浅谈电力变压器的差动保护

浅谈电力变压器的差动保护

黄霞

黄霞

（中山ABB变压器有限公司528449）

摘要：电力变压器是电力系统中非常重要的设备，而差动保护是电力变压器的主保护之一，该保护方式可以有效地防御变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路故障，可以为变压器安全运行提供技术支持，创造安全环境。电力变压器会配置不同类型的差动保护，其作用原理也有差异，技术人员需要选择合适的差动保护技术，来确保电力变压器的安全运行。

关键词：电力变压器；差动保护

电力变压器是电力系统中非常重要的设备，在电力系统电压调整中起着重要作用，在对电力系统安全负责的同时也会给电力系统带来安全隐患，所以保证变压器运行的安全可靠性很有必要。差动保护是变压器的主保护，也是基础保护，技术人员需要基于差动保护原理，做好深化研究工作，使差动保护技术与变压器的适用性更强。本文针对电力变压器的差动保护进行介绍，希望对大家有所帮助。

一、电力变压器差动保护原理

差动保护是是比较被保护设备各引出线上的电流，规定电流的正方向为流入被保护设备。当各引出线之间在电路上相联时，被保护设备可看作是电路中的一个节点。在正常运行及外部故障时差动电流为零，差动保护可靠地不动作。在内部故障时，差动电流大于差动电流继电器的启动电流时，差动保护可靠地动作。差动保护分为纵联差动保护和横联差动保护，变压器的差动保护属于纵联差动保护。纵联差动保护有绝对的选择性，保护的动作不需要延时。一般内部最小短路电流大于差动电流的启动值，差动保护有很高的灵敏性。差动保护具有选择性好、灵敏、快速的优点。

变压器各侧电压不相等，各侧之间在电路上是不相通的，但变压器可以根据正常及外部短路时流入和流出变压器的功率相等或者说各侧电流（都以流入变压器为正方向）产生的安匝数之和近似为零的条件建立差动保护。

只有变压器发生内部故障时，差动保护技术才会开启保护模式，其它的区外故障不会引发差动保护，在该种状况下，电力变压器处于理想运行状态中，这种状态下的变压器进出电流参数值等同[1]。内部故障出现后，故障点处会出现短路电流，引发差动保护。差动保护只能解决电力变压器的内部故障，其属于主保护措施。很多电力设施都会采取该种保护措施，来预防内部故障。

1、磁通特性保护原理

在变压器差动保护中，多种保护方式的保护原理有异曲同工之妙，如磁通特性保护原理，其与励磁阻抗保护原理相似。在研究该原理时，技术人员需要对励磁支路进行研究，根据其非线性特性，计算其变化量，并根据变化参数大小作出保护动作决策。这种原理可以使变压器与微机技术结合起来，使变压器中的二次谐波保护原理不足之处得到弥补。这种保护原理也存在缺陷，其作用对象不全面，只限于单相变压器组，对其它变压器则无作用。

2、基于序阻抗原理的变压器保护原理

变压器内部故障和外部故障发生时，设备两侧的正负序阻抗数值不同，在象限区域中的分布也不同，所以在变压器发生故障时，技术人员可以直接观察序阻抗参数分布区域，便可以准确判断内外故障类型，即使变压器两侧的参数变化不同步，该种原理也能准确判断故障，但其在应用中，会受到励磁涌流限制，所以差动保护准确性得不到保证[2]。

3、功率差动保护原理

不同运行状态下的变压器功能消耗量不同，变压器能耗变大主要是因为其内部的绝缘层，该物质失效，会使电压器差生电弧放电现象，该现象需要借助大量功率才能实现，所以当变压器绝缘失效时，其本身的能耗会迅速增长。利用该种原理，技术人员也可以准确判断变压器故障。如果变压器消耗的功率很小，则意味着变压器不会发生内部故障。在该差动保护原理中，能量守恒定律是基础理论，该原理不涉及到励磁涌流，所以在作用时，也不会受其影响。在实际运行中，第一周的励磁涌流充电过程会对差动保护产生作用，且整个充电过程会消耗铜元素，技术人员需要使变压器的该种差动保护远离以上过程，否则差动保护作用准确性会降低。另外该种差动保护还具备其它缺陷，如不能准确计算Δ接线侧绕组内部电流，所以其对应的铜耗量也无法得以确定，这便使得变压器最终的能耗计算出现失误，差动保护失准。

4、基于回路方程的变压器保护原理

该种差动保护属于新型保护技术，其虽然也可以在变压器故障预防中发挥保护作用，但其本身也存在不足之处，其灵敏度和保护判据无法得到确定，技术人员还需要找到绕组漏感参数获取方法，使相关计算准确可靠[3]。另外还要针对该种保护原理，制定相关的保护方案。

二、变压器差动保护分类

差动保护类型有多种，相关的保护装置需要满足灵敏性、选择性特点，才能准确区分内外故障，进而开启保护模式，使变压器内部故障得到有效预防和诊断，变压器差动保护种类主要包括以下几种。

1.稳态比率制动纵联差动保护

变压器差动保护是按比较各侧电流大小和相位而构成的一种保护。虽然变压器各侧电流不等，且各侧之间在电路上互不相通，但可以根据主变正常工作及发生主变外部短路时流入和流出变压器的功率相等或者各侧电流产生的安匝之和近似为零的条件建立差动保护平衡方程。在变压器发生内部故障时，应有差动电流流过差动回路，差动继电器动作。

