故障分量比率差动对变压器轻微故障检测的研究(1)

　　比率差动保护因能够可靠地检出区内故障、很好地躲避穿性电流而被广泛地应用于电力系统保护中，它在变压器保护中的应用更是由来已久。但由于受到负荷电流的干扰，制动电流不能很好地反映故障电流的大小，往往被负荷电流所淹没，使得其对轻微故障的检测灵敏度过低。而采用故障分量的比率差动保护减去了负荷分量的影响，因此，对轻微故障的检测具有很高的灵敏度。大型变压器容量很大，在满负荷运行时低压侧的等效电阻非常小(往往只有1Ω左右)，由于传统比率差动保护对低压侧高阻接地故障的灵敏度不够而故障分量的比率差动保护却能很好地检出故障，因而应该在大型变压器保护中广泛采用故障分量的比率差动保护。

　　变压器在额定负荷运行中发生轻微匝间短路故障时(2％匝短路)，传统的比率差动保护往往没有足够的灵敏度检出故障。虽然差流大于启动电流门槛值，但由于制动电流加上了变压器的一倍负荷电流，要检出此类故障，必须将比率制动系统数K值整定得很低，这样，就会减弱比率差动保护抗TA饱和的能力，使区外故障时很容易误动作。实际的做法往往是降低保护的灵敏度，等待匝间故障进一步发展，当差动电流、制动电流进入动作区内后，保护在出口跳闸，这对变压器必将造成严重的损害。传统比率差动保护的抗TA饱和能力是很弱的，必须增加额外的补充判据来防止保护误动。

　　由于去掉了负荷电流对制动电流的干扰，对故障分量的比率差动保护，制动系数X值可以整定得很高。因此，当变压器在额定负荷运行中发出轻微匝间短路故障时，保护具有足够的灵敏度检出故障；同时，它对低压侧区内高阻接地故障的检测灵敏度也提高了很多；由于X值很大，使它具有足够的抗TA饱和的能力。

　　1 故障分量比率差动算法建立

　　1．1 基本算法

　　故障分量比率差动算法为传统差动保护中差动电流和制动电流分别减去正常时候的负荷电流。以双绕组变压器的纵连差动为例(以流人变压器为正方向)有

　　式中，△ih、△i1分别为变压器高、低压侧的故障分量电流；im为变压器正常运行时励磁电流；ih、i1、iload分别为变压器高、低压侧电流和正常时的穿越性负荷电流；K为比率差动电流与比率制动电流的比值；icd、izd分别为传统的比率差动、制动电流；△icd、△izd分别为故障分量的比率差动、制动电流。

　　由式(2)可知：故障分量的比率差动电流和传统的比率差动电流相差一倍正常时的励磁电流；故障分量的比率制动电流和传统的比率制动电流相差一倍正常时的励磁电流，只是制动电流增加了2倍穿越性的负荷电流(略去励磁电流不计)。

　　1．2 故障分量的提取

　　故障分量的比率差动保护性能好坏关键在于故障分量的提取。不同的保护设备故障分量的提取不尽相同，对提取变压器故障分量的具体要求是：首先，应该准确减去负荷电流；其次，为了在转换性故障和故障重叠的时候不受第1次故障的影响，应做到在第1次故障达到稳态、第2次故障到来的时候能快速检测出故障。但在具体实现的时候会遇到因难。

　　(1) 在故障的发展过程中，故障前负荷电压(电流)在不断地变化，如以第1次故障前的电压(电流)为基准则会带来误差。但是由于故障前电压的不断变化只能引起故障分量正序分量的提取，而对负序和零序故障分量的提取没有影响，又由于变压器保护只是使用电气量进行比较，不涉及参数的计算，如阻抗、方向等，因此、精度足够。

　　(2)由于记录下了故障前的电流量作为负荷量， 因此，可用故障中的电流量和故障前的电流量作差值为提取△ih和△i1。随着故障时间的延长，故障后电 气量和故障前电气量的相角差越来越大，△ih和△i1的误差也越来越大，使得△icd值不变(误差被减掉)而 △izd值越来越小，所以，计算出的K值随着时间的偏移越来越大。解决这一问题只能靠限制故障分量比 率差动保护的开放时间，否则，在区外故障时，随着时间的积累，相角差会使保护误动，但如果开放时间太 短又会使得在发展性故障中不能检出第2次故障，开放时间定为100-150 ms为宜。