【文章內(nèi)容簡介】 的原因。由于差動保護(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，其差動保護(hù)回路中有不平衡電流，使差動保護(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一側(cè)，二次側(cè)為同極相連)，差動繼電器的工作線圈并聯(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，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，因此差動保護(hù)不動作。然而，由于變壓器實(shí)際運(yùn)行中引起的種種不平衡電流，使得差動繼電器的動作電流增大，從而降低了保護(hù)的靈敏度，因此，減少不平衡電流及其對保護(hù)的影響，就成為實(shí)現(xiàn)變壓器差動保護(hù)的主要問題。為此，應(yīng)分析不平衡電流的產(chǎn)生原因，并討論減少其對保護(hù)影響的措施。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 5 頁 共 49 頁 差動保護(hù)中不平衡電流產(chǎn)生的原因由于差動保護(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，其差動回路中有不平衡電流，使差動保護(hù)處于不利的工作條件下。為保證變壓器差動保護(hù)的正確靈敏動作，必須對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)行時由勵磁電流引起的不平衡電流變壓器正常運(yùn)行時，勵磁電流為額定電流的 3%～5%。當(dāng)外部短路時，由于變壓器電壓降低，此時的勵磁電流更小，因此，在整定計算中可以不考慮。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方式，即使兩側(cè)電流數(shù)值相等，也會產(chǎn)生 2 sin15176。的不平衡電流。因此，必須1I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 接線的變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接線，這樣可以使兩側(cè)電流互感器二次連接臂上的電流 和 相位一致，按該方法接線進(jìn)行相位補(bǔ)償后，高壓側(cè)保護(hù)臂中電流2ABIab比該側(cè)互感器二次側(cè)電流大 倍，為使正常負(fù)荷時兩側(cè)保護(hù)臂中電流接近相等，故高壓側(cè)電流互3感器變比應(yīng)增大 倍。在實(shí)際接線中，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)生差動繼電器的電流相互接錯，極性接反現(xiàn)象，在變壓器的差動保護(hù)投入之前要做接線檢查，在運(yùn)行后，如測量不平衡電流值過大不合理時，應(yīng)在變壓器帶負(fù)載時測量互感器一、二次側(cè)電流相位關(guān)系以判別接線是否正確。3）電流互感器計算變比與實(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。為要滿足正常運(yùn)行或外部短路時流入繼電器差動回路中的電流為零，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)電流互感器型號不同由于變壓器各側(cè)電壓等級和額定電流不同，所以變壓器各側(cè)的電流互感器型號不同，它們的飽和特性不同、勵磁電流（歸算至同一級）也就不同，從而在差動回路中產(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。在整定計算中，差動保護(hù)只能按照某一變比整定，選擇恰當(dāng)?shù)钠胶饩€圈減小或消除不平衡電流的影響。當(dāng)差動保護(hù)投入運(yùn)行后，在調(diào)壓抽頭改變時一般不可能對差動保護(hù)的電流回路重新操作，因此又會出現(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 共 49 頁暫態(tài)情況下的不平衡電流是由變壓器勵磁涌流產(chǎn)生，變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對差動回路來說，勵磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流。因此，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來不利影響。正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓降低，勵磁電流也將減小。因此，在正常運(yùn)行和外部短路時勵磁電流對縱差保護(hù)的影響常常可忽略不計。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)很大的勵磁電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵磁電流通常稱勵磁涌流。變壓器的勵磁涌流就是一種暫態(tài)電流,對差動保護(hù)回路不平衡電流的影響更大。 變壓器的勵磁涌流變壓器差動保護(hù)繼電器的正確選型、設(shè)計和整定，都與變壓器勵磁電流有關(guān)。變壓器的勵磁電流是只流入變壓器接通電源一側(cè)繞組的，對差動保護(hù)回路來說勵磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流。