變壓器是電力系統(tǒng)最主要的供電設(shè)備，如果發(fā)生故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響， 對(duì)變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)不僅是重要的，而且是必須的。變壓器保護(hù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，它是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行正常安全的重要手段。本文主要分析了變壓器保護(hù)中的一些問題，并提出了一些改進(jìn)方法。

　　1 引言

　　變壓器是電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用的設(shè)備之一，它是配送電路中的主要設(shè)備。變壓器的正常工作對(duì)電力系統(tǒng)及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。如果變壓器出現(xiàn)故障，又沒有及時(shí)作出保護(hù)動(dòng)作，將對(duì)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性帶來很大的影響，甚至?xí)?dǎo)致無法估量的事故。所以裝設(shè)性能良好、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠的保護(hù)裝置非常必要。它能夠在很大程度上對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)，以此來保證電力設(shè)施的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠投入運(yùn)行，確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止事故的發(fā)生。這里我們對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行一些分析。

　　2 變壓器保護(hù)的基本要求

　　對(duì)變壓器保護(hù)的基本要求是：變壓器在發(fā)生故障情況下，應(yīng)該自動(dòng)斷開所有與它相連的電源；變壓器在油溫過高、過負(fù)荷以及油面降低的情況下，需要向值班人員發(fā)出提示警報(bào)；如果變壓器各側(cè)引線、套管或本身發(fā)生了故障，一般應(yīng)采用電流速斷、差動(dòng)和重氣體保護(hù)等，使變壓器的電源盡可能快的切斷，以免擴(kuò)大故障范圍；如果母線或其它與變壓器相連接的元件出現(xiàn)了故障，而該故障元件又因?yàn)楸Ｗo(hù)拒動(dòng)或斷路器失靈等原因?qū)е缕浔旧矶搪菲鳑]有斷開的時(shí)候，應(yīng)該將變壓器與故障部分分開。

　　3 差動(dòng)保護(hù)及其在變壓器及輸電線路上的應(yīng)用

　　差動(dòng)保護(hù)是基于基爾霍夫電流定律的原理，KCL在電路理論被表述為流入某一節(jié)點(diǎn)或者閉合曲面的電流必然與流出這一節(jié)點(diǎn)和閉合曲面的電流相等。這一原理適用于所有的線性的集中參數(shù)的元件，如芯片、變壓器同側(cè)的繞組、發(fā)電機(jī)的繞組等。但是對(duì)于輸電線路和變壓器在應(yīng)用的時(shí)候必須考慮其分布參數(shù)特性以及鐵芯的非線性特性。對(duì)于輸電線路而言，長線電容效應(yīng)使得存在對(duì)地相間的電容電流，對(duì)于變壓器非線性鐵芯使得在某些狀態(tài)下（飽和）勵(lì)磁電流不能忽略，這些都給差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用帶來了很多的問題。

　　對(duì)于輸電線路差動(dòng)保護(hù)，由于對(duì)地電容參數(shù)（近似）已知，可以通過輸電線路的電壓計(jì)算（估算）對(duì)地或者相間電容電流，從而使得KCL仍然近似成立，因此電流差動(dòng)保護(hù)在輸電線路上的應(yīng)用取得了一定的成功，現(xiàn)在越來越被現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員所接受，其可以通過抬高定值，進(jìn)行電容電流補(bǔ)償?shù)确椒☉?yīng)用于長距離輸電線路。

　　對(duì)于電力變壓器，如果能進(jìn)行分側(cè)的繞組差動(dòng)（一般情況下，我們稱之為分側(cè)差動(dòng)，對(duì)自耦變壓器可能是分側(cè)零序差動(dòng)），則差動(dòng)原理可以很好的保護(hù)匝地、以及相間故障，但是由于匝間故障對(duì)于差動(dòng)保護(hù)為縱向故障，KCL仍然成立，所以分側(cè)差動(dòng)不能夠保護(hù)匝間故障。但是，因?yàn)閷⒗@組CT安裝在現(xiàn)有的電力變壓器，特別是在220kV和110kV的變壓器上不太容易實(shí)現(xiàn)，所以分側(cè)差動(dòng)的原理沒有被普遍使用。帶比率制動(dòng)特性的電流縱差保護(hù)是目前最廣泛應(yīng)用的差動(dòng)保護(hù)原理。

