多原理的数字式变压器保护的应用 赵永彬, 陈笑雁 (国电南京自动化股份有限公司, 南京 210003)
摘 要: 分析使用几种原理的变压器保护，将各有优缺点的不同原理综合应用在同一保护上，提出多原理的数字式变压器保护，采用硬件和软件双重冗余性原理，大大提高了保护装置应用的可靠性和灵敏性。
关键词: 变压器保护误动和拒动多原理冗余可靠性和灵敏性?
?
1前言
国内微机变压器保护应用越来越广泛，变压器保护的技术难点在于空投变压器的励磁涌流制动。国内外微机保护的涌流谐波制动原理虽已得到普遍应用，但实际应用效果并不理想。每一种保护原理都可以从其数学分析或实际应用中找到它的不足之处。本文从数学方面分析变压器保护的多种原理，然后将不同原理应用在一起，互相弥补各自的不足，设计出一种多原理的微机变压器保护，大大提高了应用的可靠性。2变压器励磁涌流的特点
正常运行情况下变压器工作在磁通的线性段OS，如图1。铁芯未饱和，其相对导磁率μ很大，变压器绕组的励磁电感也很大，因而励磁电流很小。?
当变压器空投或故障切除后电压恢复时，一旦铁芯饱和后，相对导磁率接近1，变压器绕组电感降低，伴随出现数值很大的励磁涌流，其数值可以达到额定电流的6～8倍以上，出现尖顶形状的励磁涌流，如图2。其中含有相当成分的周期分量和高次谐波分量，尤以二次谐波比例较大〔1〕，并且在最初几个周期内可能完全偏于时间轴的一侧，波形出现间断，不对称，此电流流入差动继电器，可能引起保护装置误动。3励磁涌流的数学分析
假定变压器在电压过零点时投入，分析单相达到的最大总磁通Φ=f(t)的关系，如图3。?
为了分析方便，用两段折线Oa、ab代替磁通曲线Φ=f(I)，可分析出电流I=f(t)的关系，如图4，可知电流波形出现间断，间断角为t2＜t＜t3的角度。?
对于单相变压器，忽略回路中的电阻，变压器投入时其暂态过程可用下式表达〔1〕?
?
多原理的数字式变压器保护的应用 :
Aa、Ab含义如式(2)所示
A=cosα-(Bs-Br)/(U*Bm)
(2)?
其中：
Bs―变压器饱和磁通密度
Br―变压器剩余磁通密度
Bm―变压器最大工作磁通密度
Bm＝/(wws)
U*―空投前系统电压与额定电压之比
UT―变压器在实用抽头下的额定电压。
假定剩磁：Bra=Brb=Brc=0.6U*Bm，取饱和Bs=1.3U*Bm，则此时流入继电器电流间断角为：θja=θjc=115°，θjb=84°，θjb为对称性涌流的最小间断角。
利用上述关系可求出在不同Bs、Br情况下的间断角。例如，考虑最大剩磁情况，取Bra=Brb=Brc=0.9U*Bm，同时取Bs=1.4U*Bm，利用上述关系可以求得：θjb=π/3，θja=θjc=π/2。如果选取适当的Bs和Br值，最小间断角可能小于30°。
论文多原理的数字式变压器保护的应用
根据运行和动模录波的结果，结合理论分析，一般情况下，间断角θj∈(60°,150°)。? 4二次谐波制动原理
变压器空投或切除后恢复供电时，三相励磁涌流中不同程度含有二次谐波分量〔1，2〕，二次谐波分量的含量存在很大的分散性。
为了在变压器空投时保护不误动，常选取三相电流中最大二次谐波含量来闭锁差动保护，即“或”门方式。制动关系如下
?max(I2A/I1A，I2B/I1B，I2C/I1C)≥K1
(3)?
其中：I1A、I1B、I1C，I2A、I2B、I2C分别表示三相差流有效值和二次谐波有效值。
试验与分析表明：三相中总有一相的二次谐波含量超过30%，一般选取15%~20%的比值便可以 很好地闭锁差动保护。所以采用式(3)三相中最大相来制动，可以在变压器空投或故障切除 后恢复供电时可靠闭锁差动保护，保护不误动，这种方法是可行的。但采用式(3)制动方式，如果在带有匝间短路的变压器合闸时，由于变压器容量、电压等级、变压器的铁芯结构等因素影响，励磁涌流可能长达5s才衰减，保护只有非故障相涌流经过长时间衰减后，才能动作〔3〕。此时可能造成变压器保护的实际拒动，严重时可能烧毁变压器。为了提高此时差动保护的灵敏性，不少人员采用二次谐波的分相制动原理，即“与”门方式，制动关系如下
?
式(4)中的变量含义如式(3)示。
此时K2取值为7%~12%左右，任何一相的二次谐波含量小于式（4）中的K2值，保护不被谐波闭锁。该原理的二次谐波制动关系在变压器空投或故障切除后恢复供电时，发生轻微匝间故障，涌流闭锁基本上不受健全相的涌流影响，在经过1～2个周波后，保护被解除闭锁，可以快速动作，事故不至于扩大，如图6所示。?