因此，它必然給差動保護(hù)的正確工作帶來影響。從變壓器原邊看進(jìn)去，變壓器的勵磁回路相當(dāng)于一個非線性電感。當(dāng)變壓器及所在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，鐵芯未飽和，相對導(dǎo)磁率較大，從原邊看進(jìn)去變壓器的勵磁回路相當(dāng)于一個帶鐵芯的電感線圈，變壓器繞組的電感也很大，因此勵磁電流很小，通常只有變壓器額定電流 3%～6%或更小，可忽略不計。在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓下降，勵磁電流也將減小，它產(chǎn)生的影響就更小。因此，在穩(wěn)態(tài)情況下勵磁電流對差動保護(hù)的影響常?？珊雎圆挥嫛５?，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，一旦鐵芯飽和后，其相對磁導(dǎo)率接近于 1，從變壓器原方看進(jìn)去，勵磁回路相當(dāng)于一個空心線圈，變壓器的回路電感降低，可能產(chǎn)生很大的勵磁電流，其數(shù)值可達(dá)額定電流的 6～8 倍。這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的變壓器勵磁電流通常稱為勵磁涌流。由于勵磁涌流的存在常常導(dǎo)致差動保護(hù)誤動作，給變壓器差動保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來困難。為此，應(yīng)討論變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的原因和它的特點(diǎn)，并從中找到克服勵磁涌流對差動保護(hù)影響的方法。 勵磁涌流產(chǎn)生的原因變壓器勵磁涌流的產(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 ,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)很大的勵磁涌流。具體過程為: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 ,正好在電壓瞬時值 u = 0 時接通電路 ,則鐵芯中應(yīng)該具有磁通 фm。但是由于鐵芯中的磁通不能突變 ,因此將出現(xiàn)一個非周期分量的磁通 ,其幅值為 + фm。這樣在經(jīng)過半個周期后 ,鐵芯中的磁通就達(dá)到 2фm。如果鐵芯中還有剩余磁通 фs,則總磁通將為 2фm + фs。此時變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和 ,勵磁電流將劇烈增大 ,最大可達(dá)額定電流的 6～8 倍。這種勵磁電流就稱為變壓器的勵磁涌流。電力系統(tǒng)中的變壓器主要是三相變壓器，但可以把對單相變壓器的分析作為分析三相變壓器的基礎(chǔ)。圖 為一實(shí)際變壓器的磁化曲線陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 7 頁 共 49 頁圖 變壓器的磁化曲線圖 中 為磁化曲線，A 點(diǎn)為飽和磁通，直線 AB 為過 A 點(diǎn)向?qū)嶋H磁化曲線飽和區(qū)域所作的切線。為分析方便，不考慮非周期分量衰減，并將鐵心磁化曲線簡化為圖 所示的兩段折線 OAB。變壓器空載合閘于工頻無窮大電源，電壓與磁通之間的關(guān)系為 ())sin(????wtUdtm式中 α 為空載合閘時電源電壓的初相角設(shè)變壓器在 t=0 時空載合閘，加在變壓器上的電壓為= ()u)sin(?tm由磁通不能突變，得到空載合閘的鐵芯磁通為 ()smmwt?????co)cos(式中， 為對應(yīng)電壓 的磁通幅值，我們稱 為穩(wěn)態(tài)磁通，將非同期磁通wU)s(?t和剩磁 合稱為暫態(tài)磁通（即非周期分量） 。?cosm?s當(dāng) 時，鐵芯中磁通密度最大可達(dá) 2 ，鐵芯飽和程度很嚴(yán)重，鐵芯磁通和勵磁涌0?sm流的圖形分別如下圖所示（其中 為間斷角）d?陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 8 頁 共 49 頁圖 當(dāng) ，剩磁為 時空載合閘0??勵磁涌流中，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。勵磁涌流的一次波形具有明顯的間斷角，這也是涌流的一個顯著特點(diǎn)。產(chǎn)生勵磁涌流的主要原因是變壓器鐵芯的嚴(yán)重飽和使勵磁阻抗大幅度降低。勵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)。對于單相變壓器，當(dāng)電壓為最大值時合閘，就不會出現(xiàn)勵磁涌流，只有正常勵磁電流。而對于三相變壓器無論在任何瞬時合閘，至少有兩相會出現(xiàn)程度不等的勵磁涌流。當(dāng)變壓器鐵心不飽和，即|Φ(t)|Φs 時，電流 i(t)=0。當(dāng)變壓器鐵心飽和時，變壓器鐵心在飽和區(qū)域的電感 L 為常量，即|Φ(t)|＞Φs 時，電流 i(t) ＞0。對勵磁涌流進(jìn)行分析的主要目的在于討論勵磁涌流的最大值、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保護(hù)的動作情況。. 變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)1）勵磁涌流很大，其中含有大量的直流分量；2）勵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 中列出了短路電流和勵磁涌流中各次諧波分量的比例；3）勵磁涌流的波形有間斷角，涌流越大，間斷角越??