　　在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，由于勵(lì)磁電流很小，變壓器縱差保護(hù)近似滿足KCL，縱差保護(hù)是能夠正確區(qū)分變壓器正常運(yùn)行（外部故障）和內(nèi)部故障這兩個(gè)狀態(tài)的。但是，變壓器除了這兩個(gè)狀態(tài)之外，還有一個(gè)狀態(tài)是鐵芯飽和，若由于電壓升高或頻率降低造成的變壓器鐵芯工作點(diǎn)下降，危害變壓器的安全，則現(xiàn)有的過激磁保護(hù)會(huì)跳閘切除變壓器。但是，更為不幸的是，對(duì)于變壓器還有一種飽和，并不是穩(wěn)態(tài)的，僅僅是暫態(tài)的，且不危害變壓器安全的鐵芯飽和，若這種情況下切除變壓器，將不利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和供電的可靠性。解決變壓器鐵芯的這種暫態(tài)的飽和的方法是各種各樣的勵(lì)磁涌流識(shí)別算法。

　　4 勵(lì)磁涌流識(shí)別算法的其局限性及勵(lì)磁涌流識(shí)別方法

　　所有變壓器的縱差保護(hù)都配有勵(lì)磁涌流識(shí)別（閉鎖）判據(jù)。現(xiàn)在廣為采用的包括：二次諧波制動(dòng)、間斷角原理、波形對(duì)稱原理、波形相關(guān)原理等。還有包羅萬象的新方法，具有代表性的有：基于小波變換的原理、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的原理、基于模糊理論的原理、基于支持向量機(jī)的原理、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能的原理等。

　　這些原理的本質(zhì)和出發(fā)點(diǎn)都是勵(lì)磁涌流時(shí)差動(dòng)電流的波形與故障電流的波形不一樣，我們必須通過比較波形來判斷是不是發(fā)生了涌流。盡管這種思路是簡(jiǎn)單和正確的，但是對(duì)于判斷涌流特征的選擇不容易做到。雖然一些有經(jīng)驗(yàn)的工程師用眼睛就能看出波形的差別，但是對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)者來說，這樣是行不通的。必須提取各種數(shù)值上的明顯的特征，比如二次諧波的大小、間斷角的大小等。但是，二次諧波并不是勵(lì)磁涌流的充要條件，流入勵(lì)磁回路的衰減直流分量也可以分解出二次諧波，勵(lì)磁涌流時(shí)二次諧波含量也可能不高。如果用閾值來區(qū)分，那么由于變壓器的結(jié)構(gòu)不同，鐵芯工作點(diǎn)不同，這個(gè)閾值也無法確定。現(xiàn)在國內(nèi)的觀點(diǎn)就是二次諧波含量作為勵(lì)磁涌流的識(shí)別判據(jù)，而這不可能從根本上杜絕空投時(shí)的誤動(dòng)和故障時(shí)的拒動(dòng)。

　　分析以上原理的局限性，是因?yàn)樗x取的特征不合適。勵(lì)磁涌流、鐵芯飽和最本質(zhì)的特征是工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)。

　　工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，在等效電路中表現(xiàn)為勵(lì)磁阻抗的變化（變小），可以利用勵(lì)磁阻抗來識(shí)別勵(lì)磁涌流。現(xiàn)在南自動(dòng)750系列的保護(hù)中就已經(jīng)采用了這種磁通制動(dòng)的保護(hù)原理，磁通制動(dòng)是一種統(tǒng)稱，其實(shí)質(zhì)就是通過引入電壓量，勵(lì)磁勵(lì)磁阻抗，并通過勵(lì)磁阻抗在鐵芯飽和時(shí)數(shù)值變小來識(shí)別勵(lì)磁涌流。顯然，這個(gè)方法不存在整定不明確的問題，勵(lì)磁涌流出現(xiàn)時(shí)，阻抗交替變化。外部故障和內(nèi)部故障時(shí)，阻抗都是平穩(wěn)值，勵(lì)磁涌流的特征明顯，應(yīng)該有很好的應(yīng)用前景。

