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變壓器差動(dòng)保護(hù)中電流互感器TA及其聯(lián)接組的若干,

電力變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電氣設(shè)備之一，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是大型高壓、超高壓電力變壓器造價(jià)昂貴、運(yùn)行責(zé)任重大。一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失；另外，發(fā)生故障后突然切除變壓器也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成或大或小的擾動(dòng)。因此，對(duì)繼電保護(hù)的要求很高。

作為電力變壓器的主保護(hù)之一的變壓器差動(dòng)保護(hù)歷來(lái)得到廣大保護(hù)同行們的重視，對(duì)其主要保護(hù)原理的研究已經(jīng)相當(dāng)有成果。但是對(duì)于其電流互感器（TA）及其聯(lián)接組的若干問(wèn)題尚留有進(jìn)一步探討的余地，如：（1）變壓器各側(cè)TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正；（2）TA飽和時(shí)的對(duì)策；（3）TA二次電路斷線或短路時(shí)的對(duì)策；（4）TA的相序、極性和接地問(wèn)題等。

這些問(wèn)題處理的不好也會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠工作，降低保護(hù)性能。特別是現(xiàn)在大量采用的微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)，由于具有了更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、邏輯判斷等軟件功能，更應(yīng)該很好處理和解決這些問(wèn)題。本文針對(duì)這些問(wèn)題并通過(guò)長(zhǎng)期在變壓器保護(hù)方面的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的體會(huì)，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)中變壓器各側(cè)電流互感器TA及其聯(lián)接組的若干問(wèn)題專門作了探討。

1電流互感器TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正

一般來(lái)說(shuō)，在電力變壓器中有電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)變壓器各側(cè)電流互感器TA的二次電流不會(huì)正好*平衡，這是由于變壓器的變比和接線組別以及變壓器各側(cè)的電流互感器TA的變比和接線等情況有關(guān)。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮下列各項(xiàng)因素，使得經(jīng)過(guò)合理匹配的各側(cè)電流才能進(jìn)行比較。這些因素主要是：1）變壓器各側(cè)的電壓等級(jí)，包括分接頭情況；2）變壓器各側(cè)的電流互感器情況及其接線方法；3）變壓器Y-△接線下造成的電流相位角差；4）變壓器Y接線繞組側(cè)的中性點(diǎn)接地情況；5）變壓器△側(cè)有無(wú)接地*序電流電源。

常規(guī)的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，普遍采用合理的選擇電流互感器TA的應(yīng)用接線方式修正相位差，并通過(guò)裝置內(nèi)部的器件進(jìn)行變比匹配或者通過(guò)的外部輔助電流互感器進(jìn)行變比匹配，從而解決這些問(wèn)題，這里不再贅述。目前，微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置普遍利用本身方便的計(jì)算條件，通過(guò)保護(hù)軟件單純地以數(shù)學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配各種變壓器和其電流互感器TA的變比，以及被保護(hù)變壓器接線組別形成的相位差。不需要裝置內(nèi)部的器件進(jìn)行變比匹配或的外部輔助電流互感器進(jìn)行變比匹配。

一般情況下，微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置可以采用如下的數(shù)學(xué)表達(dá)式模擬變壓器各側(cè)電流的匹配情況，不再要求電流互感器TA的接線方式。其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

它們之間的區(qū)別主要是：方式一符合常規(guī)使用方式，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富；方式二對(duì)于變壓器一次側(cè)的接地故障靈敏度較方式一好；方式二由于對(duì)于變壓器一次側(cè)電流互感器輸入的電流沒(méi)有相關(guān)合成，因此對(duì)于變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流的原始特征保留情況可能比方式一好些；方式二的缺點(diǎn)是需要輸入保護(hù)裝置接地側(cè)的零序電流，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不夠豐富。

通過(guò)以上分析和在實(shí)際應(yīng)用中的體會(huì)，采用純數(shù)學(xué)方法依靠軟件實(shí)現(xiàn)電流互感器TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正方式帶來(lái)的好處是：可靠性高、方式靈活、不受環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)性好、修改方便等。但是，在應(yīng)用中一定要注意選擇的變比平衡系數(shù)的限制范圍，避免變比平衡系數(shù)本身放大保護(hù)的采樣值影響保護(hù)工作。

