变压器励磁电流(激磁电流)仅流经变压器的某一侧,因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流。稳态运行时,变压器的励磁电流不大,只有额定电流的2-5%。在差动范围外发生故障时,由于电压降低,励磁电流减小。所以这两种情况下所形成的不平衡电流都很小,对变压器的差动保护影响不大。
但是,当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复的情况下,则可能出现很大的励磁电流即励磁涌流。这个现象的存在是由于变压器铁心饱和及剩磁的存在引起的,具体分析如下:
当二次侧开路而一次侧接入电网时,一次电路的方程为
u1=umcos(wt+α)=i1R1+N1dφ/dt (1)
u1:一次电压,
um:一次电压的峰值,
α:合闸瞬间的电压初相角,
R1:变压器一次绕组的电阻,
N1:变压器一次绕组的匝数,
φ: 变压器一次侧磁通。
由于i1R1相对比较小,在分析瞬态过程初始阶段可以忽略不计
所以
umcos(wt+α)= N1dφ/dt
dφ= ( um/ N1) cos(wt+α) dt
积分,得
φ=( um/ N1) sin(wt+α)+c
φ=φm sin(wt+α)+c φm为主磁通峰值,c为积分常数。
设铁芯无剩磁当t=0时,φ=0 所以c=-φmsinα
所以空载合闸磁通为
φ=φm sin(wt+α) -φmsinα (2)
由(2)式可得空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关考虑最不利情况
当α=900时,电压过零
φ=φm sin(wt+900) -φm=φmcoswt-φm
磁通有两个分量,周期分量φmcoswt与非周期分量φm,此时磁通的最大值为稳态时磁通的2倍。如果同时考虑剩磁的影响这个值还要更大些。
我们知道变压器正常情况下是工作在铁芯磁化曲线的膝点附近,此时铁芯已接近或略微饱和了。此时变压器的励磁电流大幅度增加,可达额定电流的6~8倍。由于励磁电流只在变压器的一侧出现所以在差动继电器中会产生很大的不平衡电流,此后由于R1的存在,非周期分量衰减,φ值将减小。
综上所述,励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压,铁芯的剩磁大小、方向,回路阻抗,变压器的容量和铁芯的性质有关。对于三相交流变压器由于三相之间的相差120°,所以任何瞬间合闸至少有两相出现不同的励磁涌流。
变压器各侧绕组的接线方式不同
我国规定的五种变压器标准联结组中,35kV Y/D-11双绕组变压器常被使用。这种联结方式的变压器两侧电流相差30°,要想使差动保护不发生误动作就要设法调整CT二次回路的接线和变比,使电源侧和负荷侧的CT二次电流的相差180°且大小相等。这样就能消除Y/D-11变压器接线对差动保护的影响。
为了达到上述目的,变压器差动保护用的TA应按图三所示方式接线
电流互感器计算变比与实际变比不同
由于变压器两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比而且变压器的变比也是一定的,因此三者不能准确的满足 nLy/nLd=nT的要求。此时差动回路就有不平衡电流流过使保护装置误动。所以通常利用差动继电器的平衡线圈来消除或减小这个差值。即用平衡线圈弥补实际变比与理想值之间的差,使两臂电流差接近零,从而消除或尽量减小不平衡电流。
如果变压器两侧互感器型号不同,它们的饱和特性、励磁电流(归算到同侧)也就不同。因此产生在两臂的电流差就较大,它将影响保护的动作,所以应采用电流互感器的同型系数为1的互感器。
带负荷调整变压器的分接头是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法。改变分接头就是改变了变压器的变比,对于已调整好的差动保护装置将产生较大的不平衡电流。由于变压器有载调压是带负荷连续调节的,而差动保护是不可以带电进行调整,所以在整定时必须考虑这个因素。