗大幅度降低。勵(lì)磁 涌流的大小和衰減速度與合閘瞬間電壓的相位、剩磁的大小、方向、電源和變壓器的容量等有關(guān)。 對(duì)于單相變壓器， 當(dāng)電壓 為最大 值時(shí)合閘，就不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，只有正常勵(lì)磁電流。而對(duì)于三相變壓器無(wú)論在任何瞬時(shí)合閘，至少有兩相會(huì)出現(xiàn)程度不等的勵(lì)磁涌流。 當(dāng)變壓器鐵心不飽和，即 |Φ (t)|Φ s時(shí)，電流 i(t)=0。 當(dāng)變壓器鐵心飽和時(shí)，變壓器鐵心在飽和區(qū)域的電感 L為常量，即 |Φ(t)| ＞ Φs 時(shí) ，電流 i(t) ＞ 0。 對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行分析的主要目的在于討論勵(lì)磁涌流的最大值、最小間斷角、最小二次諧波分量和非周期分量的大小，從而分析變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作情況。 . 變壓器勵(lì)磁涌流的 特點(diǎn) 1） 勵(lì)磁涌流很大，其中含有大量的直 流分量； 2） 勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波，其中以 2次諧波為主，而短路電流中 2次諧波成 分很小。表 ； 3）勵(lì)磁涌流的波形有間斷角，涌流越大，間斷角越??； 4) 勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。一般情 況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，但總的趨勢(shì)是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。 表 變壓器內(nèi)部短路電流和勵(lì)磁涌流諧波分析結(jié)果 諧波分量占基波分量的百分比（ %） 勵(lì)磁涌流 短路電流 例 1 例 2 例 3 例 4 不飽和 飽和 基波 100 100 100 100 100 100 2 次諧波 36 30 50 23 9 4 3 次諧波 7 4 32 4 次諧波 9 — 7 9 5 次諧波 5 — — — 4 2 直流 66 80 62 73 38 0 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 49 頁(yè) 1）使變壓器在投運(yùn)時(shí)引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，變壓器的投運(yùn)頻頻失敗； 2）變壓器出線(xiàn)短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電； 3）數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過(guò)大而受損； 4）勵(lì)磁涌流及其引起的操作過(guò)電壓會(huì)對(duì)變壓器及斷路器等電氣設(shè)備造成損壞； 5） 勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過(guò)度磁化而大幅降低測(cè)量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率； 6）造成電網(wǎng)電壓驟升或驟 降，影響其他電氣設(shè)備正常工作； 7）勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染； 8）引起臨近正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流而跳閘 因此，必須對(duì)勵(lì)磁涌流采取相應(yīng)的措施，把危害降到最低。 本章總結(jié) 本章首先介紹了變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理，闡述了差動(dòng)回路中的不平衡電流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響，以單相變壓器為例，分析了變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理，并敘述了變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)、危害及怎樣減少勵(lì)磁涌流。 通過(guò)對(duì)電力變壓器 差動(dòng)保護(hù)電路進(jìn)行分析 ,找出常見(jiàn)的不平衡電流產(chǎn)生的原因 ,并提出了一些措施 ,提高變壓器差 動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率 ,確保變壓器的安全運(yùn)行。 如前所述，變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要矛盾集中在鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障上。近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者致 力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出了多種鑒別勵(lì)磁涌流的原理與方法， 下面簡(jiǎn)要的概述一下這些原理與方法。 諧波識(shí)別法是通過(guò)電流或電壓中諧波含量的多少來(lái)區(qū)分