變壓器的差動保護及其誤動原因分析

文/李俊虎 張軍禮

變壓器的差動保護及其誤動原因分析

文/李俊虎 張軍禮

變壓器的差動保護是變壓器的主保護，其按循環電流原理裝設，主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內部及其引出線上發生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。

一、變壓器差動保護的特點

變壓器差動保護是在繞組變壓器的兩側均裝設電流互感器，其二次側按循環電流法接線，即如果兩側電流互感器的同級性端都朝向母線側，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側電流互感器的二次電流差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。

從理論上講，變壓器正常運行及外部發生故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡電流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為Ik=I1-I2=Iumb，要求不平衡電流應盡量的小，以確保繼電器不會誤動。當變壓器內部發生相間短路故障時，在差動回路中由于I2改變了方向或等于零（無電源側），這時流過繼電器的電流為I1與I2之和，即Ik=I1+ I2=Iumb，能使繼電器可靠運作。

變壓器差動保護的范圍是構成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備，以及連接這些設備的導線。由于差動保護對保護區外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區內故障時，可以瞬時動作。

二、變壓器差動保護誤動原因分析

1.二次側負載在流過短路電流下，不能滿足CT10%誤差曲線的要求。

在電流互感器接入系統容量變化或新裝保護投入運行時，不可忽略根據差動保護區內短路故障時穿越變壓器的最大短路電流和實測的差動回路二次負荷，校核保護用CT的10%誤差曲線是否滿足要求。確保CT在10%誤差范圍內。如果不滿足CT的10%誤差曲線要求，由于CT的容量不足以提供二次負荷所需的要求，在故障時差動保護可能拒動、誤動直接影響差動保護的可靠性。此時應適當加大CT變比，并重新校核CT的10%誤差曲線直到符合要求。例如，朱家灣電廠廠用高壓備用變壓器差動保護拒動，最終查明原因為負荷側CT的10%誤差曲線不合格，更換CT后，差動保護工作恢復正常。

2.差動保護二次電流回路接地方式不當。

差動保護二次電流回路接地時，各側TA的二次電流回路必須通過一點接于地網，因為變電站的接地網絡之間并非絕對等電位，在不同點之間有一定的電位差。當發生短路故障時，有較大的電流流入地網，各點之間的電位差較大。如果差動保護二次電流回路接在地網的不同點，它們之間的電位差產生的電流將流入保護裝置，影響差動保護裝置動作的準確性甚至使之誤動。所以各側CT的二次電流回路應并聯后接到保護裝置的差動電流回路中，所有電流回路必須在并聯的公共點處接地。例如，瑤池電廠輸煤變壓器差動保護在變壓器投入時差動保護誤動，最終查明原因為低壓側差動回路CT接地端未接入接地網，改正后差動保護工作正常。

3.差動保護二次電流回路極性接線不正確，保護誤動。

差動保護二次電流回路接線，高低壓側相位極性必須正確，同相位之間反極性接線，即高壓側CT采用加極性出線，低壓側CT必須采用減極性出線，這樣才能形成差電流。差動電流回路在調試時必須進行通流試驗，測試差動回路六角向量圖，分析測試結果是否正確。投運后再次測試差動回路六角向量圖，確保極性正確。朱家灣電廠1#主變差動保護經常誤動，經過對差動回路的CT極性檢查，發現6KV側廠用電抗器和下溝煤礦電抗電流合成時，下溝煤礦電抗器側電流回路CT極性接錯，糾正后該主變差動保護再沒有誤動。

4.新建變電站的主變差動保護誤動在主變差動保護誤動中占了較大的比例，但這種誤動一般可在主變投運帶負荷試運行的72小時內就會被發現。主要表現在以下幾個方面。

（1）定值的不合理造成主變差動保護誤動作。差動速斷是取變壓器的勵磁涌流和最大運行方式下穿越性故障引起的不平衡電流兩者中的較大者。定值計算部門往往根據運行經驗將差動速斷定值取為5～6Ie。這樣，就會造成主變在空載合閘時出現誤跳閘。一般比率差動電流和制動電流都在額定情況下計算得到，但現場變壓器卻在一般運行方式下運行，由于電流互感器變比、同型系數、計算誤差的影響，就會導致變壓器實際運行時形成一定的差電流，導致比率差動保護誤動作。下溝煤礦2#主變差動保護經常在變壓器投運時差動保護誤動，對該變壓器差動回路進行了全面檢查，未發現任何問題，充分考慮電流互感器變比、同型系數、計算誤差的影響，對保護定值進行重新計算整定后，該主變差動保護工作趨于正常。

（2）電流互感器二次接線方式選擇不正確造成誤動作。對于微機保護來說，實現高、低壓側電流相角的轉移由軟件來完成，不管高壓側是采用Y型接線還是采用△型接線，都能得到正確的差電流，對于微機保護來說只需要對應的接線方式與保護整定值設置一致。

（3）現場施工接線錯誤造成主變差動保護誤動作。電流互感器（CT）極性接反導致誤動作。一般來說每一個廠家根據自己產品采用的算法特點有規定一種默認的同名端指向。如果現場的CT極性接反，在主變正常運行情況下，差動電流回路就會產生差流，從而造成差動保護誤動作；在主變故障情況下，差動電流回路電流相互抵消，從而造成差動保護拒動作。長武二甲醚3#主變差動保護，在發電機啟動升壓并網發電時，變壓器差動保護動作，對該系統一次設備檢查一切正常，隨后對CT二次回路及極性檢查，發現主變10kv側 CT極性接錯，改正接線后，發電機并網時主變差動保護沒有誤動，差動保護工作正常。

相序接反導致誤動作。電力系統正常的相序為正序，也就是以A相為基準，B相比A相超前120度，C相比A相滯后120度。如果主變任意一側的CT出現相序接錯的情況，就會形成差電流，導致主變差動保護誤動作。蔣家河煤礦35KV變電站1#主變差動保護經常誤動，對CT二次接線進行全面檢查未發現問題，接法正確，最終對一次相序檢查，發現高壓側和低壓側相許不對應，由于安裝單位在施工時把一次相序弄錯了，導致變壓器差動保戶誤動，糾正后該主變差動保護再沒有誤動。

開關操作回路存在寄生現象導致誤動作。對采用兩套獨立運行的雙直流系統的變電站，當高低壓側開關操作回路存在寄生現象，亦即兩套直流系統之間存在寄生回路時，容易造成保護誤動。

三、結語

本文根據實際工作情況，分析總結了變壓器差動保護誤動作的幾種原因，并提出了相應的改進方法。雖然只是針對變壓器的縱差保護進行分析，但其中一些經驗總結也適用于線路縱差保護和發電機差動保護的工程借鑒，值得同行在產品開發、現場運行和維護中參考和借鑒。

（作者單位：彬縣煤炭有限責任公司，陜西華彬雅店煤業有限公司）

（責任編輯：龐永厚）