变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干问题探讨[荐].doc

变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干问题探讨摘要：木文阐述了变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的若干技术问题的重要性 对这些问题给出了所采用的解决方法：利用数学方法解决TA联接组的匹配；针对TA饱和 的附加稳定区判别法；电流电压量综合判别法识别TA二次电路断线或短路问题；加强保护 的人机接口功能避免TA的相序、极性和接地问题关键词：电流互感器TA； TA联接组；TA饱和；断线或短路1引言电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备Z-,对电力系统的安全稳定运行至关重 要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大一旦发生故障遭到损坏, 其检修难度大、时问长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对 电力系统造成或大或小的扰动因此，对继电保护的要求很高作为电力变压器的主保护之一的变压器差动保护历来得到广大保护同行们的重视，对其主 要保护原理的研究已经相当有成果但是对于其电流互感器TA及其联接纟H.的若干问题诡留 有进一步探讨的余地，如：1) .变压器各侧电流互感器TA联接纟R的变比匹配和相位修正2) .电流互感器TA饱和时的对策3) .电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策4) .电流互感器TA的相序、极性和接地问题等这些问题处理的不好也会肓接影响变压器差动保护的可靠工作，降低保护性能。

特别是现 在大量采用的微机型变压器差动保护，由于具有了更加强大的数据处理、计算、逻辑判断等 软件功能，更M该很好处理和解决这些问题木文针对这些问题并通过长期在变压器保护方 面的研究、设计和应用中的体会，对变压器差动保护中变压器务侧电流互感器TA及其联 接组的若干问题专门作了探讨2电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器乞侧电流互感器TA的二次电流不 会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线纟R别以及变压器笛侧的电流互感器TA的变 比和接线等情况有关因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑下列各项因索，使得经过 合理匹配的各侧电流才能进行比较这些因素主要是：1) .变压器各侧的电压等级，包括分接头情况2) .变压器备侧的电流互感器情况及其接线方法3) .变压器Y ■△接线下造成的电流相位角差4) .变压器Y接线绕纟H侧的中性点接地情况5) 役压器△侧有无接地故障零序电流电源常规的变压器并动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相 位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹 配，从而解决这些问题，这里不再赘述。

目前，微机型变压器差动保护装置普遍利用木身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以 数学方法来实现匹配各种变压器和H•电流互感器ta的变比，以及被保护变压器接线纽•别形 成的相位养不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹 配一般情况下，微机型变压器弟动保护装置可以采用如下的数学表达式模拟变压器备侧电流 的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式H•通常的编程系数矩阵数学表达式如下：[IOUT] = Kn-[A]-[IIN] (2-1)式中：[IOUTJ-匹配示的该侧电流la、lb、Ic的矩阵Kn 一该侧变比平衡系数[A] 一该侧相位平衡系数的矩阵[IIN]—该侧输入装置的电流IA、IB、IC的矩阵如果采用零序电流补偿方式，其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：[IOUT] = Kn [A]-[HN]+KO-[IO] (2-2)式中：[10]—该侧零序电流的矩阵K0 一该侧零序变比平衡系数例如，对于如图1所示的变压器接线情况，如果设定输入微机型变压器养动保护装置的变 压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器TA均为星形接法，且同名端均在变压器的外 侧，那么保护装置电流互感器TA联接纽•的变比匹配和相位修正方式对以采川如下两种方 式：IA1 IA2I -*/77图1 Y0/ZV11接线变压器方式一，变比匹配和相位修正按照无零序补偿的常规方式。

按照式(2・1)确定的各侧编程炬 阵方程如下：T-10'01■厶1-1■01■■ ■(2-3)■ ■■1 0 0'厶2乂・0 1 0■■ •0 0 1■ •‘C2■ ■(2-4)方式二，有零序补偿的方式它的备侧编穆矩阵方程按照式(2・2)和式(2・1)确定如下:■ •厶2=3■ ■(2-5)■ ■'I0o'010■厶1+心・厶■ ■0■01■耳】■ ■» C应用经验丰富；方式二对于变压器它们Z间的区别主要是：方式一符合常规使用方式，一次侧的接地故障灵敏度较方式一好;方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输入的电流 没有相关合成，因此对于变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况可能比方式一好些；方 式二的缺点是需要输入保护装置接地侧的零序电流，应用经验不够丰富通过以上分析和在实际应用中的体会，采用纯数学方法依靠软件实现电流互感器TA联接 组的变比匹配和相位修正方式带来的好处是：可靠性高、方式灵活、不受环境影响、经济性 好、修改方便等但是，在应用中一定要注意选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平 衡系数本身放大保护的采样值影响保护工作3电流互感器TA饱和时的对策当前和今示一段时间内仍然大量采用的常规电磁耦合方式的电流互感器TA,由于故障电 流大和(或)系统时间常数长以及电流互感器TA本身的剩磁等因素引起的电流互感器TA 饱和情况，会对变压器走动保护装置产生极为不利的影响。

