第五章 基于变压器模型的变压器保护方案的研究

5.1 前 言

在变压器差动保护中，如何区分励磁涌流与内部故障电流是一个先天性的、不可回避的难题，多年来一直成为研究的热点。纵差保护是现今变压器内部电气故障的主保护，它的理论基础是基尔霍夫电流定律，既被保护对象由电路（不管多复杂）组成，在被保护对象没有故障的情况下，不管外部系统有多大扰动，恒有：

I

i 1

n

i

0 （5-1）

式中 Ii——被保护对象第i个端子电流相量。

但是若被保护对象是变压器，它有n个绕组和一个公共铁芯，既n条电路和一条公共磁路，则有：

I

i 1

n

i

Ie 0 （5-2）

式中 Ie——变压器励磁电流。

当变压器及其所在系统正常运行时，对于大型变压器，Ie 0.01Itn（Itn为变压器额定电流），不会影响变压器纵差保护的工作性能；当外部系统短路时，电压严重下降，Ie更是微不足道。但当变压器空载合闸或切除外部故障或过励磁时，Ie可能非常大，它将进入差动回路，其值可与外部短路电流相比拟，这势必造成保护装置的误动作。

如果变压器在任何状态下都可以用一个相同的线性时不变模型来精确描述，那么电流与电压之间是线性相关的。此时，从任何一侧看都可以将变压器等效为一个等值阻抗。在这种前提下，电压和电流所包含的信息是等价的，因此只用电压量和电流量中的一个量构造变压器继电保护装置就足够了。但由于变压器磁路的存在，变压器在励磁涌流过程中成为一个较复杂的非线性时变系统，电压与电流就不再是简单的线性关系，而是描述变压器状态的两个不同状态变量，它们所包含的信息互为补充，只有同时利用电压与电流这两个状态量才能较全面的反映变压器在饱和状态下的实际情况。因此，必须用电压和电流这两个状态量来构造变压器继电保护装置，才能保证变压器继电保护装置正确判断变压器是否发生了短路故障。

经上述分析得出如下结论：如果变压器纵差保护的设计原理仍使励磁涌流成为差动电流，防误动的技术思路仅以励磁涌流的波形特征为基础，那么变压器纵差保护有时因空投操作而误动是必然的，差别仅仅是不同方案的误动概率不同而已。

为了提高变压器差动保护动作的正确率，必须研究同时利用变压器电流量和电压量