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1、电力变压器差动保护方案的研究第44卷第10期2007年10月叠嚣Vo1.44No.1O0ctober2007电力变压器差动保护方案的研究李家坤,刘娇娇(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072)摘要:对几种电力变压器差动保护方案的原理,优缺点和应用情况进行了分析和评价.关键词:变压器;差动保护;励磁涌流中图分类号:TM406文献标识码:B文章编号:1001—8425(2007)10—0028—05ResearchonDifferentialProtectiveProgrammesforPowerTransformerLIJia-
2、kun,LIUJiao-jiao(WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Theprinciples,advantages,disadVantagesandapplicationofseveraldifferentiaprotectiveprogrammesforpowertransformerareanalyzedandevaluated.Keywords:Transformer;Differentialprotection;Magnetizinginrushcurrent1引言2电
3、流波形特征识别法变压器差动保护是电力变压器的主保护之一,差动保护的理论依据是基尔霍夫电流定律.对于在发电机和线路保护的应用中,差动保护表现出了良好的选择性,高灵敏度和高速动性.但对于变压器而言,由于内部磁路的联系,其本质上不再满足基尔霍夫电流定律,变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源.在正常运行时,变压器励磁电流通常低于额定电流的1%,所以设定差动保护动作值可准确区分变压器内部故障与外部故障.但是,电力变压器运行条件复杂,当变压器过励磁运行时,励磁电流可达到变压器额定电流的水平,将引起差动保护误动作.在变压器空载合闸或者
4、变压器外部短路被切除而变压器电压突然恢复时,励磁涌流达到额定电流的6倍～8倍,可与短路电流相比拟.而励磁涌流流经电源侧,造成变压器两侧电流的不平衡,从而在差动回路内产生不平衡电流,导致差动保护误动作.为解决由于励磁涌流而使变压器差动保护经常出现误动作的问题,寻求正确识别变压器内部故障和励磁涌流的方法,笔者对各种差动保护方案的原理,优缺点及应用情况进行了分析和评价.电流波形特征识别法是一种传统的识别法,一直是人们研究的热点,目前仍然占据差动保护的主流.该方法是以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据.已应用于实践的有二次谐波制动
5、原理,间断角原理,小波变换方法和神经网络方法等.2.1二次谐波制动原理二次谐波制动法是计算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值之比,若其值较大,则判定为涌流,常用的判别式为:后式中k一二次谐波电流幅值,d——基波电流幅值后——二次谐波制动比二次谐波制动原理比较简单,目前国内外实际投运的微机变压器保护大都采用该原理.但是,该原理的变压器差动保护存在以下几个问题.(1)励磁涌流是暂态电流,不适合用傅里叶级数的谐波方法.因为对暂态信号而言,傅里叶级数法的周期延拓将导致错误的结果.(2)很难选择制动比.10期李家坤,刘娇娇:电力变压器
6、差动保护方案的研究29(3)在变压器内部故障不对称的情况下,尤其在变压器附近装配无功补偿设备时,会在故障电流中产生较大的二次谐波分量,使差动保护被迫制动,直到二次谐波分量衰减后不能动作,从而延迟了切除故障时间.(4)随着电网电压等级的提高和系统规模的扩大以及变压器单机容量的扩大,大型变压器内部严重故障时,由于谐波使短路电流中的二次谐波含量增大,有可能使二次谐波制动,引起差动保护延时动作.2.2间断角原理间断角原理『1利用了励磁涌流波形具有较大间断角的特征,通过检测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的.该原理的模拟式保护装置已在电力系
7、统中广泛应用,但需解决电流互感器引起间断角变形的问题.当电流互感器饱和时,在涌流的间断区域将产生反向电流,可能导致涌流间断角消失引起差动保护误动,而对于内部故障电流,电流互感器饱和将导致差动电流的间断角增大,从而引起拒动.此外,用微机实现间断原理时,增加了保护装置的硬件成本,主要表现在以下两个方面.(1)需要较高的采样率以准确测量间断角,对CPU的计算速度提出了更高的要求.(2)励磁涌流在间断处的电流非常小,几乎接近于0,而A/D转换芯片在0点附近转换误差最大,因此,需要选用高分辨率的A/D转换芯片.2.3小波变换法小波变换在时域
8、和频域中具有表征信号局部特征的能力,非常适合于非平稳信号的分析,克服了傅里叶变换只能适应稳态或准稳态信号分析的缺点,可以准确地提取信号的特征.目前,小波变换在差动保护方面的应用研究较为深入,但一直以来主要集中在高次谐波检测回和奇异点检测『3】.实际
