變壓器差動(dòng)保護(hù)的新原理研究孫鳴，江海峰，明肥1業(yè)大7電1.程學(xué)院，安徽合肥2300091對當(dāng)前電姑統(tǒng)中變壓器呆護(hù)由于蛟凝鑒別理論不完善而導(dǎo)致的正確動(dòng)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(dòng)作區(qū)則，和故障電流的判據(jù)，并喊熟的比率制動(dòng)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(yùn)行方式的影響。

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

　　旦疋電流差動(dòng)保護(hù)無法測得厲力磁電，因而難以區(qū)分變壓器的勵(lì)磁涌流和故障電流，所以多年來對變壓器保護(hù)的研究著重于如何在勵(lì)磁涌流情況下將電流差動(dòng)閉鎖，例如波形對稱原理小波變換原理電壓制動(dòng)原理等值路原理等等，這鳴鑒別機(jī)制有的獲得了些遠(yuǎn)，旬的還仍處廣文驗(yàn)研究階段。其中比較實(shí)片的方法足采用電流羌動(dòng)保妒作力主保護(hù)。利用次諧波制動(dòng)說理來躲避勵(lì)磁涌流。但是隨右電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大電壓等級的提高，次諧波制動(dòng)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(fù)過程勵(lì)磁涌流和故障電流。將這個(gè)勵(lì)磁涌流判據(jù)句電流差動(dòng)保護(hù)相結(jié)合作為變玉器。保護(hù)就可以提高變出器保護(hù)的正確動(dòng)作率。

　　1變壓器勵(lì)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(shí)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(shí)的平均電感。代入式1聯(lián)立得收稿日期2002當(dāng)7.1.乙時(shí)并考慮到剩磁得解析解為其中為穩(wěn)態(tài)時(shí)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(yīng)的激磁電流。2為中載合閘時(shí)鐵心磁通4激磁電流波形。其中為磁通飽和點(diǎn)?？梢钥吹借F心飽和前激磁屯流報(bào)小，飽和則急劇增大。

　　如果在初相角，0時(shí)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(lì)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(gè)周期，即當(dāng)瓜時(shí)，穩(wěn)態(tài)分量的瞬時(shí)值與瞬態(tài)分量的瞬時(shí)值以及剩磁的瞬時(shí)值疊加可超過2九顯然這時(shí)的磁路非常飽和，相應(yīng)的激磁電流急劇增大，可達(dá)正常激磁電流的幾百倍，或者說可達(dá)到幾倍的額定電流2如果在初相角，90.時(shí)接通電源，且剩磁很小可忽略不計(jì)，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(jìn)入穩(wěn)態(tài)，這就避免了沖擊電流。相變壓器勵(lì)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(fù)雜。但是相變壓器的勵(lì)磁涌流有個(gè)顯著的特點(diǎn)，即無論合閘的初相角為多少，均不可避免地產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。這是因?yàn)橄啻磐ǚ謩e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(yán)重。而變壓器差流保護(hù)是按相差動(dòng)的，所以空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流若不采取必要措施必然會(huì)使電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)2基于有功功率差動(dòng)的變壓器勵(lì)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(fù)載損耗和空載損耗。負(fù)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(xì)研究很復(fù)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(rèn)為其變化規(guī)律與歐姆損耗相似。這樣，負(fù)載損耗的變化規(guī)律就可以認(rèn)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(fù)載損耗，所以變壓器的負(fù)載損耗可為祜2么戶，其中，為實(shí)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(rèn)為是個(gè)似小的量。

　　變壓器在勵(lì)磁油流時(shí)，由于勵(lì)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(fù)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(dòng)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(biāo)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(dāng)汕鍆內(nèi)發(fā)生姒路故降。，短路點(diǎn)的弧光51放電會(huì)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(jìn)步發(fā)展逐漸增人的趨勢；而言故0障發(fā)生在保護(hù)1外時(shí)，變樂器的有功消耗雖然會(huì)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(fù)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(lì)磁涌流以及區(qū)外故障區(qū)分開來。文獻(xiàn)4提出了單相變壓器的有功功率差動(dòng)保護(hù)原理，并給出了保護(hù)動(dòng)作方程式，即壓器兩端測得的電壓電流瞬時(shí)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(fù)載系數(shù)實(shí)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(lì)磁電流造成的空載損耗以及化感器轉(zhuǎn)換誤差后的動(dòng)作整定仇。

