保護(hù)原理

變壓器 T 型等效電路如圖3所示。由于鐵磁材料的非線性特征(典型磁化特性曲線如圖4所示，其中 B、H 分別為磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，Bm、Hm分別為最大磁感應(yīng)強(qiáng)度和最大磁場(chǎng)強(qiáng)度)，在空載合閘以及故障切除后母線電壓突然升高等情況下會(huì)發(fā)生勵(lì)磁涌流現(xiàn)象。

圖3 變壓器 T 型等效電路

由鐵芯飽和所導(dǎo)致的勵(lì)磁電流增大會(huì)影響電流差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作，故需要設(shè)置專門(mén)的勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)。

由此可見(jiàn)，變壓器主保護(hù)方案將變壓器的工作狀態(tài)分為正常運(yùn)行、故障以及勵(lì)磁涌流 3 部分，勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)的動(dòng)作速度和可靠性直接影響了電流差動(dòng)保護(hù)的性能。

圖4 典型鐵磁材料磁滯回線

設(shè)置變壓器保護(hù)的目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障并動(dòng)作于跳閘，以此來(lái)防止故障擴(kuò)大造成的設(shè)備損壞。

從這一角度出發(fā)，變壓器保護(hù)方案僅需快速靈敏可靠地識(shí)別內(nèi)部故障，而無(wú)需關(guān)注勵(lì)磁涌流。

基于此，將變壓器的工作狀態(tài)分為兩類：一是非故障狀態(tài)，包括變壓器正常運(yùn)行(空載或帶負(fù)載)和變壓器鐵芯飽和兩種情況；二是故障狀態(tài)，包括變壓器內(nèi)部匝地、匝間故障和引出線故障。

因此，變壓器不同工作狀態(tài)下勵(lì)磁電感的特征如下：

1）變壓器正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，勵(lì)磁電感數(shù)值非常大，且不具有波動(dòng)性。

2）變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，等效勵(lì)磁電感數(shù)值很小(漏感級(jí)別)，并無(wú)波動(dòng)。

3）變壓器空投等原因造成鐵芯飽和時(shí)，勵(lì)磁電感的數(shù)值在正常高值與飽和低值之間周期變化，具有明顯的波動(dòng)性。

由此，可以利用變壓器不同工作狀態(tài)下勵(lì)磁電感的數(shù)值特征構(gòu)建快速變壓器保護(hù)方案。需要特別指出的是，當(dāng)變壓器空載合閘于故障時(shí)，內(nèi)部故障與鐵芯飽和的特征同時(shí)存在，等效勵(lì)磁電感可能同時(shí)具有較低的數(shù)值和波動(dòng)性，在構(gòu)建保護(hù)判據(jù)時(shí)需要利用定值和延時(shí)的配合來(lái)保證故障判據(jù)的正確性。

在變壓器 T 型等效電路的基礎(chǔ)上，提出了一種基于勵(lì)磁電感的變壓器快速主保護(hù)方案，采用時(shí)域快速算法，用最小二乘法在 2ms 內(nèi)計(jì)算等效勵(lì)磁電感，利用等效勵(lì)磁電感在正常運(yùn)行、鐵芯飽和以及內(nèi)部故障時(shí)的不同數(shù)值特征構(gòu)建保護(hù)方案，在原理上考慮了勵(lì)磁涌流的特征，具有良好的性能。

動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果表明，該方案不受勵(lì)磁涌流的影響，能夠有效地識(shí)別 2.27%匝以上的匝間故障，動(dòng)作時(shí)間小于 13 ms，且該方案不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化以及系統(tǒng)諧波的影響，從動(dòng)作可靠性和速動(dòng)性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，故可作為超高壓特高壓電網(wǎng)中的單相變壓器保護(hù)新原理，具有良好的應(yīng)用前景。