第5章變壓器差動(dòng)保護(hù)新思想及建模仿真研究縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，不平衡電流是影響其保護(hù)行為的主要因素。不平衡電流產(chǎn)生的原因很多，大體上可分為穩(wěn)態(tài)情況和暫態(tài)情況，暫態(tài)情況下的不平衡電流主要是勵(lì)磁涌流，含有大量的非周期分量和諧波分量，基于此本章首次提出了非周期分量差動(dòng)保護(hù)在電力變壓器中的應(yīng)用，并通過(guò)仿真驗(yàn)證分析。5.1變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理圖5-1雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖首先以如圖5-1所示的雙繞組單相變壓器為例介紹縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理[49]。、為變壓器兩側(cè)的一次電流，、為相應(yīng)的電流互感器二次電流。的參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器，電流互感器的正極性(標(biāo)*號(hào)者為正極性)置于靠近母線的一側(cè)；的參考方向?yàn)樽儔浩髦赶蚰妇€，電流互感器的正極性置于靠近變壓器的一側(cè)。將電流互感器不同極性的端子相連接。差動(dòng)繼電器則并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。流入差動(dòng)繼電器的電流為（5-1）稱為差動(dòng)電流?；镜牟顒?dòng)繼電器就是一個(gè)過(guò)流繼電器，電流超過(guò)動(dòng)作電流時(shí)繼電器即動(dòng)作。因此縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為（5-2）式中為縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。為差電流的有效值。設(shè)變壓器的變比為，忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)有。式(5-1)可進(jìn)一步表示為（5-3）式中，、分別為兩側(cè)電流互感器的變比。若選擇電流互感器的變比，使之滿足（5-4）這樣式(5-3)就變?yōu)椋?-5）根據(jù)式(5-5)，正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；變壓器內(nèi)部(包括變壓器與電流互感器之間的引線)任何一點(diǎn)故障時(shí)，相當(dāng)于變壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路，流入差動(dòng)繼電器的差電流等于故障點(diǎn)電流(折算到電流互感器二次側(cè))，只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的門檻值，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)迅速動(dòng)作。由此可見(jiàn)，縱差動(dòng)保護(hù)不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件保護(hù)配合，可以無(wú)延時(shí)地切除各種區(qū)內(nèi)故障，因而被廣泛地用作變壓器的主保護(hù)。式(5-4)是縱差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比選擇的依據(jù)。a）原理接線圖b）電流矢量圖圖5-2三相雙繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線和電流矢量圖[50]實(shí)際電力系統(tǒng)都是三相變壓器(或三相變壓器組)，并且通常采用Y/△—11的接線方式，如圖5-2（a）所示。這樣的接線方式造成了變壓器兩側(cè)一次電流的相位不一致。以A相為例，有。正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)、與、是同相的，但超前，如圖5-2(b)所示，若仍用單相變壓器的接線方式，兩側(cè)一次電流的相位差將導(dǎo)致繼電器中產(chǎn)生很大的差電流。要通過(guò)改變縱差保護(hù)的二次接線方式來(lái)消除這個(gè)電流。解決的方法實(shí)際上就是將引入差動(dòng)繼電器的Y側(cè)的電流也用兩相電流差的方法，即（5-6）式中、、是流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差電流。這樣就可以消除兩側(cè)電流相位不一致的影響。由于Y側(cè)采用了兩相電流差，該側(cè)流入差動(dòng)繼電器的電流增加了倍。為了保證正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路沒(méi)有電流，該側(cè)電流互感器的變比也要相應(yīng)增大倍。即兩側(cè)電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足（5-7）為了滿足式(5-6)，變壓器兩側(cè)電流互感器采取不同的接線方式，如圖5-2(a)所示。側(cè)采用的接線方式，將各相電流直接接入差動(dòng)繼電器內(nèi)；Y側(cè)采用的接線方式，將兩相電流差接入差動(dòng)繼電器內(nèi)。5.2變壓器暫態(tài)仿真建模變壓器差動(dòng)保護(hù)方案和定值能否正確選擇與整定，從某種意義上來(lái)說(shuō)，依賴于充分掌握變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的特征。5.2.1勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯飽和造成的，下面以一臺(tái)單相變壓器的空載合閘為例來(lái)說(shuō)明勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因。為了表達(dá)方便，以變壓器額定電壓的幅值和額定磁通的幅值為基值的標(biāo)么值來(lái)表示電壓和磁通中。變壓器的額定磁通是指變壓器運(yùn)行電壓等于額定電壓時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生的磁通。用標(biāo)么值表示時(shí)，電壓和磁通之間的關(guān)系為:（5-8）設(shè)變壓器在0時(shí)刻空載合閘時(shí)，加在變壓器上的電壓為。若忽略電源阻抗和變壓器漏阻抗壓降，則有:求解微分方程可得：式中積分常數(shù)C由合閘瞬間的鐵芯剩磁通決定，由于鐵芯的磁通不能突變，可求得（5-9）因此空載合閘的鐵芯磁通為：（5-10）式中，為穩(wěn)態(tài)磁通分，為自由分量，如果計(jì)及變壓器損耗，自由分量應(yīng)該是衰減的非周期分量，在此忽略損耗的影響。電力變壓器的飽和磁通一般為而變壓器的運(yùn)行電壓一般不會(huì)超過(guò)額定電壓的10%，相應(yīng)的磁通必不會(huì)超過(guò)飽和磁通，所以在變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，鐵芯是不會(huì)飽和的。但在變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程中，由于自由分量的作用使可能大于，造成變壓器飽和。若鐵芯的剩磁，合閘半個(gè)周期后達(dá)到最大值，即最嚴(yán)重的情況是在電壓過(guò)零時(shí)刻合閘的最大值為遠(yuǎn)大于飽和磁通，造成變壓器的嚴(yán)重飽和。為得到空載合閘勵(lì)磁涌流可利用變壓器鐵芯的磁化曲線求得。5.2.2空載合閘勵(lì)磁涌流