引言

　　縱差保護是發電機、變壓器、輸電線路的主保護之一，應用非常廣泛，尤其在變壓器保護上運用較為成功。變壓器的縱差動保護用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。變壓器縱差動保護的基本工作原理與線路的縱差動保護相同，是通過比較變壓器各側電流的大小和相位而構成的保護。它具有靈敏度高、選擇性好的優點，但是變壓器縱差保護一直存在不平衡電流難以鑒定的問題，雖然已經有幾種較為有效的閉鎖方案，又因為超高壓輸電線路長度的增加、靜止無功補償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進、磁化特性的改善等因素，變壓器縱差保護的固有原理性矛盾更加突出。本文從變壓器縱差保護構成原理和不平衡電流產生的原因與克服方法方面對這個問題進行了分析探討。

　　一、變壓器縱差保護基本原理

　　縱差保護在發電機上的應用比較簡單，但是作為變壓器內部故障的主保護，縱差保護將有許多特點和困難。變壓器具有兩個或更多個電壓等級，構成縱差保護所用電流互感器的額定參數各不相同，由此產生的縱差保護不平衡電流將比發電機的大得多，縱差保護是利用比較被保護元件各端電流的幅值和相位的原理構成的，根據KCL基本定理，當被保護設備無故障時恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。

　　當被保護設備內部本身發生故障時，短路點成為一個新的端子，此時電流大于0，但是實際上在外部發生短路時還存在一個不平衡電流。事實上，外部發生短路故障時，因為外部短路電流大，非凡是暫態過程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵磁電流急劇增大，而呈飽和狀態使得變壓器兩側互感器的傳變特性很難保持一致，而出現較大的不平衡電流。因此采用帶制動特性的原理，外部短路電流越大，制動電流也越大，繼電器能夠可靠制動。

　　另外，由于縱差保護的構成原理是基于比較變壓器各側電流的大小和相位，受變壓器各側電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運行和外部故障時，其動差保護回路中有不平衡電流，使縱差保護處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護的正確靈敏動作，必須對其回路中的不平衡電流進行分析，找出產生的原因，采取措施予以消除。

　　二、縱差保護不平衡電流分析

　　1、穩態情況下的不平衡電流

　　變壓器在正常運行時縱差保護回路中不平衡電流主要是由電流互感器、變壓器接線方式及變壓器帶負荷調壓引起。

　　由電流互感器計算變比與實際變比不同而產生。正常運行時變壓器各側電流的大小是不相等的。為了滿足正常運行或外部短路時流入繼電器差動回路的電流為零，則應使高、低壓兩側流入繼電器的電流相等，即高、低側電流互感器變比的比值應等于變壓器的變比。但是，實際上由于電流互感器的變比都是根據產品目錄選取的標準變比，而變壓器的變比是一定的，因此上述條件是不能得到滿足的，因而會產生不平衡電流。

　　由變壓器兩側電流相位不同而產生。變壓器經常采用兩側電流的相位相差30°的接線方式。此時，假如兩側的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會在縱差保護回路產生不平衡電流。

　　由變壓器帶負荷調整分接頭產生。在電力系統中，經常采用有載調壓變壓器，在變壓器帶負荷運行時利用改變變壓器的分接頭位置來調整系統的運行電壓。改變變壓器的分接頭位置，實際上就是改變變壓器的變化。假如縱差保護已經按某一運行方式下的變壓器變比調整好，則當變壓器帶負荷調壓時，其變比會改變，此時，縱差保護就得重新進行調整才能滿足要求，但這在運行中是不可能的。因此，變壓器分接頭位置的改變，就會在差動繼電器中產生不平衡電流，它與電壓調節范圍有關，也隨一次電流的增大而增大。

　　2、暫態情況下的不平衡電流

　　1由變壓器勵磁涌流產生

　　變壓器的勵磁電流僅流經變壓器接通電源的某一側，對差動回路來說，勵磁電流的存在就相當于變壓器內部故障時的短路電流。因此，它必然給縱差保護的正確工作帶來不利影響。正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，故縱差保護回路的不平衡電流也很小。在外部短路時，由于系統電壓降低，勵磁電流也將減小。因此，在正常運行和外部短路時勵磁電流對縱差保護的影響經常可忽略不計。但是，在電壓忽然增加的非凡情況下，比如變壓器在空載投入和外部故障切除后恢復供電的情況下，則可能出現很大的勵磁電流，這種暫態過程中出現的變壓器勵磁電流通常稱勵磁涌流。

