对于电力变压器电流互感器的探讨

马向鹏1曹国栋2姜兴达3葛治宏4

摘要：电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。

关键词：变压器；差动保护；电流互感器；TA；联接组

一、电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正

1、在电力变压器中有电流流过时，通过变压器各侧电流互感器TA的二次电流不会正好完全平衡，这是由于变压器的变比和接线组别以及变压器各侧的电流互感器TA的变比和接线等情况有关。因此，变压器差动保护系统设计时必须考虑下列各项因素，使得经过合理匹配的各侧电流才能进行比较。这些因素主要是：

1.1变压器各侧的电压等级，包括分接头情况；

1.2变压器各侧的电流互感器情况及其接线方法；

1.3变压器Y-△接线下造成的电流相位角差；

1.4变压器Y接线绕组侧的中性点接地情况；

1.5变压器△侧有无接地故障零序电流电源。

2、常规的变压器差动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题。

3、微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以数学方法来实现匹配各种变压器和其电流互感器TA的变比，以及被保护变压器接线组别形成的相位差。不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。

二、电流互感器TA饱和时的对策

1、电流互感器TA的选型已经考虑或注意到电流互感器TA的暂态饱和问题，如在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采用TPY级电流互感器，以及选用带小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置本身具有一定的抗电流互感器饱和的能力，特别是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力。对于保护装置采用的判别方法主要是利用电流互感器饱和后的电流特征识别，如电流波形识别法、谐波含量判别法、时差判别法等。下面介绍一种变压器差动保护中选用的抗电流互感器饱和的附加稳定特性区判别方法：

1.1对于发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流引起的电流互感器饱和，会产生很大的虚假差动电流，这在各个测量点的电流互感器TA饱和情况不同时更为严重。如果由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内，而且不采取任何稳定比率差动保护的措施，比率差动保护将会误动作。但是我们知道：电流互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁通达到它的饱和密度后才开始的。这样，电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间还能够线性变换电流量，不会立即产生饱和。因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器各侧的电流量得到的差动电流，在开始的短时间内基本平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待电流互感器TA饱和后才会产生较大的差动电流，引起变压器差动保护误动

1.2对于发生在被保护变压器区内的短路故障，它引起的电流互感器TA饱和是不易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是因为差动电流和制动电流的测量值都会受到影响，而且它们的比值立即就会满足保护动作条件。这时的比率差动保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动保护的动作条件。

1.3对于发生在被保护变压器区外的故障引起的电流互感器TA饱和，利用故障发生的最初的1/4T~1/2T时间内，可以通过高值的初始制动电流（ITA）检测出来，此制动电流会将工作点短暂的移至附加稳定特性区内。反之，当变压器区内故障时，由于差动电流很大，其与制动电流的比值引发的工作点会立即进入比率差动保护的动作特性区内。因此，保护通过测量的电流量值引发的工作点是否在附加稳定特性区内，在半个周期内由此判别作出决定。一旦检查出外部故障引起电流互感器TA饱和，可以选择差动保护自动闭锁了比率差动保护，并按照整定的时间（TTA）内一直有效闭锁比率差动保护，直到整定的时间到时才解除闭锁。检查出变压器区外故障引起电流互感器TA饱和的判据。

2、常规电磁耦合方式的电流互感器TA，由于故障电流大和（或）系统时间常数长以及电流互感器TA本身的剩磁等因素引起的电流互感器TA饱和情况，会对变压器差动保护装置产生极为不利的影响。特别是电流互感器TA的暂态饱和对引用变压器各侧电流量的变压器差动保护的影响更大，应该采取相应的识别方法区分是否为变压器差动保护区外的故障造成的电流互感器饱和的情况，避免变压器差动保护发生误动作。

3、电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策对于微机型变压器差动保护判别其电流互感器二次电路的断线或短路故障比较困难，原因是单纯通过本身的电流量去判断接线比较复杂的电流互感器二次电路的多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的电流互感器二次电路的断线判别元件。针对这种情况，

介绍一种由电流量和电压量共同判别电流互感器TA二次电路断线或短路的判别原理，它特别适用于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置。

4、电流互感器TA接线的相序、极性和接地问题

4.1变压器差动保护按照有关的规定在保护投运前要严格检查输入保护装置的电流互感器接线电路的相序和极性，确保变压器差动保护的正确工作。但是工程实践反映，由于各种各样的原因，现场确有接错变压器各侧电流互感器三相电路的接线，导致相序和极性错误的情况发生，造成变压器差动保护不应有的误动。如果保护装置本身可以直观的显示输入的变压器各侧电流量的相角、幅值，那么对于变压器差动保护的各侧电流互感器接线的相序和极性检查会有很大的帮助，对变压器差动保护的安全稳定运行又多了一份保证。基于此考虑，利用微机型保护的较强的人机接口功能，可以直观显示变压器各侧电流量的相对相位角度和幅值，显示差流的幅值等，观察输入电流量的测量情况。因此，在变压器投运后带有轻负荷的情况下，由现场的保护技术人员通过观察变压器差动保护装置测量显示的变压器各侧电流量的情况和差流的情况，绘出变压器各侧电流量的相量图，就可以直接分析验证变压器各侧电流互感器TA电路接线是否正确。如果通过观察分析和得到的相量图确认接入变压器差动保护装置的变压器各侧的相电流电路接线正常，仅仅有显示的差流不正常，那么有可能是保护装置本身的数字化平衡变压器各侧电流量的整定值整定有问题，从而也验证了保护装置的数字化平衡变压器各侧电流量的整定值是否正确。

4.2变压器差动保护的二次电流回路接线的另外一个值得注意的问题是：接地点问题。关于仪用互感器的二次回路必须有可靠的接地的要求，在国内外的相应规程中都有明确的规定。例如，在1983年部颁《继电保护和安全自动装置技术规程》中，就有如下条文：电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近经端子排接地。但对于有几组电流互感器联接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地。

结束语：

以上的分析，探讨了变压器差动保护中电流互感器及其联接组的若干问题，这些问题往往对于变压器差动保护的正确工作影响很大。不能够很好的解决这些问题，就会直接影响变压器差动保护的性能，甚至造成变压器差动保护的误动或拒动。

参考文献：

[1]李慧.对于电力变压器电流互感器的研究[D].重庆大学，2014.

[2]张锐，代波.对于电力变压器电流互感器的特点[J].中华民居（下旬刊），2014，10：75.