； 4) 勵磁涌流的衰減常數(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)時間越長，但總的趨勢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)部短路電流和勵磁涌流諧波分析結(jié)果勵磁涌流 短路電流諧波分量占基波分量的百分比（%）例 1 例 2 例 3 例 4 不飽和 飽和基波 100 100 100 100 100 1002 次諧波 36 30 50 23 9 43 次諧波 7 4 324 次諧波 9 — 7 95 次諧波 5 — — — 4 2陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 9 頁 共 49 頁直流 66 80 62 73 38 01）使變壓器在投運(yùn)時引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動作，變壓器的投運(yùn)頻頻失??；2）變壓器出線短路故障切除時所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；3）數(shù)值很大的勵磁涌流會導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動力過大而受損；4）勵磁涌流及其引起的操作過電壓會對變壓器及斷路器等電氣設(shè)備造成損壞；5）勵磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動作率；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）勵磁涌流中的大量諧波對電網(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，必須對勵磁涌流采取相應(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保護(hù)的基本原理，闡述了差動回路中的不平衡電流對變壓器差動保護(hù)的影響，以單相變壓器為例，分析了變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理，并敘述了變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)、危害及怎樣減少勵磁涌流。通過對電力變壓器差動保護(hù)電路進(jìn)行分析 ,找出常見的不平衡電流產(chǎn)生的原因 ,并提出了一些措施 ,提高變壓器差動保護(hù)的正確動作率 ,確保變壓器的安全運(yùn)行。如前所述，變壓器差動保護(hù)的主要矛盾集中在鑒別勵磁涌流和內(nèi)部故障上。近十多年來，國內(nèi)外專家學(xué)者致力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出了多種鑒別勵磁涌流的原理與方法，下面簡要的概述一下這些原理與方法。 諧波識別法諧波識別法是通過電流或電壓中諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流。可以分為兩種，一是利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流；二是通過分析變壓器端電壓中的諧波分量而形成的電壓制動式保護(hù)。 二次諧波電流鑒別勵磁涌流分析表明，勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量，通過計算差動電流中的二次諧波電流與基波陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文第 10 頁 共 49 頁電流的幅值之比可判別是否存在勵磁涌流。當(dāng)出現(xiàn)勵磁涌流時應(yīng)有 ＞ ，式中 、2dI1dIK?1dI為差流中基波和二次諧波模值； 是二次諧波制動比，可以調(diào)整，一般整定為 15%～17% 。二2dI K次諧波制動原理簡單明了，目前在國內(nèi)外變壓器的常規(guī)保護(hù)中運(yùn)用較普遍，有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，微機(jī)保護(hù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該種原理。 諧波電壓鑒別勵磁涌流其基本思想是當(dāng)變壓器因勵磁涌流出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時，端電壓會出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，其中包含較大的諧波分量，可以用來鑒別勵磁涌流。其原理簡述如下，如果變壓器的三相電壓滿足：＞ ()1Vth或 ＞ ()sumTt此時判為勵磁涌流，保護(hù)閉鎖。其中 是電壓基波分量的幅值； 、 分別是門檻值；1 thVtT是一個監(jiān)視量，目的是為了克服在涌流時端電壓畸變引起的電壓 的下降導(dǎo)致保護(hù)誤動作，sumT ()kNksumVT???1其中 ——基波分量計算采樣值；kV1 ——電壓原始采樣值。分析和實(shí)驗(yàn)表明，在涌流情況下，雖然某些項(xiàng)可能出現(xiàn) ＜ ，但均可由對應(yīng)的 ＞ 可1VthsumTth靠制動。對于各種內(nèi)部短路，一般總有 ＜ 和 ＜ ，保護(hù)能夠快速跳閘。1VthsumTt與二次諧波電流制動相比，諧波電壓制動原理對于 LC 的振蕩相對不敏感，二次諧波電流制動的某些