2電流互感器TA飽和時(shí)的對(duì)策

常規(guī)電磁耦合方式的電流互感器TA，由于故障電流大和（或）系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)以及電流互感器TA本身的剩磁等因素引起的電流互感器TA飽和情況，會(huì)對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置產(chǎn)生極為不利的影響。特別是電流互感器TA的暫態(tài)飽和對(duì)引用變壓器各側(cè)電流量的變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響更大，應(yīng)該采取相應(yīng)的識(shí)別方法區(qū)分是否為變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外的故障造成的電流互感器飽和的情況，避免變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作。

目前，一方面對(duì)于電流互感器TA的選型已經(jīng)考慮或注意到電流互感器TA的暫態(tài)飽和問(wèn)題，如在高壓系統(tǒng)或大容量電力設(shè)備高壓側(cè)普遍設(shè)計(jì)采用TPY級(jí)電流互感器，以及選用帶小氣隙的PR級(jí)電流互感器等；另一方面要求保護(hù)裝置本身具有一定的抗電流互感器飽和的能力，特別是抗電流互感器TA的暫態(tài)飽和的能力。對(duì)于保護(hù)裝置采用的判別方法主要是利用電流互感器飽和后的電流特征識(shí)別，如電流波形識(shí)別法、諧波含量判別法、時(shí)差判別法等。下面介紹一種變壓器差動(dòng)保護(hù)中選用的抗電流互感器飽和的附加穩(wěn)定特性區(qū)判別方法：

首先，對(duì)于發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)內(nèi)的短路故障，它引起的電流互感器TA飽和是不易用差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的比值區(qū)分的。這是因?yàn)椴顒?dòng)電流和制動(dòng)電流的測(cè)量值都會(huì)受到影響，而且它們的比值立即就會(huì)滿足保護(hù)動(dòng)作條件。這時(shí)的比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性還是有效的，故障特征滿足比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作條件。

其次，對(duì)于發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)外的故障，它產(chǎn)生的較大的穿越性短路電流引起的電流互感器飽和，會(huì)產(chǎn)生很大的虛假差動(dòng)電流，這在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的電流互感器TA飽和情況不同時(shí)更為嚴(yán)重。如果由此產(chǎn)生的量值引發(fā)的工作點(diǎn)落在了比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性區(qū)內(nèi)，而且不采取任何穩(wěn)定比率差動(dòng)保護(hù)的措施，比率差動(dòng)保護(hù)將會(huì)誤動(dòng)作。但是我們知道：電流互感器TA并不是在故障一開(kāi)始就發(fā)生飽和，而是在故障發(fā)生后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其鐵芯的磁通達(dá)到它的飽和密度后才開(kāi)始的。這樣，電流互感器TA從故障起始到開(kāi)始飽和時(shí)總會(huì)有一段時(shí)間（不小于1/4T-1/2T，T為工頻周期的時(shí)間）還能夠線性變換電流量，不會(huì)立即產(chǎn)生飽和。因此，按照基爾霍夫電流定律計(jì)算變壓器各側(cè)的電流量得到的差動(dòng)電流，在開(kāi)始的短時(shí)間內(nèi)基本平衡，僅會(huì)產(chǎn)生較小的不平衡電流，待電流互感器TA飽和后才會(huì)產(chǎn)生較大的差動(dòng)電流，引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

針對(duì)上述情況，變壓器差動(dòng)保護(hù)可以設(shè)一個(gè)電流互感器TA飽和時(shí)的附加穩(wěn)定特性區(qū)，它能夠區(qū)分出這種變壓器區(qū)內(nèi)、外故障情況，它的工作特性如圖2所示。

