变压器差动保护不平衡电流成因及消除方法探讨

黄徐

摘要：电力变压器能够安全稳定运行，与差动保护有着密不可分的关系，变压器差动保护在基尔霍夫电流原理上构建，在变压器的各侧安装电流互感器，比较各侧电流相位和数值大小，完成差动保护功能。以双卷变为例，在正常运行时发生区外故障，两侧电流互感器二次电流其方向相同，大小相等，差动电流其数值为不平衡电流，当变压器内部发生故障时，两侧电流互感器二次电流其方向相反，差动电流很大，差动保护必须动作。由此可见内部故障时容易实现变压器差动保护的可靠动作，而区外故障时，不平衡电流的大小则严重影响着变压差动保护的可靠性。

关键词：变压器;差动保护;不平衡电流

一、不平衡电流产生的原因

变压器内部出现励磁涌流、变压器两侧电流相位不同、变压器带负荷调节分接头、变压器两侧互感器励磁特性不一致、电流互感器计算电流比与实际电流比不同，以上几方面均是导致不平衡电流出现的原因。

二、不平衡电流对差动保护形成的影响以及消除手段

（一）变压器励磁涌流

变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给差动保护的正确工作带来不利影响。

正常情况下，变压器的励磁电流很小，在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对差动保护的影响常常可忽略不计。

但是，在电压突然增加的特殊情况下，比如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下，则可能出现励磁涌流。励磁涌流具有如下特征：

1.励磁涌流数值很大，最大可达变压器额定电流的6-8倍;

2.励磁涌流包含有很大成分的非周期分量，波形呈尖顶波形且偏于时间轴的一侧;

3.励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主;

4.励磁涌流相邻波形是不连续的，因而波形之间出现了间断角。

由于励磁涌流的存在，使变压器差动回路产生很大的不平衡电流，常常导致差动保护的误动作，给变压器差动保护的实现带来困难。

我们可以利用励磁涌流的这些特征克服励磁涌流：

1.采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护

2.利用二次谐波制动原理构成差动保护

3.利用间断角原理构成差动保护

（二）电压器两侧电流相位存在差异

由于变压器常常采用Y，d11（对双绕组变压器而言）的接线方式，因此，其两侧电流的相位相差30°。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式（即均采用Y形接线方式），则二次电流由于相位不同，也会在差动保护差回路产生不平衡电流。

解决办法是对一侧电流相位进行补偿：

即利用电流互感器接线方式（将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，将变压器三角形侧电流互感器接成星形）补偿电流相位，或由微机型差动保护软件将变压器各侧二次电流调整至同相。“外转角”补偿接线示例如图2所示。

（三）变压器带负荷调整分接头

在电力系统中，经常采用有载调压变压器，改变变压器的分接头位置，实际上就是改变变压器的变比。如果差动保护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好，则当变压器带负荷调压时，其变比会改变，此时，差动保护就得重新进行调整才能满足要求，但这在运行中是不可能的。因此，变压器分接头位置的改变，就会在差动继电器中产生不平衡电流，它与电压调节范围有关，也随一次电流的增大而增大。

变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流无法避免，只能通过整定计算时按中间档位分接头进行计算来减小不平衡电流。

（四）變压器两侧互感器励磁特性不一致

与线路纵联差动保护类似，各侧电流互感器励磁电流之间的不一致，形成变压器差动回路不平衡电流。由电流互感器的等效电路可知，形成电流互感器误差的根本原因是励磁电流。而变压器各侧电流互感器之间的励磁特性差异则导致了变压器差动回路的不平衡电流，由于变压器各侧电流互感器型号不同，计算不平衡电流时TA同型系数取1。外部故障时有较大电流“穿越”变压器，不平衡电流也较大。

解决办法与线路纵联差动保护类似，通常采用比率制动技术配合动作值整定躲过不平衡电流的影响，当制动电流增大时自动提高动作电流。

比率制动方程可表示为：

（五）电流互感器计算电流比与实际电流比不同

变压器高、低压两侧电流的大小是不相等的。在正常运行或外部短路时，要求流入继电器差动回路的电流为零。实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算电流比相接近且较大的标准电流比的电流互感器。这样，由于电流比的标准化使得其实际电流比与计算电流比不一致，从而产生不平衡电流。

解决办法是：经过上述几点办法消除了不平衡电流的二次电流因为电流互感器计算电流比与实际电流比不同依然不相等时，可将二者相除得到一平衡系数，在作差动计算时，将其中某一电流乘平衡系数以消除电流互感器计算电流比与实际电流比不同所产生的不平衡电流。

结语：

变压器作为一种电力设备有它的独特性，变压器通过变压器铁心磁路的耦合，改变了各侧电流的大小和相位，因此不能简单地利用基尔霍夫电流原理进行差动计算。一种成熟合格的变压器差动保护需要考虑各种因素减小不平衡电流，以保证差动保护的可靠性，而其中如何解决各侧电流相位不一与励磁涌流的影响又是解决不平衡电流问题的关键。

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