浅析变压器差动保护

查正平

摘 要：近年来，我国输电线路电压等级不断提高，变压器的容量也随之增加。原有的变压器保护已不能满足安全需求，特别是煤矿生产这样的一级负荷，这就对其快速性提出了更高的要求。由于电力系统的发展特别是超高压远距离输电技术的发展，原来己用于实际的一些方案也面临着新的考验，变压器差动保护能否可靠快速动作也成为关键所在。然而变压器差动保护能否快速动作就是能否正确识别变压器励磁涌流。

关键词：单片机；差动保护；变压器

1 变压器纵联差动保护的基本工作原理

目前，变压器的保护工作仅仅是变压器纵联差动保护，主要目的是反应变压器引出线、绕组、套管等各种类型的短路故障。

纵联差动保护通过比较被保护变压器的两侧电流大小和相位实现。通过在变压器两侧各装设一组电流互感器TA1、TA2来实现两侧电流大小和相位的比较，其二次侧按环流法连接，。其保护范围为两侧电流互感器TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。

图1 变压器的纵联差动保护单相原理接线图

从图1-1可见，正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为=–，在理想的情况下，其值是零。但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平衡电流。变压器内部故障时，流过差动继电器的电流为=+，即为短路点的短路电流。当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。

2 变压器差动保护产生不平衡电流的主要原因

变压器的线路纵差保护和差动保护的原理基本相同，但是不平衡电流比线路纵差保护大，产生不平衡电流的主要原因有以下几个方面。

（1）变压器高、低压侧电流不同，因此两侧应使用不同变比的电流互感器。若高压侧电流的变比为，低压侧电流的变比为K1，低压侧电流的变比为K2，=KT，KT为变压器的变比。由于两侧电流互感器的依次额定电压、电流、变比和型号不同而在纵差保护的差回路会产生一定的不平衡电流。

（2）因为变压器高、低压侧绕组接法不同而相位可能不同，为保证正常运行时两侧电流互感器的二次回路中的电流能抵消，其二次的接线必须使两侧进入差回路的电流相位相同，故将变压器星形侧电流互感器接成三角形，使–和的相位相同。即两侧电流互感器的变比必须满足下式：

然而，由于电流互感器生产的系列化和标准化，不可能满足上式的要求。因此，这就是变压器纵联差动保护产生不平衡的第二个原因。

（3）带负荷调压的变压器在分接头时将改变上式所要求的变比关系，也必然产生不平衡电流。

（4）变压器励磁涌流使差回路产生不平衡电流。

变压器在外部短路后，如果切除电压，恢复或空载合闸的时候，极有可能产生较大的励磁涌流。但是当电压恢复到零的时候，空载合闸上的变压器断路器会因为铁芯磁通不能突变和铁芯中剩磁的影响，铁芯中的磁通为2，激磁电流急剧增大，可达到额定电流的6～8倍，此电流称为变压器的励磁涌流。

3 变压器差动保护图纸说明

在实施控制系统中，常常需要把外界连续变化的物理量变成数字量送入到计算机内进行加工、处理；反之，也需要将计算机计算结果的数字量转为连续变化的模拟量，用以控制，调节一些执行机构。在今天，对那些具有明确应用目标的单片机产品设计人员来讲，只需要合理的选用商品化的大规模A/D、D/A转换电路，了解他们的功能和接口方法。

图2 具有输入和输出的单片机应用系统

图3 差动保护实际接线图

由图3可以看出，差动保护在实际应用中都是以成套设备一起使用。由变压器两侧的电流互感器二次侧输出一组模拟量，经过采样保持和A/D转换转换成数字量，再送给单片机。而单片机中有预先输入的整定值，通过对输入量和预先存入的整定值进行比较来判断是否需要进行动作。当输入的数字量与预先存入的整定值不同并超出范围，单片机通过D/A转换将数字量转换为模拟量，再通过电气主接线上的断路器来进行动作。

4 总结

电力是我国的基础能源，电力相关工作的发展与人们生活和企业发展息息相关。如何提高变压器差动保护是当前急需解决的问题。

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