對(duì)于發(fā)生在被保護(hù)變壓器區(qū)外的故障引起的電流互感器TA飽和，利用故障發(fā)生的zui初的1/4T-1/2T時(shí)間內(nèi)，可以通過(guò)高值的初始制動(dòng)電流（ITA）檢測(cè)出來(lái)，此制動(dòng)電流會(huì)將工作點(diǎn)短暫的移至附加穩(wěn)定特性區(qū)內(nèi)。反之，當(dāng)變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)，由于差動(dòng)電流很大，其與制動(dòng)電流的比值引發(fā)的工作點(diǎn)會(huì)立即進(jìn)入比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性區(qū)內(nèi)。因此，保護(hù)通過(guò)測(cè)量的電流量值引發(fā)的工作點(diǎn)是否在附加穩(wěn)定特性區(qū)內(nèi)，在半個(gè)周期內(nèi)由此判別作出決定。一旦檢查出外部故障引起電流互感器TA飽和，可以選擇差動(dòng)保護(hù)自動(dòng)閉鎖了比率差動(dòng)保護(hù)，并按照整定的時(shí)間（TTA）內(nèi)一直有效閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)，直到整定的時(shí)間到時(shí)才解除閉鎖。檢查出變壓器區(qū)外故障引起電流互感器TA飽和的判據(jù)公式如下式（7）。 

 式中：ITA為 檢查TA飽和制動(dòng)電流門坎值；TTA為 TA飽和閉鎖時(shí)間
在外部故障引起的電力互感器TA飽和閉鎖了比率差動(dòng)保護(hù)期間，如果發(fā)生故障變化在變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)也發(fā)生了故障，其引發(fā)的工作點(diǎn)穩(wěn)定地連續(xù)兩個(gè)周期工作在高定值的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，那么電流互感器TA飽和閉鎖會(huì)被立即解除。由此可靠地檢查出被保護(hù)變壓器發(fā)展中的故障而迅速動(dòng)作。

3電流互感器TA二次電路斷線或短路時(shí)的對(duì)策

歷來(lái)，對(duì)于微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)判別其電流互感器二次電路的斷線或短路故障比較困難，原因是單純通過(guò)本身的電流量去判斷接線比較復(fù)雜的電流互感器二次電路的多種多樣的斷線和短路故障，很難與各種各樣的系統(tǒng)異?；蚬收锨闆r區(qū)分，因此很多微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)都只是配有簡(jiǎn)單的電流互感器二次電路的斷線判別元件。針對(duì)這種情況，介紹一種由電流量和電壓量共同判別電流互感器TA二次電路斷線或短路的判別原理，它特別適用于主后備一體化方式的微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置。

變壓器差動(dòng)保護(hù)的差流異常報(bào)警和電流互感器TA二次電路斷線或短路判據(jù)如下：

1）差流異常告警

當(dāng)任何一相差流的有效值大于告警門坎值，而且連續(xù)滿足該動(dòng)作條件的時(shí)間超過(guò)10秒鐘時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出差流異常告警信號(hào)，但是不閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)。該項(xiàng)功能兼有電流互感器TA二次電路斷線或短路、采樣通道異常（器件損壞或特性改變等）、外部接線回路不正常等情況的綜合告警作用。

2）瞬時(shí)電流互感器TA斷線或短路告警

在保護(hù)啟動(dòng)后滿足以下任一條件時(shí)開(kāi)放比率差動(dòng)保護(hù)：

①任一側(cè)任一相的電壓元件有突變啟動(dòng)；

②任一側(cè)負(fù)序電壓大于門坎值；

③啟動(dòng)后任一側(cè)的任一相電流比啟動(dòng)前增大；

④啟動(dòng)后zui大相電流大于1.2Ie。

如果上述排除系統(tǒng)故障或擾動(dòng)的判據(jù)不滿足，而差動(dòng)電流的工作點(diǎn)滿足公式（8）時(shí)，那么保護(hù)判別為電流互感器TA二次電路斷線或短路故障，而不認(rèn)為發(fā)生了變壓器內(nèi)部短路故障。