由于变压器各侧电流互感器型号、变比、计算变比、磁饱和特性、励磁电流及主变空载合闸的励磁涌流等影响，差流回路不可避免存在不平衡电流，一旦不平衡电流超过差动继电器动作整定值时，会导致差动保护误动作。除了不平衡电流，还需要考虑主变区外故障时短路电流的增大可能导致电流互感器磁饱和情况，此时，电流互感器已经不能正确反映故障侧电流，差流已无法正确平衡，极有可能造成差动保护误动作。故而变压器微机保护往往采用比率制动式差动继电器，动作电流随着不平衡电流的增大而按比率增大，且增长速率快于不平衡电流的增长速率。比率制动差动为引入区外短路电流作为制动电流，以差动电流作为动作电流。当区外故障电流增大时，制动电流也随之增大，从而有效遏制主变区外故障时差动保护误动作的情况发生。稳态比率差动保护用来区分差流是由于内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起。

2.零序纵联差动保护

变压器中性点直接接地的Y绕组，发生单相接地故障时，纵差保护的灵敏度较低，不能反应单相接地故障，故要装设零序纵联差动保护。由于所有电流互感器变比都一致，空载合闸的励磁涌流和调压分接头的调节又不增加该保护的不平衡电流，因此，零序差动保护的动作电流比纵差保护保护的小，从而取得较高的灵敏度。零序差动回路由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路组成。该保护对变压器绕组接地故障反应比较灵敏。运行经验说明，零序纵联差动保护用工作电压和负荷电流检验零序纵联差动保护接线的正确性较困难。在外部接地故障有由于极性接错而造成的误动作。该保护的正确动作率较低。

3.工频变化量比率差动保护

工频变化量构成灵敏度很高的工频变化量比率差动元件，来检测常规稳态比率差动无法或很难反映的小电流故障。只反映故障分量，不受变压器正常运行时负荷电流的影响，过渡电阻影响很小，采用高比率制动系数抗电流互感器饱和，采用浮动门槛技术保证在系统振荡和频率偏移等其他情况下，保护不误动。保护的灵敏度高，可靠性好。由于工频变化量比率差动的制动系数可取较高的数值，其本身的特性抗区外故障时CT的暂态和稳态饱和能力较强。工频变化量比率差动元件提高了装置在变压器正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度。

4、绕组差动保护

正常状态下的变压器一次侧和二次侧电流差值是固定的，该参数与内外部故障状态下对应的参数值不同，技术人员可根据正常参数来判断变压器故障点，绕组差动保护便是以此为动作依据[4]。在实际运行中，电流互感器电流会充当无法测得的绕组电流，所以实际参考差值会与实际差值不等同，前者要大于后者，再加上电流互感器电流测量精度也无法得到保证，所以绕组差动保护在运行中经常出现误动作问题，这降低了差动保护准确性。

5、分侧差动保护

该种保护技术主要作用于单相接地故障，其保护原理不复杂，相关的装置安装维修比较简单，在应用中，对调压分接头和励磁涌流的抵抗力较强，所以其运行安全系数较高[5]。在实际应用中，其对绕组引出端子数量具有限制要求，只有两个端子同时存在，分侧差动保护才会动作，在这种情况下，需要安装双倍保护装置，才能发挥该保护作用。另外该种差动保护还有其它限制，当变压器发生匝间故障时，该种保护不会动作。

三、变压器差动保护的发展趋势

变压器差动保护很关键，其研究工作一直未停歇，励磁涌动准确识别与应用一直是研究侧重点，但显然研究结果不是很理想。励磁涌流出现在变压器内部故障中，其会对内部故障解决产生影响，所以其会成为差动保护动作的首要解决问题。解决励磁涌流带来的负面影响，差动保护动作才不会出现失误。技术人员除了要研究差动保护技术外，还可以从设备本身入手，借助计算机技术来改善设备，使设备信息化、智能化程度更高。现有微机变压器保护装置，其主要利用高性能微处理器芯片完成保护操作，其可以提高变压器差动保护准确性。

结语

变压器差动保护发展趋势良好，相关的差动保护技术作用优势会越来越显著，技术人员在深化研究中，应明确相关的技术要点或找到突破点。在实际中，这种突破点主要指励磁涌动，虽然该研究内容还未有进展，但技术人员可以结合差动保护现状和变压器的运行需求，有效识别历次涌动，分析其与变压器差动保护的关系，使其得到完善。在此过程中，技术人员可以引入微机技术，使其能提高差动保护的准确度。

参考文献：

[1]托合提·艾海提，吐尔洪·亚森.电力变压器的差动保护原理研究[J].科技创新导报，2017，14（17）：19-20.

[2]张强.电力变压器的差动保护技术[J].黑龙江科学，2014，5（11）：278.

[3]吴宇，刘佳，王庆.电力变压器纵差保护原理分析[J].科技创业家，2013（20）：112.

[4]孙玉胜，刘涛，董宇，申克.电力变压器差动保护研究现状与发展趋势[J].电工电气，2016（12）：1-6.

[5]王强.电力变压器差动保护原理研究[J].民营科技，2016（09）：27.