特别是电流互感器TA的秒态饱 和对引川变压器各侧电流帚的变压器并动保护的影响更大，丿应该采取相应的识别方法区分是 否为变压器并动保护区外的故障造成的电流互感器TA饱和的情况，避免变压器井动保护发 生误动作目前，一方面对于电流互感器TA的选型已经考虑或注意到电流互感器TA的暂态饱和问 题，如在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采川TPY级电流互感器，以及选用带 小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置木身具有一定的抗电流互感器TA饱 和的能力，特别是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力对于保护装置采用的判别方法主要 是利用电流互感器TA饱和示的电流特征识别，如电流波形识别法、谐波含量判别法、时差 判别法等下面介绍一种变压器并动保护中选用的抗电流互感器TA饱和的附加稳定特性区 判别方法：首先，对于发生在被保护变压器区内的短路故障,它引起的电流互感器TA饱和是不易用 并动电流和制动电流的比值区分的这是因为并动电流和制动电流的测重值都会受到影响, 而且它们的比值立即就会满足保护动作条件这时的比率并动保护的动作特性还是有效的, 故障特征满足比率差动保护的动作条件其次，对于发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流引起的电流 互感器TA饱和，会产生很大的虚假差动电流，这在备个测童点的电流互感器TA饱和情况 不同时更为严重。

如果市此产生的最值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内， 而且不采取任何稳定比率并动保护的措施，比率并动保护将会谋动作但是我们知道：电流 互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁 通达到它的饱和密度麻才开始的这样，电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一 段时间（不小于1/4T〜1/2T左右，T为工频周期的时间）还能够线性变换电流量，不会立即 产生饱和因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器备侧的电流量得到的养动电流，在开始 的短时间内基木平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待电流互感器TA饱和后才会产生较大 的差动电流，引起变压器羌动保护误动针对上述情况，变压器差动保护可以设一个电流互感器TA饱和时的附加稳定特性区，它 能够区分出这种变压器区内、外故障情况，它的工作特性如图2所示▲Id图2茅动保护动作特性对于发生在被保护变压器区外的故障引起的电流互感器TA饱和，利用故障发生的最初的 1/4T〜1/2T时间内，可以通过高值的初始制动电流（ITA ）检测出来，此制动电流会将工作 点短暂的移至附加稳定特性区内反Z,当变压器区内故障时，由于弟动电流很大，其与制 动电流的比值引发的工作点会立即进入比率并动保护的动作特性区内。

因此，保护通过测最 的电流量值引发的T作点是否在附加稳定特性区内，在半个周期内由此判别作出决定一旦 检杏出外部故障引起电流互感器TA饱和，可以选择差动保护自动闭锁了比率差动保护，并 按照整定的时间（TTA）内一右•有效闭锁比率差动保护，直到-整定的时间到时才解除闭锁 检杳出变压器区外故障引起电流互感器TA饱和的判据公式如下式（3・1） oIz > ITAId

4电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策历来，对于微机型变压器并动保护判别其电流互感器TA二次电路的断线或短路故障比较困 难，原因是单纯通过木身的电流最去判断接线比较复杂的电流互感器TA二次电路的多种多 样的断线和短路故障，很难与各种备样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器 养动保护都只是配有简单的电流互感器TA二次电路的断线判别元件针对这种情况，介绍 一种由电流最和电压最共同判别电流互感器TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适 用于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置变压器并动保护的并流界常报警和电流互感器TA二次电路断线或短路判据如下：(1) 差流异常告警当任何一相并流的有效值大于告警门坎值，而且连续满足该动作条件的时间超过10秒钟时, 保护装置发出差流异常告警信号,但是不闭锁比率差动保护该项功能兼有电流互感器TA 二次电路断线或短路、采样通道异常(器件损坏或特性改变等)、外部接线冋路不正常等情 况的综合告警作用2) 瞬时电流互感器TA断线或短路告警瞬时电流互感器TA断线或短路告警判据，在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差 动保护：a) .任一侧任一相的电压元件有突变启动b) .任一侧负序电压大于门坎值c) .启动后任一侧的任一相电流比启动前增大d) .启动后最大相电流大于1.2Ie如果上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而弄动电流的T作点满足公式(4・1)时，那 么保护判别为电流互感器TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故 障。

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