变压器的细微匝间毛病维护剖析
摘要 首要对一次110 kV/10 kV，31 500 kV.A变压器的细微匝间毛病进行了剖析，继而导出对变压器细微匝间短路的有用核算方法。最终依据细微毛病的特色提出对变压器比率差动继电器通用特性挑选的主张，供同仁参阅。
Transformer ProtecTIon for Low Percentage Interturn Faults
Zhu Shengshi
(Nanjing AutomaTIon Research InsTItute，210003，Nanjing，China)
Abstract The analysis of an interturn fault about one percentage turns is introduced and a calculaTIng formula for estimating the interturn fault current of the transformer is derived.According to the calculation result and features of low percentage interturn fault,the general characteristic selection for percentage differential relay of transformer is suggested.
Keywords Transformer,Interturn faults,differential protection
1 变压器的细微匝间短路毛病实例及剖析
1997年5月6日开封滨河变一台110 kV/10 kV，31 500 kV*A变压器发作事端，变压器差动维护正确动作跳闸，瓦斯维护未动作。
事端后对变压器进行各种外部实验都未能发现毛病。内部查看为高压侧A相匝间短路，被短路的匝数约占悉数绕组的1%。这次事端是典型的细微匝间毛病，对此有深化剖析研讨的必要。
图1是该事端的毛病录波图，其显现高压侧三相电压和低压侧电流都没有显着的改变。打印陈述显现毛病前高压侧负荷电流二次值为2.04 A，CT变比为300/5，所以约为0.74In。毛病后三相电流的基波值别离为IA=5.27 A,IB=2.27 A和IC=3.83 A，变压器高压侧中性点未接地，故3I0=0。
图1 开封滨河变1997年5月6日
高压A相匝间短路录波图
事端前功率因数较高，假定cos?φ=0.9,从录波图上量出?φ=28°,阐明假定合理。由于高压侧中性点未接地，A相匝间短路引起的毛病重量电流ΔIA只能由B，C相流回，因而有
。假定ΔIA落后UA 80°，可作出三相电流的相量图(如图2)。从图2可得IA=ILA+ΔIA=5.27∠-60°A;IB=ILB+ΔIB=2.27∠-198°A；IC=ILC+ΔIC=3.83∠-263°A。此结果与打印陈述中电流的幅值和从录波图上量出的相角非常挨近，故假定IA落后UA 80°是正确的①。从图2可丈量出ΔIA=4∠-80°A，约等于变压器的额定电流1.45In。 电流的毛病重量即继电器的差动电流， 但为了校对Y/Δ变压器两边电流相位， 差动继电器丈量的差动电流应是高压侧两相毛病重量电流之差， ΔIAB=ΔIA-ΔIB=2.17In∠-80°， ΔIBC=0， ΔICA=-2.17In∠-80°。两相电流差的额定值为
In,所以此刻差动继电器测得的差动电流相当于额定值的
125%。事端时变压器差动继电器的发动电流的整定值为0.5In，因而能活络地动作。
图2 依据录波图作出的三相电流的相量图
这次事端至少引发出以下三个问题，值得咱们考虑。
(1) 差动维护可以维护细微匝间毛病。长期以来在我国广泛应用由速饱满变流器供电的机械型差动继电器。其有两大缺陷：最小发动电流必需大于1.5In才干确保避开励磁涌流，因而对细微匝间短路不活络；当短路电流中有直流重量时动作速度变慢，越是加强速饱满变流器的效果带来的延时越长。若毛病靠它切除变压器烧损得非常严峻。若有很好的涌流闭锁元件，差动继电器就可以活络地、快速地动作，把变压器毛病烧损的程度约束到最小，开封滨河变的事端已证明了这种可能性。
(2) 细微匝间短路时维护能丈量到的最小差动电流有多大?细微匝间短路时丈量到的差动电流必定比在变压器低压侧引线上短路时小得多。过错地用后者作为校验差动维护活络度的规范也是构成差动维护不能在匝间毛病时起维护效果的原因之一。开封滨河变事端时的毛病电流水平有无普遍意义?细微匝间短路时的最小差动电流怎么确认?这些问题需研讨处理。
(3) 怎么挑选制动特性。细微匝间短路时，一方面毛病电流小维护的差动电流就小；另一方面三相电压正常，可持续送出满负荷电流。负荷电流是穿越性的，将发作制动效果，所以很天然要问在此制动效果下，继电器能否动作?咱们应当挑选什么样的制动特性?