　　這種推廣僅是在電工學(xué)原理上的推廣，并不具有實(shí)用價(jià)值。首先，式2中的自難以確定，這是因?yàn)樽兤鞴收蠒r(shí)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(hù)整定值的選，同柞存在問，整定值必須以變壓器出廠試驗(yàn)得到的空載損耗參數(shù)為參考標(biāo)準(zhǔn)。而變器在做出廠試驗(yàn)時(shí)，其相電壓電流均是對稱的故障，磁路與出廠試驗(yàn)時(shí)的條件不盡相同，使得有功損耗難以，計(jì)。電工理論在分析不對稱故障時(shí)，常使叫付稱分量法，將實(shí)際系統(tǒng)分解成3個(gè)完全付稱的序，通過3個(gè)對稱序網(wǎng)來解決實(shí)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(gè)序網(wǎng)中，只有正序網(wǎng)中含有電源，與正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)保護(hù)原理的動(dòng)作方程式為1；廣1；為變玉1中低樂側(cè)的正序負(fù)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(dòng)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(fù)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(yīng)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(jì)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(dāng)變壓器低吒澆仙口3相姒路。，流過1卡側(cè)姒路1應(yīng)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(hù)能夠可靠動(dòng)作保護(hù)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(jì)算的變壓器有功功率差值遠(yuǎn)小于整定值，可以保證保護(hù)可靠不動(dòng)作。

　　以仿真結(jié)果4證叫十序有功功率差動(dòng)保護(hù)躲避勵(lì)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(shí)勵(lì)磁涌流情況下的有功消耗；1故險(xiǎn)變；土器在20，公閘時(shí)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(hù)新原理及實(shí)現(xiàn)更詳盡的仿真證明了正序功率差動(dòng)保護(hù)不僅能區(qū)別空載合閘和故障排除后電壓恢復(fù)過程中的勵(lì)磁涌流與胡嫜電流的不同，而且對于保護(hù)區(qū)內(nèi)的對稱或非對稱胡障也能正確動(dòng)作。但是同時(shí)也應(yīng)該看出單的正序功率差動(dòng)該保護(hù)也存在著些不足，如變壓器端口相短路可能出現(xiàn)動(dòng)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(dòng)及流保滬，除判別勵(lì)磁涌流存在不足外，其它動(dòng)作行為均能達(dá)到滿意的效果，而且該保滬擁有豐富的運(yùn)丁分驗(yàn)，代有效忭已得到實(shí)踐的充分檢驗(yàn)。所以。如果將這兩種保護(hù)原理機(jī)地結(jié)合起來，就能眵實(shí)現(xiàn)較為理想的動(dòng)作行為。

　　具體的實(shí)現(xiàn)方法是采用正序有功功率差動(dòng)保護(hù)作為勵(lì)磁涌流的判據(jù)。在勵(lì)磁油流情況1將保護(hù)閉鎖故障情況下，由比例制動(dòng)差流保護(hù)作為動(dòng)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(hù)裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)執(zhí)行主程序的人機(jī)對話巡檢通信等工作，在檢測到差流或者相電流突變時(shí)啟動(dòng)故障處理程序。其故障處理子程序流程由比例制動(dòng)差流保護(hù)閉鎖保護(hù)出口；在勵(lì)磁涌流時(shí)，滿足勵(lì)磁涌流判據(jù)，由正序有功功率差動(dòng)保護(hù)閉鎖保護(hù)出口；在內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)出口動(dòng)作。該程序?yàn)榱穗娏骰テ鲾嗑€報(bào)，閉，內(nèi)部故，跳閘Kr，Kn差動(dòng)速斷低壓加速保護(hù)可靠系數(shù)；Ih額定電流，額定電壓；正序有功功率差動(dòng)保護(hù)整定值汰型變壓規(guī)嚴(yán)重故障情況下動(dòng)作的快，也峋正序有功功率差動(dòng)保護(hù)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(dòng)電流大于比較大可能勵(lì)磁涌流時(shí)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(lì)磁涌流的比較小電壓時(shí)，取消勵(lì)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(lì)磁油流和部故障屯流的區(qū)別成變壓器保護(hù)研究中的個(gè)難點(diǎn)，也成了提變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作成功率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的勵(lì)磁涌流判據(jù)采用單的電流獻(xiàn)或電壓量作為勵(lì)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(dòng)保護(hù)由同時(shí)采用電壓量和電流量作為勵(lì)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(yùn)行比較成熟的比率制動(dòng)電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)相結(jié)合構(gòu)成變壓器主保護(hù)，可以預(yù)能夠顯著地提高保護(hù)動(dòng)作的正確率。

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

　　2iV，i，ti，穴。張傳利，等。變；器勵(lì)磁涌流判，心決的現(xiàn)狀4發(fā)展。中國電力。398陳德樹。計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)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(hù)的研宄0.合肥合肥工業(yè)大學(xué)，2002.

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