變壓器差動保護誤動因素分析及解決措施

廣東省輸變電工程有限公司 凌正茂

變壓器保護常采用縱聯差動保護和非電量保護作為主保護，當發生內部短路故障時，變壓器兩側的電流互感器檢測到差流，保護裝置計算的差流值大于差動動作值時，保護發出跳閘命令。而當發生外部短路，正確配置的差動繼電器在極端條件下由于不平衡電流、勵磁涌流等干擾下，保護發生誤動。本文在從理論上分析差動誤動原因，求各種情況下流入繼電器的不平衡電流，并提出措施減少不平衡電流的產生，從而提高差動保護的可靠性。

1 變壓器差動保護原理

電力變壓器作為電網系統中不同等級電壓之間聯系的紐帶，廣泛應用于電網系統各個環節，變壓器的安全穩定運行牽涉面非常大，所造成損失往往難以估量。變壓器在實際運行時除受自然環境影響，還受到承載負荷的瞬時擾動，長期運行的變壓器容易出現各種故障和異常情況。作為變壓器主保護的縱聯差動(簡稱差動)保護和非電量保護，如果發生故障不能快速切除，不但會損壞變壓器，甚至會引發系統事故或大面積停電事故。因此，變壓器的繼電保護歷來是廠站保護中的重中之重，受到極大關注。

變壓器差動保護的原理是：在變壓器的各側繞組裝設電流互感器，二次繞組按照循環電流法接線，各側CT端子引出線按同極性方向依次相連，同時串入差動繼電器。此時差動繼電器中流過電流是變壓器二次電流差值。在正常運行和區外故障時流過差動繼電器的差流應為零。變壓器差動保護需要對數值進行如下幾類處理：一是對變壓器不同側的差動互感器二次電流進行移相；二是濾除區外接地故障時流過變壓器的零序電流；三是使變壓器各側差動互感器二次電流用平衡系數加以折算。

2 差動保護誤動原因

提高變壓器差動保護的可靠性，必須先對差動保護容易產生誤動的原因進行分析，之后才能進一步找到解決問題的辦法。

2.1 不平衡電流引起差動保護誤動

正常運行狀態下，變壓器差動保護繼電器不會檢測到差流。但如果發生外部短路故障，外部流經一個非常大的短路電流，同時短路電流的暫態特性中含有大量非周期和諧波電流分量，使得勵磁電流急劇增大。單相變壓器參數折算后等效電路如圖1所示：電流互感器流經的一次電流I1呈飽和狀態，低壓側互感器的二次負載電流I2很難跟隨一次值一致變化，從而出現較大的不平衡電流流入差動繼電器，如果不平衡電流瞬時峰值達到差動動作值，差動繼電器則會出口動作。研究如何減小該不平衡電流值，對提高保護動作可靠性有重要意義。

圖1 雙繞組單相變壓器等效電路

2.2 CT二次回路斷線引起差動保護誤動

如果變壓器不同側的接線組別不一致，則由于高低壓側電流存在相位差，從而差動回路會產生不平衡電流。傳統的差動保護對此的處理方法是：改變CT二次回路接線來實現一次組別的“相位補償”。例如雙繞組變壓器最通常采用的是Y/dll接線，該種接線方法使得一次三角形側電流相位超前一次星形側300o，二次回路接線需將變壓器星形側的CT二次側接成三角形，而三角形側的CT接成星形，采用此方法調整后流入差動繼電器的差流相位差恢復為零。目前變壓器差動保護多采用軟件移相法，無需對CT二次接線進行更改，對于任意接線組別的變壓器，其CT二次回路都可以采用全星型連接，Y，d變換由微機裝置進行“相位補償”計算來實現內部移相，具體方法為“對稱分量法” 經“矩陣變換”計算得出。

CT如果發生二次回路斷線，最明顯特征是電流會立刻下降。在微機保護中，若某側電流只有一相或兩相電流為零，剩余其他相電流與起動電流相等，故障相電流的突變量大于定值，同時滿足上述條件則判定為CT斷線。差動裝置會閉鎖差動，防止變壓器差動保護誤動作。

2.3 區外故障引起的差動保護誤動

當變壓器發生區外故障時，有如下幾種原因容易產生差流：

（1）電流互感器(TA)本身存在誤差或不同型號TA的轉化差異較大，造成各側電流不一致；當二側互感器型號不一致，特別是發生短路故障的一側使用P級互感器，保護級互感器，而短路電流小的一側使用TPY級互感器，而此時短路電流較大，兩側的暫態特性差異使得一、二次側傳送差異非常大。

（2）當變壓器進行有載調壓操作時，分接頭動作后電壓發生波動產生不平衡電流。

3 減少差動誤動可能性的措施

減少差動保護在區外故障下誤動可能性，可從如下幾方面著手，減小流入差動繼電器的不平衡電流值，增大制動性能。

（1）在進行繼電保護定值計算時，保護門檻定值不宜設置低，一般整定在0.4 In或以上較合適。

（2）兩側TA盡量選用同一型號的，可以同為P級或TPY級互感器，減少兩側TA的不平衡性，使用TPY級互感器效果較好。

（3）提高硬件的采樣精確度和防抖精度。可以從編制的軟件著手，來防止區外故障切除時對保護造成的誤動。

4 結論

隨著計算機水平的發展，保護裝置硬件不斷升級，軟件計算逐步采用多種差動原理，采樣精度和計算準確度也在提高。但仍存在諸多因素有可能造成變壓器差動保護動作。本文從容易產生差動誤動的原因分析入手，分析各種情況下流入繼電器的不平衡電流，并提出措施減少不平衡電流的產生，從而提高差動保護的可靠性。我們只有在調試過程中把每一環節工作做細，嚴把質量關，及時多方溝通，可以保證差動保護的可靠性，最大程度的降低差動保護的誤動作概率。