變壓器差動保護誤動因素分析及解決措施

張恒滔　謝原　李明輝

【摘 要】現如今，國家電力得到了千速未有的發展，目前我國的變壓器采用的差動保護比較規范，一般情況下使用微機實現的比率差動保護多應用于110kV變壓器，而常用分立式繼電器構成的保護對35kV以下的繼電器進行保護。二次回路的構成比較簡單，當系統發生故障時，二次回路就會出現電壓急劇增加或急劇下降、電壓間相位差角發生變化的情況，因為該種方法能夠清晰的反應出故障的發生，并且操作簡單，因此是一種非常普遍的方法。當變壓器的主保護的差動保護動作率在60%～70%時，對變壓器的穩定運行時非常不利的。

【關鍵詞】變壓器；差動保護誤動因素；解決措施

引言

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。

1.2主要作用

在電力系統中變壓器的差動保護裝置主要對電路上的短路故障進行檢測預防，該短路一般發生在雙繞組變壓器繞組內部和其引出線上，同時也會對變壓器中的單相匝中的短路故障進行保護。電流互感器裝置會接在變壓器的兩端，并且按循環電流的接法對二次側進行相接，也就是說電流互感器的同極性端都向母線一側涌入，則將同極性端子進行相連，并將電流繼電器并聯接入兩接線之間。繼電器中感受到的電流是兩側電流互感器值的差值，這也說明差動回路上進行差動繼電器的連接。根據前文可知，理論上來講，當變壓器正常運行或者出現外部故障時，差動回路的電流是零。但是實際情況中，兩側機器存在系統誤差，特性并不是完全一樣，當正常運行或出現外部故障時，仍然會出現細小的不平衡電流Iumb（Ik=I1-I2=Iumb）經過。雖然該誤差是無法避免的，但是應該確保該電流應該盡量的小，繼電器的保護裝置不會出現誤動。當出現內部故障時，差動回路中的I2改變了以前的方向或為零，這個時候繼電器中流過的電流為I1和I2之和，這個時候就會使繼電器穩定的工作。

1.3保護范圍

變壓器差動保護的電流互感器中間的電氣設備以及連接這些設備的導線構成了差動保護的范圍。差動保護的操作較為簡單，不需要和相鄰元件之間進行配合。

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。

2.2CT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0.4In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。

結語

變壓器的主保護有差動保護和瓦斯保護，應滿足可靠性、靈敏性、選擇性、和速動性的四性要求。工作中要嚴格按照電力企業繼電保護規程要求從細節出發，對二次回路、差動保護回路以及差流進行詳細細致的核查，避免差動保護誤動事故的發生；對于運行人員要加強反事故演練，增強反事故的能力。

參考文獻：

[1]李翔，羅天宇，張志勇.架空輸電線路飄流異物處理難點與對策分析[J].工程技術（文摘版），2017（1）：204-205.

[2]金立軍，姚春羽，閆書佳，等.基于航拍圖像的輸電線路異物識別[J].同濟大學學報自然科學版，2017，41（2）：277-281.

[3]徐欣，倪衛良，嚴偉佳.輸電線路異物帶電處理工具[J].電世界，2017，55（4）：16-17.

[4]周輝，楊穎銳，楊生蘭.輸電線路異物清除裝置研究[J].科技創新與應用，2016（7）：174-175.

（作者單位：國網山東省電力公司棗莊供電公司）