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1、变压器保护一直是电力系统继电保护中的重点，关系到整个系统的安全稳定。据统计资 料显示1，变压器匝间短路占电力系统中大型变压器故障的50 %60 %。匝间短路时的 一个典型特点是：短路电流可达额定电流的数十倍，但三相线电流并未显著增大2。由于 外部短路电流等因数的影响，变压器三相不平衡电流较大，一般情况下，变压器差动保护的 整定值都设定较高，不能灵敏反映匝间故障3，这个矛盾一直是匝间短路保护的一个难题。为此，一些学者进行了大量研究，文献中利用霍尔元件反应漏磁场变化，判定是否 发生匝间短路，其主要思想如下：以高低压绕组等高变压器来分析，变压器没有发生匝间短 路前其漏磁场如图匝间短路前漏磁场匝间短路
2、后漏磁场磁力线分布均匀，在绕组中部P 一 P截面的横向漏磁场分量为零;变压器发生匝间短路后 其漏磁场如图3,由于短路匝出现较强漏磁场，从而使磁力线分布很不均匀,P-P截面的横向漏 磁场分量不为零，若利用霍尔元件安装在绕组中部P-P截面处来测量漏磁场变化，就可简单地 判定变压器是否发生了匝间短路。利用霍尔元件测量变压器发生匝间短路时的漏磁场变化， 可简单判定变压器是否发生匝间短路，但霍尔元件的可靠安装很复杂，实用较难。文献基于功率损耗突变，通过实时计算有功损耗和无功损耗的比值进行匝间短路判 定。当故障发生时，该比值可发生较大突变，从而可测到轻微匝间故障，但由于功率损耗与 电压有关，该方法可能存在
3、较大误差。文献6利用短路阻抗的变化监测绕组状态从而识别变压器绕组故障。实时采集模型变 压器原、副边的电压、电流信号后，针对电压、电流传感器采集信号的特点，应用小波变换 除去噪声，再利用基于离散傅里叶变换的高精度相位识别法，辨识各正弦量间的相位差，得 到各负载情况下变压器绕组等效电路的短路阻抗。变压器绕组未发生状态改变时，不同负载 情况下短路阻抗的辨识差别不超过0.64% ；若变压器绕组发生变形及匝间短路等故障，短路 阻抗的变化量达到5.6%以上。文献7提出了基于电流比变化量的匝间短路保护方法，在变压器带负载运行后，利用 绕组电流以变压器两侧绕组电流比值的变化量是否超过整定值作为保护判据，保护算
4、法简 单，能够灵敏监测变压器匝间故障，本文主要介绍这种短路保护方法。传统纵差保护中，流入差动继电器的不平衡电流与多种因数相关11,主要受变压器外 部故障短路电流的影响，短路电流越大，不平衡电流越大。且变压器某一相出现匝间短路时， 故障反应灵敏度受躲外部不平衡电流门槛值的影响。如图所示，变压器内部磁通包括主磁通和漏磁通。前者通过铁心，与原边和副边绕组相 交链，后者仅与一个绕组交链，主要通过空气或油而闭合12。变压器负载运行时磁通回路图中，0为主磁通；0 1O、0 20分别为原、副边侧绕组的漏磁通；el、e2及elo、 e2o分别是相应的主磁通和漏磁通的感生电动势；i1、i2分别为原、副边侧绕组入
5、端电流； im为产生主磁通的激磁电流；N1、N 2为原、副边侧额定匝数。在变压器正常运行或外部故障时，漏磁通远远小于主磁通，可忽略13。由原、副边绕 组的主磁通磁动势平衡和电磁感应关系知，某一时刻通过原、副边绕组的电流关系为Ni + N i 二 Ni112 21 m忽略励磁电流，可等效为I Nt = i = nI N T1 2式中，nT为变压器原边侧与副边侧的匝数比。上式表明，变压器电磁感应原理确定了 变压器两侧电流的比值对应于两侧绕组匝数的比值。当变压器内部绕组结构无变化时，任意 时刻变压器两侧电流的比值不变。当变压器内部匝间短路后，等效于变压器绕组的匝数改变, 反映在变压器两侧电流的比值将
6、会改变。因此可通过监视和判断变压器两侧电流的比值的变 化来识别变压器内部是否出现了匝间短路。当变压器空载运行时，空载侧绕组电流为0，基于电流比变化提出的保护原理显然不 能适用，保护应闭锁。当变压器出现外部单相接地、内部绕组相间短路等故障时，由于三相 变压器中任意一相绕组的感应电势包含了其他相的磁通，各相电流将可能不对称，电流比可 能会出现较大的变化。此时，也应闭锁此保护。令任意t时刻的原、副边侧绕组采集到的互感器的电流值，分别为I(t)、I(t)，当1 2I(t)、I(t)均不为0时，电流比测量值n (t )为1 2(八 I(t)n(t) = VI (t)2任意时刻的电流比变化量为Awq(r)