以下对差动继电器能否在细微匝间短路时起维护效果的问题进行进一步剖析。
2 变压器匝间毛病的核算
变压器绕组的毛病都归于匝间短路毛病。以Y/△接线的双绕组变压器在高压星形绕组发作匝间短路为例，把短路绕组和高压绕组别离开来(健全相相应的部分也如此)，所以毛病后的变压器变为一个Y/Y/△接线的三绕组变压器(当然高压绕组的匝数削减了)，毛病发作在短路绕组一侧的引线上。由此可见匝间短路有多相与单相之分。最常见的尤其是细微匝间短路都是单相的。为了节约篇幅仅评论单相匝间短路。
图3示出核算用体系图及在变压器高压绕组发作单相匝间短路的复合序网图，变压器被看成是三绕组变压器，其等值回路是由三个漏抗ZH，ZL，ZK按星形衔接的回路。H，L，K别离表明高压侧、低压侧及短路绕组侧。Z1LD和Z2LD为低压侧的正、负序负荷阻抗。高压侧中性点接地时刀闸S闭合，不然S断开。核算的困难在于确认变压器等值回路中的三个漏抗ZH，ZL，和ZK。
图3 单相匝间短路核算用
体系图及复合序网图
变压器绕组的漏抗决议于漏磁通所经途径的磁阻，而漏磁通的途径非常复杂(以下的核算参阅文献［2］)。但是在毛病前的漏抗是已知的，只需剖分出短路后各绕组与原绕组的联系就可近似地得到毛病后构成的三绕组变压器的各侧漏抗。
众所周知，关于三绕组变压器经过实验或核算只能顺次求得两个绕组之间漏抗，如ZHK，ZHL和ZLK。把它们归算到同一侧如高压侧，那么图3中星形等值回路中的各阻抗为
式中 ZΣ=ZHK+ZHL+ZLK。
从滨河变毛病录波剖析知道ΔIA落后UA 80°，阐明漏抗中有用电阻的成分很小，以下核算中都疏忽电阻以漏电抗替代漏阻抗。
为了简略，假定绕组是圆筒形的。圆筒形绕组的漏磁通的途径有用长度决议于绕组的高h和有用厚度d。通常在核算时把厚度折合为高度得到磁路的有用高度或有用长度h′=kh,其间k是折合系数，一般k=1.1。明显k与比值
有关。短路绕组的高度等跟着短路匝数而改变，其折合系数也要随之改变。为了简化，下面取实践高度ht与有用厚度d=0.1ht之和作为磁路的有用长度h′，ht为本来整个绕组的实践高度。所以假如短路绕组匝数占原高压绕组总匝数之比为α(1＞α＞0)，则短路绕组的实践高度为αht。短路绕组的漏磁通的途径的有用长度与原有用长度之比为
。设变压器原有的漏抗为Xσ。以下顺次核算三对绕组之间的漏抗。
(1) 高压绕组和短路绕组之间的漏抗X?HK。绕组的漏抗与匝数的平方成正比，与磁路的有用长度成反比。高压绕组去除短路绕组后的匝数，与短路绕组匝数占本来总匝数之比别离为1-α和α。这两部分圆筒的半径相同，是叠起来的，它们之间的漏磁通不穿过铁芯，悉数在空气中构成环路，有用高度要加大一倍。短路绕组漏抗将是
，其归算到高压侧之值为
。同理高压绕组的漏抗为
。所以可得
。
(2) 高低压绕组之间的漏抗XHL。绕组的漏抗与漏磁通途径的截面成正比。在绕组直径一守时截面与绕组等效厚度(
)成正比。γ为两绕组之间气隙的宽，γ1和γ2别离为两绕组的厚度，漏磁通的一部分仅与高压绕组相连，另一部分仅与低压绕组相连，它们别离决议每一绕组的漏抗。要求每一绕组的漏抗，有必要确认这两部分漏磁通在空间的分界线，这是困难的。实验也无法确认每一绕组的漏抗。核算时一般以为两绕组的漏抗(归算到同一侧的值)是持平的。
已知的Xσ是本来两个绕组漏抗的和，与Xσ相对应的漏磁通占有了整个截面。在上面核算XHK时由于每一绕组的漏磁通都占有了整个截面就直接以Xσ为基准进行核算。现在核算XHL就有必要注意到漏磁通途径截面在两个绕组间的分配。
现高压绕组的匝数和高度都削减了，整个绕组都面临着低压绕组，它的漏磁通途径的截面应削减一半，核算时所用的基准电抗也应削减一半。所以高压绕组的漏抗为
。低压绕组无缺如初，匝数和高度都没有改变，但一部分(1-α)WL面临高压绕组，其他αWL则否。前一部分发作的漏磁通的途径的截面应削减一半，后一部分则否。因而低压绕组的漏抗(归算到高压侧的值)应为
。所以可得
(3) 低压绕组与短路绕组之间的漏抗XLK(归算到高压侧的值)。短路绕组都面临低压绕组，所以核算的基准电抗要削减一半。其归算到高压侧的值为
。低压绕组的一部分αWL面临短路绕组，其他部分则否。它归算到高压侧的值为
，所以低压绕组与短路绕组之间的漏抗(归算到高压侧的值)为
求出XHK，XHL，XLK后就可求出图3中等值回路中的XH，XL，XL。
表1示出关于几个不同α值核算得到的漏抗(相关于Xσ)之值。
表1 变压器匝间短路不同α值下的等值回路参数
| α | 0.01 | 0.025 | 0.05 | 0.1 | 0.2 | 0.5 |
 |
2.17 | 1.67 | 1.11 | 0.67 | 0.42 | 0.25 |
 |
-1.18 | -0.69 | -0.16 | -0.22 | 0.35 | 0.17 |
 |
7.05 | 5.81 | 4.35 | 2.77 | 1.4 | 0.25 |