　　2由變壓器外部故障暫態穿越性短路電流產生

　　縱差保護是瞬動保護，它是在一次系統短路暫態過程中發出跳閘脈沖。因此，必須考慮外部故障暫態過程的不平衡電流對它的影響。在變壓器外部故障的暫態過程中，一次系統的短路電流含有非周期分量，它對時間的變化率很小，很難變換到二次側，而主要成為互感器的勵磁電流，從而使互感器的鐵心更加飽和。

　　三、變壓器縱差保護中不平衡電流的克服方法

　　從上面的分析可知，構成縱差保護時，如不采取適當的措施，流入差動繼電器的不平衡電流將很大，按躲開變壓器外部故障時出現的最大不平衡電流整定的縱差保護定值也將很大，保護的靈敏度會很低。若再考慮勵磁涌流的影響，保護將無法工作。因此，如何克服不平衡電流，并消除它對保護的影響，提高保護的靈敏度，就成為縱差保護的中心問題。

　　1、由電流互感器變比產生的不平衡電流的克服方法

　　對于由電流互感器計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流可采用2種方法來克服：一是采用自耦變流器進行補償。通常在變壓器一側電流互感器裝設自耦變流器，將LH輸出端接到變流器的輸入端，當改變自耦變流器的變比時，可以使變流器的輸出電流等于未裝設變流器的LH的二次電流，從而使流入差動繼電器的電流為零或接近為零。二是利用中間變流器的平衡線圈進行磁補償。通常在中間變流器的鐵心上繞有主線圈即差動線圈，接入差動電流，另外還繞一個平衡線圈和一個二次線圈，接入二次電流較小的一側。適當選擇平衡線圈的匝數，使平衡線圈產生的磁勢能完全抵消差動線圈產生的磁勢，則在二次線圈里就不會感應電勢，因而差動繼電器中也沒有電流流過。采用這種方法時，按公式計算出的平衡線圈的匝數一般不是整數，但實際上平衡線圈只能按整數進行選擇，因此還會有一殘余的不平衡電流存在，這在進行縱差保護定值整定計算時應該予以考慮。

　　2、由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電流的克服方法

　　對于由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電流可以通過改變LH接線方式的方法來克服。對于變壓器Y形接線側，其LH采用△形接線，而變壓器△形接線側，其LH采用Y形接線，則兩側LH二次側輸出電流相位剛好同相。但當LH采用上述連接方式后，在LH接成△形側的差動一臂中，電流又增大了3倍，此時為保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中沒有電流，就必須將該側LH的變比擴大3倍，以減小二次電流，使之與另一側的電流相等。

　　3、由變壓器外部故障暫態穿越性短路電流產生的不平衡電流的克服方法

　　在變壓器外部故障的暫態過程中，使縱差保護產生不平衡電流的主要原因是一次系統的短路電流所包含的非周期分量，為消除它對變壓器縱差保護的影響，廣泛采用具有不同特性的差動繼電器。

　　對于采用帶速飽和變流器的差動繼電器是克服暫態過程中非周期分量影響的有效方法之一。根據速飽和變流器的磁化曲線可以看出，周期分量很輕易通過速飽和變流器變換到二次側，而非周期分量不輕易通過速飽和變流器變換到二次側。因此，當一次線圈中通過暫態不平衡電流時，它在二次側感應的電勢很小，此時流入差動繼電器的電流很小，差動繼電器不會動作。

　　另外，采用具有磁力制動特性的差動繼電器。這種差動繼電器是在速飽和變流器的基礎上，增加一組制動線圈，利用外部故障時的短路電流來實現制動，使繼電器的起動電流隨制動電流的增加而增加，它能可靠地躲開變壓器外部短路時的不平衡電流，并提高變壓器內部故障時的靈敏度。因此，繼電器的啟動電流隨著制動電流的增大而增大。通過正確的定值整定，可以使繼電器的實際啟動電流不論在任何大小的外部短路電流的作用下均大于相應的不平衡電流，變壓器縱差保護能可靠躲過變壓器外部短路時的不平衡電流。

　　四、結束語

　　變壓器縱差動保護其差動回路中的不平衡電流大，形成不平衡電流的因素多，所以必須采取措施躲開和減少不平衡電流的影響。由于勵磁涌流產生的不平衡電流仍然是縱差保護的重點，不平衡電流的影響導致縱差保護方案的設計也不盡相同。因此，在實踐的變壓器差動保護中，應結合不同方案進行具體的設計。

　　參考文獻

　　1、李火元，《電力系統繼電保護與自動裝置》，2002年1月.

　　2、翁昭華，《繼電保護(I) 》，1999年9月.

　　3、陳繼森，熊為群，《電力系統繼電保護》，1992年11月.