干式变压器小故障的故障分量比差动检测研究(

0引入比率差动保护因其能够可靠地检测区域内的故障和避免泄漏电流而在电力系统保护中得到广泛应用，其在干式变压器保护中的应用历史悠久。但由于负载电流的干扰，制动电流不能很好地反映故障电流，经常被负载电流淹没，使得其对微小故障的检测灵敏度过低。然而，带故障分量的比率差动保护降低了负载分量的影响，因此对检测小故障具有较高的灵敏度。大型干式变压器容量很大，满载运行时低压侧等效电阻很小(往往只有1左右)。由于传统的比率差动保护对低压侧高阻接地故障不敏感，故障元件的比率差动保护可以很好地检测故障，因此故障元件的比率差动保护应广泛应用于大型干式变压器的保护中。

当干式变压器在额定负载运行时发生轻微的匝间短路故障(2%匝间短路)时，传统的比率差动保护往往不够灵敏，无法检测到故障。虽然差动电流大于启动电流的阈值，但由于制动电流加上干式变压器负载电流的一倍，为了检测这种故障，比率制动系统的K值必须设置得很低，这会削弱比率差动保护的抗TA饱和能力，使故障发生在区域外时容易误动作。切实可行的办法是降低保护的灵敏度，等待匝间故障进一步发展。当差动电流和制动电流进入动作区时，保护在出口跳闸，会对干式变压器造成严重损坏。传统比率差动保护的抗TA饱和能力很弱，为防止保护误动，必须增加附加的补充判据。

由于消除了负载电流对制动电流的干扰，对于故障元件的比率差动保护，制动系数x值可以设置得很高。因此，当干式变压器在额定负荷运行中出现轻微匝间短路故障时，保护具有足够的灵敏度来检测故障；同时也提高了低压侧区域高阻接地故障的检测灵敏度。因为X值大，所以有足够的抗TA饱和能力。

1故障分量比率微分算法的建立

1.1基本算法

故障分量比差动算法从传统差动保护的差动电流和制动电流中减去正常时间的负载电流。以双绕组干式变压器的纵差为例(以干式变压器的流量为正方向)。

公式中ih和i1分别为干式变压器高低压侧的故障分量电流；Im为干式变压器正常运行时的励磁电流；Ih、i1、iload为干式变压器的高低压侧电流和正常时间的穿越负载电流；k为比率差动电流与比率制动电流之比；Icd和izd分别是传统的比率差动和制动电流；icd和izd分别是故障元件的比率差动和制动电流。

由公式(2)可知，故障分量的比率差动电流与传统的比率差动电流之差是正常时励磁电流的1倍；故障元件的比率制动电流与传统的比率制动电流相差正常时励磁电流的1倍，但制动电流增加了2倍的穿越负载电流(不包括励磁电流)。

1.2故障成分的提取 #p#分页标题#e#

故障分量比率差动保护性能的关键在于故障分量的提取。不同保护设备故障分量的提取是不同的。干式变压器故障分量提取的具体要求是：先先要准确减去负载电流；其次，为了避免过渡故障和故障重叠时较好个故障的影响，当较好个故障再次出现时，应快速检测出故障

(1)在故障发展过程中，故障前负载电压(电流)不断变化，以较好次故障前的电压(电流)为基准会带来误差。但故障前电压的不断变化只能导致故障分量的正序分量的提取，对负序和零序故障分量的提取没有影响。由于干式变压器保护仅使用电量进行比较，不涉及阻抗、方向等参数的计算，因此具有足够的准确性。

(2)由于故障前的电流被记录为负荷，故障中的电流与故障前的电流之差可用于提取ih和i1。随着故障时间的延长，故障后电量与故障前电量的相角差越来越大，ih与i1之间的误差越来越大，使得icd的值恒定(误差减小)，izd的值越来越小，所以计算出的k值随时间的偏差越来越大。要解决这个问题，只能限制故障分量比差动保护的开启时间。否则，当故障发生在区域外时，随着时间的积累，相角差会使保护误动。但如果开启时间过短，则在开发故障中无法检测到第二个故障，因此开启时间应为100-150 ms。

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