微機型主變差動保護誤動原因分析及對策

范琨　范春菊

摘 要：在電力系統中，變壓器主變是用來輸送電能、升高和降低電壓的關鍵設備。雖然變壓器經過了不斷的改進，但還是存在誤動作的情況，這對電力系統的安全、穩定運行造成了很大影響，大大降低了供電的可靠性。簡單介紹了變壓器的故障、非正常運行工況和主變差動保護的基本原理。通過分析浦東地區改造中的變電站、運行中的變電站和新投運的變電站主變差動保護誤動作的原因，提出了防止主變差動誤動的對策。

關鍵詞：主變壓器；差動保護；誤動作；接地保護

中圖分類號：TM772；TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）18-0012-02

1 變壓器的故障類型和非正常運行狀態

1.1 變壓器的故障類型

變壓器故障可分為油箱內故障和油箱外故障。變壓器油箱內故障包括繞組的匝間短路、相間短路、鐵芯與繞組間發生短路和單相接地短路等故障。油箱發生內故障時產生的電弧不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，嚴重情況下，還會引起變壓器的油箱爆炸；油箱外故障指的是箱殼外部的套管和引出線上發生的各種相間短路故障和單相接地短路故障。

1.2 變壓器的非正常運行狀態

變壓器的非正常運行狀態主要指因變壓器負荷長時間超過額定容量，引起過負荷和油箱漏油等情況，進而造成油面降低、變壓器外部短路的情況，最終產生過電流的運行狀態。變壓器的非正常運行狀態會使繞組和鐵芯過熱，進而使繼電保護發出告警信號，運行人員以此可及時發現變壓器的非運行狀態，并采取相應措施，確保變壓器的安全。

2 主變差動保護的工作原理

圖1為雙繞組單相變壓器差動保護原理的接線方式。其中，

變壓器各側電流 和 的參考方向為母線指向變壓器。當變壓器正常運行或發生區外故障時：

+ =0. （1）

當在忽略變壓器損耗的狀態下，差動繼電器KD不動作，此時：

+ =0. （2）

當變壓器內部任意一點發生故障時，相當于在變壓器內部新增了一路故障支路，此時流入差動繼電器的差動電流等同于故障電流：

= + = . （3）

如果故障電流大于差動繼電器的動作電流，差動繼電器KD就能迅速動作。

式（1）（2）（3）中： ——流入變壓器星型側的一次電流；

——流入變壓器三角形側的一次電流；

——流入變壓器星型側繼電器的二

次電流；

——流入變壓器三角形側繼電器的二次電流；

——流入繼電器的差動電流；

——故障電流。

圖1 雙繞組單相變壓器差動保護原理的接線方式

3 主變差動保護誤動的原因分析

3.1 改造中的變電站

3.1.1 電流互感器的變比有誤

我們在改造投運年代較早的變電站時，經常會碰到改造現場的電流互感器銘牌不清晰、設備清單不詳細等情況，曾出現過因電流互感器變比提供有誤而造成主變差動保護誤動的事例。

3.1.2 電流互感器的型號、規格不匹配

保護用電流互感器按是否考慮短路電流的暫態過程分為P類（在穩態情況下不能達到飽和）和TP類（在穩態和暫態的情況下均不能達到飽和）。

P類和TP類又可細分為多種類型，例如P類可分為5P20、10P20等，TP可分為TPX、TPY和TPZ等。在站點更換電流互感器的過程中，工作人員常忽視電流互感器的等級匹配問題，

因此，在變壓器發生區外故障時，如果滿足一定的條件，主變差動保護就會誤動作。

3.2 運行中的變電站

3.2.1 P類電流互感器的暫態飽和特性

從浦東地區發生的多起主變差動保護誤動實例中可以看出，如果采用P類電流互感器，在發生區外間歇性短路故障和清除故障的瞬間，都很容易出現主變差動保護誤動作。

3.2.2 主變低壓側真空斷路器絕緣不良

當某一臺主變作為冷備用時，其低壓側斷路器真空泡中存在的放電現象就相當于變壓器空投，進而在變壓器的低壓側繞組產生勵磁涌流，而高壓側斷進線則不產生電流。此時，由于差動保護的制動判斷依據來自于主變高壓側的諧波電流，所以不會發生閉鎖現象，而這卻導致冷備用變壓器差動保護誤動作。

