施雅媛　胡金峰

【摘 要】长期以来，变压器差动保护一直广泛地用作变压器的主保护，其具有原理简单、使用纯电气量、灵敏度高、选择性好、保护范围明确的特点，但差动保护的正确动作率相比较线路保护和发电机保护是非常低的，究其本质是不再满足基尔霍夫电流定律，当发生励磁涌时保护可能误动。为适应电力工业的发展要求，早期的学者们利用励磁涌流固有的特征研究了很多方法来区分励磁涌流，从上世纪八十年代开始，继电保护工作者先后提出了磁通特性原理、等值方程和功率差动原理等保护新原理。本文通过对以上各个保护的原理、有缺点等进行分析和研究，比较和评价这几种保护原理的性能，并展望未来变压器保护的发展趋势和方向。

【关键词】变压器保护；差动保护；磁通特性；等值方程；功率差动

0.引言

目前，變压器保护是采用电流差动保护作为主保护，利用二次谐波制动原理来躲避励磁涌流。

另外，近年来国内外保护工作者根据现场运行的总结和理论的不断研究，先后提出了磁通特性法、等值方程法和功率差动法等变压器主保护的新思路。本文在此基础上对以上保护原理进行分析研究。

1.差动保护原理及制动原理

1.1差动保护原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定律工作的，当变压器正常运行或发生区外故障时，将其看作为理想变压器，则流入变压器的电流和流出的电流相等。差动保护不动作；当变压器发生内部故障时，其两端短路电流流入故障点，此时流入和流出电流不等，因此差动保护继电器动作。如图1所示为单相双绕组电力变压器差动保护的原理接线图。

对于电流互感器饱和带来差电流的误差，人们提出了变斜率的差动保护判据。图2中的虚线就是当差电流大到一定的程度时，采用更大的斜率实行保护制动。

1.2二次谐波制动原理

二次谐波制动原理就是根据励磁涌流中的二次谐波含量比短路电流相比所占差动电流的比例较大而提出的。二次谐波制动方法就是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差动电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。

2.基于磁通特性的保护原理

当变压器发生励磁涌流状态，ψ-i曲线为变压器的空载磁化曲线；当发生内部故障时ψ-i为一条斜率很小的直线。即，根据实际情况下ψ-i曲线的形状来判断是发生励磁涌流情况还是内部故障情况。具体的如图3所示。

由以上原理分析可以看出，基于磁通特性的保护原理的优点是原理简单、计算量小、数据采集方便，目前的主要的问题在于门槛值整定困难且由于难以界定制动量的大小，保护判据存在一定的模糊性。

3.基于等值方程的保护原理

基于等值方程的保护原的优点是不受励磁涌流的影响，原理简单、数据采集方便、判据清楚，但是目前存在的问题是：绕组参数无法准确获取，因为基于等值方程原理是建立在正确建立变压器模型和准确获取绕组参数基础上，绕组参数无法准确获取对该方法的影响是是十分严重的；另外，保护方案整定困难也是其难以实现实际应用的另一个问题。

4.基于功率差动的保护原理

功率差动保护原理的理论依据是能量守恒定律，通过计算变压器的有功损耗来判别变压器运行状态。当变压器正常运行时，由于变压器的损耗主要是铜耗及铁耗且此时非常低，因此消耗的有功功率很小；而当发生励磁涌流时，虽然瞬时功率随着励磁电流的激增会较大但是其在一段时间内的平均有功功率仍然较小；当变压器发生内部故障时，变压器将消耗大量的有功功率，因此可以根据变压器消耗的有功功率的大小来判断是否发生故障。

基于功率差动的保护原理的优点是利用能量守恒原理来区别励磁涌流和故障电流带来的影响，可以摆脱励磁涌流对保护的影响。但是由于绕组存在储能，当发生励磁涌流时需要延时至少一个周期来判别，因此保护速动性降低。另外，对于内部绕组发生小匝数的匝间故障时存在死区，由于励磁涌流时铜耗、铁耗难以准确计算，因此整定较困难。

5.结论

本文通过对以上几种变压器保护原理的分析研究得到以下结论：

（1）利用波形特征作为识别励磁涌流的依据并不能从根本上解决差动电流保护误动的问题。

（2）对于基于磁通特性的保护原理，其优点在于原理简单、数据采集方便，目前的主要的问题在于门槛值整定困难且保护判据存在一定的模糊性。

（3）对于基于等值方程的保护原理，其优点在于不受励磁涌流的影响，原理简单、数据采集方便、判据清楚，但是目前存在的问题是：绕组参数无法准确获取；另外，保护方案整定困难也是其难以实现实际应用的另一个问题。

（4）对于基于功率差动的保护原理，其优点在于弥补了差动保护原理的不足，但是保护速动性降低。另外整定较困难。

从以上结论可以看出，目前变压器继电保护的研究方向主要由两个方面组成，其一就是通过对励磁涌流的识别来实现制动；其二就是通过研究新的保护原理来解决发生励磁涌流后保护的误动问题。笔者认为，第一种方法不能从根本上解决励磁涌流的识别问题。而对于新原理研究，虽然目前还有许多问题和困难，如门槛值整定困难，CT、PT的影响等，但是由于其从本质上不受励磁涌流的影响，因此是日后变压器保护开发和研究的趋势和方向。 [科]

【参考文献】

[1]闫晨光，郝治国，张保会等.基于电压电流信息的变压器保护原理分析[J].电力自动化设备.

[2]李家坤，刘娇娇.电力变压器差动保护方案的研究[J].变压器，2007，44（10）：28：32.