7、 = n(t-At)式中， t为采集电流比数据的时间间隔，按躲过匝间故障暂态过程考虑，取35个 周波。为躲过变压器内部其他故障以及变压器外部故障对匝间短路保护的影响,采用启动判别 加延时验证的方法。即：(1)电流比匝间短路保护启动条件为I丰 0 且 I丰 0 且 I An (t) l An1(t)2(t)qset(2)保护动作条件为t T 且丨 An (t) I Any setrset匝间保护动作。式中，I An (t )I为保护启动测量值；t为启动后的保护延时；T为启 qyset动后保护延时校验时间，取值按系统故障到故障消除的时间，I An (t)1为为启动后延时求取 r的电流比变化量；An
8、为电流变化量动作整定值。setpH(训=其中：n(t)为启动后延时到达后的电流比；n为系统记录的启动前的电流比。 bf保护的启动整定值计算方法为其中：Krel为可靠系数，可取1.21.3； n为电流比变化量的最大误差，主要与互感 器变比误差相关，该误差主要由计算变比与实际变比不一致引起的，某时刻变比测量值为n(t) =-=空1如=也5/2 (0厶丁2nil12(t)分别是某一式中，E、T2n分别是变压器原、副边侧互感器变比；Ii(t)时刻变压器原、副边侧绕组一次电流值。 则电流比变化量误差n为Af? = n(t) -=(也2 -1) x /7t?ti以精度为0.5的互感器为例，电流比变化量最大
9、误差为1-0.5%-1) x ztt=1%x wT对于有载调压变压器，当变压器调节抽头时，三相电流比同时上升或降低，且变化量相 同；而匝间不可能同时三相短路，因此可根据这一特点来区分分接头调整与匝间短路。为了 防止保护误动作，当电流比变化量超过整定值时，需要先判断是否为变压器抽头调节。当变压器i相1 An (t)| An(i=a,b,c)成立时，令逻辑变量L = 1(i =a,b,c)。变压irseti器抽头调节时，三相电流比同时变化，且变化量相同，因此LLL = 1，为变压器抽头调节; a b c则为匝间短路。利用该附加保护判据判定变压器是否为抽头调节，满足时闭锁匝间保护; 若不是，则开放匝
10、间保护。其保护流程图如图2。采集变压器.相绕组各测电流保护动作且显示故障相变压器差动保护整定值需要躲过各种不平衡电流，对匝间故障反映可能不够灵敏。为了 灵敏地检测出变压器匝间短路故障，采用变压器两侧电流比的匝间短路保护方案。根据这一 方案构建了采用启动判别加延时验证的保护动作判据，能躲过变压器其他类型故障及变压器 外部故障的影响，选择性强；可以灵敏地检测少匝故障，并能区分出故障相，有利于快速准 确地处理变压器匝间故障；保护无需另外装设传感设备，算法简单，实现容易。参考文献：1尹项根.电力系统继电保护原理与应用M.武汉：华中科技大学出版社,2001. 李秀国.变压器匝间短路故障的分析与处理J.山
11、东电力技术,2009(6): 28-29.王维俭.发电机变压器继电保护应用M.北京：中国电力出版社,2005.4孙守海.变压器匝间短路理论分析J.电工技术,2003(7): 1-2.冯瑾,张俊.一种基于功率损耗突变的变压器匝间保护J.广东输电与变电技术,2008(3):17-21. 范竞敏,曹建，丁家峰.电力变压器绕组状态实时检测算法J.电力自动化设备，2010, 30(3): 81-84.熊小伏，王嫱，陈星田 一种基于电流比变化量的变压器匝间短路保护方法J.电力系统 保护与控制,2013,41(9); 112-11511张保会，尹项根.电力系统继电保护M.北京：中国电力出版社,2005.12 汤蕴璆，史乃.电机学M.北京：机械工业出版社,1998.中国电力13 王维俭，王祥珩，王赞基.大型发电机变压器分析与继电保护M.北京: 出版社,2005.