3.3 新投運的變電站

3.3.1 比例、二次諧波制動的定值有誤

比例制動是當變壓器內部出現輕微故障時，差動保護不帶制動量跳開主變各側斷路器的制動方式。在發生區外故障時，通過一定的比例進行制動，可提高差動保護的可靠性；在變壓器空載合閘時會產生二次諧波，根據該狀態量可判斷電流是故障電流還是勵磁涌流，以此保證工作人員在開關跳閘和保護制動時作出正確的選擇。通常情況下，額定的差動和制動電流都是在理想情況下計算出來的，然而，運行中的變壓器會受到同時系數、電流互感器變比等因素的影響，使變壓器在實際運行中形成的差電流高于計算出的差動定值，導致差動保護誤動作。

3.3.2 沒有正確連接電流互感器的中性線

由幾組電流互感器組合而成的電流回路應并聯接入保護裝置，其接地點應選在控制室的保護屏，并經端子排接地，且只能有一個接地點。當電流互感器的二次回路發生變更后，必須檢查接地點的情況，確保接地良好且不能出現兩點或多點接地。

3.3.3 電流互感器的接線方式選擇不當

對于微機保護而言，無論高、低壓側采用的是星形接線方式，還是三角形接線方式，都可通過程序設定來完成高、低壓側電流相位角的轉移，并最終得到準確的差動電流值。但是，如果電流互感器的接線方式錯誤，就不能達到相位角轉移的目的，從而使變壓器在正常運行時，其高、低壓側的電流差超出限定的閥值，導致差動保護誤動作。

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統中，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側的電流互感器接錯相序，就會產生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側的電流向量、差動回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態飽和特性不良的P類電流互感器

對于暫態飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點措施改進：①不斷改進微機保護裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態飽和的能力；②使用目前國內外最先進的光電流變換器。

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統

對于電壓等級小于l10 kV的系統，可以采取以下四點措施改進：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設計選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負載與相應電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來減小短路電流的倍數；③降低二次負載阻抗與二次額定電流，以此來減小二次負載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當提高動作電流。

4.4 對YN側零序電流影響的改進措施

對于YN側零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據穩態零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

[1]高亮.電力系統微機繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]許正亞.變壓器及中低壓網絡數字式保護[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3]袁季修，盛和樂.電流互感器的暫態飽和及應用計算[J].繼電器，2002（02）.

[4]王維儉，李芙英.縱聯差動原因不明誤動的分析和對策[J].電力系統自動化，1999，23（18）.

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統自動化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統中，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側的電流互感器接錯相序，就會產生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側的電流向量、差動回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態飽和特性不良的P類電流互感器

對于暫態飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點措施改進：①不斷改進微機保護裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態飽和的能力；②使用目前國內外最先進的光電流變換器。

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統

對于電壓等級小于l10 kV的系統，可以采取以下四點措施改進：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設計選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負載與相應電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來減小短路電流的倍數；③降低二次負載阻抗與二次額定電流，以此來減小二次負載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當提高動作電流。

4.4 對YN側零序電流影響的改進措施

對于YN側零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據穩態零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

[1]高亮.電力系統微機繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]許正亞.變壓器及中低壓網絡數字式保護[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3]袁季修，盛和樂.電流互感器的暫態飽和及應用計算[J].繼電器，2002（02）.

[4]王維儉，李芙英.縱聯差動原因不明誤動的分析和對策[J].電力系統自動化，1999，23（18）.

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統自動化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統中，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側的電流互感器接錯相序，就會產生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側的電流向量、差動回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態飽和特性不良的P類電流互感器

對于暫態飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點措施改進：①不斷改進微機保護裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態飽和的能力；②使用目前國內外最先進的光電流變換器。

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統

對于電壓等級小于l10 kV的系統，可以采取以下四點措施改進：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設計選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負載與相應電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來減小短路電流的倍數；③降低二次負載阻抗與二次額定電流，以此來減小二次負載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當提高動作電流。

4.4 對YN側零序電流影響的改進措施

對于YN側零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據穩態零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

[1]高亮.電力系統微機繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]許正亞.變壓器及中低壓網絡數字式保護[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

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[4]王維儉，李芙英.縱聯差動原因不明誤動的分析和對策[J].電力系統自動化，1999，23（18）.

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統自動化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