电力变压器工作原理及保护

（6）在CT接入系统容量变化或新装保护投入运行时，不可忽略根据差动保护区内短路故障时穿越变压器的最大短路电流和实测的差动回路二次负荷，校核保护用CT的10%误差曲线是否满足要求，确保CT在10%误差范围内。否则在故障时差动保护可能拒动、误动。

（7）注意合理整定各定值。实际运行中时有因定值不合理发生保护误动的现象。需要注意的是，有的运行部门通过提高启动电流来提高差动保护的可靠性，但这却降低了内部轻微故障的灵敏度。实际上，差动保护的启动电流、拐点电流、斜率对灵敏度都有相互的制约关系。

（8）采用新的保护原理。如标积制动原理有很高的灵敏度，但它对相位特性特别敏感，容易误动，如果采取特殊的抗CT饱和措施，即可消除这个缺点，从而提高保护动作的可靠性。【7】

基于电压/电流相似性的差动保护可通过在特定时间段内比较变压器电源端电压和差动电流波形的相似性来区分变压器内部故障和励磁涌流，能在很短时间内动作（20ms）且不受CT饱和影响。【8】
虚拟三次谐波的差动保护是用一个虚拟的波形代替第2.5周期，该波形与第1.5周期幅值相同符号相反。由于波形对称，频谱中只有基波和奇次谐波分量，且三次谐波含量比其它谐波都大，这样就可明显提高差动保护的速度。【9】

基于人工智能的差动保护是借助模糊逻辑算法计算磁通差动电流微分曲线、谐波约束条件以及比率差动特性曲线，然后对计算结果进行分析判别励磁涌流何内部故障，这种保护速度快，能在3/4周期内作出反应，可适用于各种类型的变压器。【10】【11】基于能谱分析的差动保护使用特殊设计的互感器捕捉暂态电流中的高频分量，进而求出原/副边的差动电流和平均电流，再抽取相应的能谱作为动作和约束条件，能谱的数值差别用于区分内部故障和外部故障。【12】

基于小波变换的差动保护应用小波分析提取涌流和故障电流的特征，具有很高的辨析度。结合神经网络对变换结果进行诊断分析将进一步提高保护的准确性和可靠性。【13】

6、微机变压器保护设计开发实例

根据以上考虑而设计开发基于高性能CPU的微机变压器成套保护，经过静模、动模试验及实际现场运行证明，能够有效提高变压器保护的可靠性，其配置及主要功能如下。

（1） 保护配置：变压器本体保护装置具有十路非电量重动和动作指示，提供有两路断路器操作回路或两路电压并列操作；变压器主保护具有能满足四侧电流输入的差动速断保护和二次谐波制动比率差动保护，同时具有CT断线闭锁、冷控失电延时跳闸、十路非电量动作记录、一路断路器操作回路、故障录波等；后备保护装置具有复压闭锁方向过流I/II/III段保护、零压过流I/II/III段保护、间隙放电零序过流保护、零序过压保护、过负荷保护，以及闭锁有载调压、启停风扇控制、可编程接点输出、虚拟遥信上传、多时限相电流及零序保护、操作回路、故障录波等，可作为各侧的后备保护；

（2） 主保护

主保护要求各侧CT都按Y形接线，且各侧CT极性均指向变压器。不需通过外部接线进行角度变换，装置内部能自动进行相位校正，并通过计算出的修正系数使各侧电流达到平衡。如为两圈变，把中压侧容量整定为零即可。

1）差动电流速断保护：采用三相差动电流中任一相大于差动电流速断定值时瞬时动作出口的策略，不受任何闭锁条件约束，快速切除变压器区内发生的严重故障。根据微机保护的特点，该保护判据采用可变数据窗的两种算法实现。一种用于保护启动后初始阶段的快速判断，加快出口动作速度；另一种计算更准确，可以在启动一个周波后随时瞬动出口。定值按躲过励磁涌流、最严重外部故障时不平衡电流、CT饱和等整定。

2）比率差动保护： 比率差动采用三段动作曲线，能够有效避开正常运行时的不平衡电流、外部短路时的误差及励磁涌流。可选择二次谐波交叉制动方案，即一相涌流发生时同时闭锁三相差动电流；也可选择按相制动方案，即一相涌流发生时只闭锁本相差动元件。

3）CT饱和时的特殊处理：比率差动保护设有CT饱和特殊处理区。对于发生在被保护变压器区外故障引起的CT饱和，可以通过高值的初始制动电流检测出来，此电流会将工作点短暂地移至特殊处理区内。反之，当变压器区内故障时其工作点会立即进入动作区，不会进入特殊处理区。因此，根据故障发生的最初半个周期内测量值引发的工作点是否在特殊处理区内判断CT是否饱和，一旦检查出外部故障引起CT饱和，则自动闭锁比率差动保护直到整定时间到再解除。在外部故障引起CT饱和闭锁比率差动保护期间，如果此后故障改变或变压器区内发生故障，则工作点会稳定地连续两个周期工作在动作区内，闭锁立即解除，并可靠地检查出被保护变压器的故障而迅速动作。

4）CT断线报警：装置判别为CT断线时延时发出预告信号，还可选择是否闭锁比率差动保护，CT断线消失后延时返回。瞬时CT断线判据仅在比率差动启动后投入且动作后不报警，CT断线闭锁比率差动保护仅在负荷电流大于比率差动启动电流时投入，负荷电流较小时仅有延时报警而不闭锁差动保护。装置还能有效区分匝间短路等不对称故障与实际的CT断线。