式中：Idset為檢查斷線或短路差動(dòng)電流門坎值；k為檢查斷線或短路的比率系數(shù)。

在以上判據(jù)的實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足不同用戶的需要，該判據(jù)元件可以設(shè)計(jì)為通過(guò)配置字選擇僅僅發(fā)出告警信號(hào)，或者選擇發(fā)出告警信號(hào)并且閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)，或者選擇不投入此判據(jù)元件。在選擇了發(fā)出告警信號(hào)并且閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)時(shí)，在此選擇下還可以選擇“*”閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)或相電流增大超過(guò)1.2Ie時(shí)自動(dòng)解除閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)。

由于以上判據(jù)選擇了電流量和電壓量綜合判別，所以對(duì)于電流互感器二次電路的各種斷線或短路情況都能夠很好地判別出來(lái)。因此，不僅全面增加了電流互感器二次電路故障情況的判別類型范圍，而且對(duì)于電流互感器二次電路的各種各樣的斷線或短路情況判別得更準(zhǔn)確、更可靠、更全面。

4電流互感器TA接線的相序、極性和接地問(wèn)題

變壓器差動(dòng)保護(hù)按照有關(guān)的規(guī)定在保護(hù)投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查輸入保護(hù)裝置的電流互感器接線電路的相序和極性，確保變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確工作。但是工程實(shí)踐反映，由于各種各樣的原因，現(xiàn)場(chǎng)確有接錯(cuò)變壓器各側(cè)電流互感器三相電路的接線，導(dǎo)致相序和極性錯(cuò)誤的情況發(fā)生，造成變壓器差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)有的誤動(dòng)。如果保護(hù)裝置本身可以直觀的顯示輸入的變壓器各側(cè)電流量的相角、幅值，那么對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器接線的相序和極性檢查會(huì)有很大的幫助，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行又多了一份保證。基于此考慮，利用微機(jī)型保護(hù)的較強(qiáng)的人機(jī)接口功能，可以直觀顯示變壓器各側(cè)電流量的相對(duì)相位角度和幅值，顯示差流的幅值等，觀察輸入電流量的測(cè)量情況。因此，在變壓器投運(yùn)后帶有輕負(fù)荷的情況下，由現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)技術(shù)人員通過(guò)觀察變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置測(cè)量顯示的變壓器各側(cè)電流量的情況和差流的情況，繪出變壓器各側(cè)電流量的相量圖，就可以直接分析驗(yàn)證變壓器各側(cè)電流互感器TA電路接線是否正確。如果通過(guò)觀察分析和得到的相量圖確認(rèn)接入變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的變壓器各側(cè)的相電流電路接線正常，僅僅有顯示的差流不正常，那么有可能是保護(hù)裝置本身的數(shù)字化平衡變壓器各側(cè)電流量的整定值整定有問(wèn)題，從而也驗(yàn)證了保護(hù)裝置的數(shù)字化平衡變壓器各側(cè)電流量的整定值是否正確。

變壓器差動(dòng)保護(hù)的二次電流回路接線的另外一個(gè)值得注意的問(wèn)題是：接地點(diǎn)問(wèn)題。關(guān)于儀用互感器的二次回路必須有可靠的接地的要求，在國(guó)內(nèi)外的相應(yīng)規(guī)程中都有明確的規(guī)定。例如，在1983年部頒《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中，就有如下條文：電流互感器的二次回路應(yīng)有一個(gè)接地點(diǎn)，并在配電裝置附近經(jīng)端子排接地。但對(duì)于有幾組電流互感器聯(lián)接在一起的保護(hù)裝置，則應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。

工程實(shí)踐中反映，確有將接入變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的電流互感器二次回路多點(diǎn)接地的情況發(fā)生，造成變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)或異常。解決這一問(wèn)題一方面靠嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的規(guī)程進(jìn)行施工外，另一方面同樣在變壓器投運(yùn)后帶有負(fù)荷的情況下，由現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)技術(shù)人員通過(guò)觀察變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置測(cè)量顯示的差流的情況分析解決。如果變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置測(cè)量顯示的差流不正常，在排除了TA相序接線錯(cuò)誤和裝置本身數(shù)字化平衡變壓器各側(cè)電流量的整定值錯(cuò)誤的情況下，那么可以檢查電流互感器TA二次回路是否有多點(diǎn)接地的情況存在