　　5 主變保護(hù)的直流配置問題

　　如果10kV斷路器柜內(nèi)的10kV母線發(fā)生故障，它產(chǎn)生的弧光很容易竄入到直流系統(tǒng)導(dǎo)致整個(gè)直流操作電源損壞，從而損壞變壓器。將微機(jī)主變保護(hù)雙重化后，它的兩套保護(hù)的電流回路都應(yīng)該接在它們相對(duì)應(yīng)開關(guān)的電流互感器上。為了使這兩套雙重化保護(hù)完全獨(dú)立，以避免弧光竄進(jìn)直流系統(tǒng)導(dǎo)致全站直流停電，變電站需要有兩段直流母線，兩套保護(hù)分別對(duì)應(yīng)由一段母線來供電。

　　對(duì)于220kV降壓三繞組變壓器的保護(hù)，它的電源的配置可以是：第一段母線采用主變差動(dòng)保護(hù)，對(duì)于中壓側(cè)使用后備保護(hù)，對(duì)于低壓側(cè)運(yùn)用第一套后備保護(hù)等；第二段母線采用像不動(dòng)作、誤動(dòng)等非電量保護(hù)，對(duì)于高壓側(cè)采用后備保護(hù)，對(duì)低壓側(cè)使用第二套后備保護(hù)等。

　　在主變220kV開關(guān)或110kV開關(guān)旁路代的情況下，原則上講，電流的雙重化保護(hù)可以切換，但是在現(xiàn)場(chǎng)具體應(yīng)用的時(shí)候，如果旁路開關(guān)電流互感器出現(xiàn)二次繞組不夠用的問題，那么在這種情況下，這雙重電流回路的保護(hù)接法主要有下面幾種：

　　（1）在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，將雙重化的電流回路保護(hù)都與相應(yīng)開關(guān)的電流互感器相連接，一旦主變開關(guān)發(fā)生旁路代情況，切換電流回路第一套保護(hù)，停止第二套保護(hù)的使用。

　　（2）在正常運(yùn)行狀態(tài)下，將第一套保護(hù)的電流回路與相應(yīng)開關(guān)的電流互感器連接在一起，將第二套保護(hù)的電流回路與相應(yīng)的套管電流互感器相連接，一旦主變開關(guān)出現(xiàn)旁路代的問題，切換電流回路的第一套保護(hù)，第二套不切換，仍讓它繼續(xù)運(yùn)行。

　　（3）在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電流回路的雙重化保護(hù)同接法（1）中所述，如果主變開關(guān)出現(xiàn)旁代路的情況，將電流回路第一套保護(hù)切換到與它相對(duì)應(yīng)的電流互感器上，同時(shí)將第二套保護(hù)切換到相應(yīng)的套管電流互感器上。

　　6 結(jié)語

　　上述對(duì)變壓器保護(hù)的一些問題做了簡(jiǎn)要的分析，并提出了一些改進(jìn)的方法。對(duì)以后變壓器改造、新建會(huì)采用更為先進(jìn)的保護(hù)方法和設(shè)備。變壓器保護(hù)是電力系統(tǒng)正常安全運(yùn)行的重要保障，這已成為繼電保護(hù)工作者的共識(shí)。隨著繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，變壓器保護(hù)也會(huì)越來越先進(jìn)，變壓器保護(hù)裝置的種類也會(huì)越來越多，對(duì)變壓器的保護(hù)也會(huì)越來越全面，從而為電力系統(tǒng)提供更加可靠的保護(hù)，使電網(wǎng)的運(yùn)行越來越安全、越穩(wěn)定。