煤礦35 kV變電站差動保護及其預防誤動研究

郝嘉偉

(西山煤電 西曲礦，山西 古交 030200)

0 引言

變壓器是煤礦35 kV變電站最主要的設備，其作用是將35 kV電壓降為6 kV和10 kV供給煤礦生產生活使用，起到了能量分配的作用。變壓器的主保護是差動保護，差動保護容易誤動，尤其是在勵磁涌流作用下，差動保護誤動會造成大范圍生產生活停電，嚴重威脅著煤礦生產安全和生產效率。各個廠家差動保護裝置功能和原理略有不同，因此要想有效降低差動保護誤動作次數，必須對差動保護原理和裝置非常熟悉，并制定相應的預防措施。因此本文對煤礦35 kV變電站差動保護原理、作用及其防誤動措施進行研究，對提高煤礦供電系統的可靠性具有重要意義。

1 差動保護原理

差動保護的保護范圍包括繞組及其引出線，主要是針對變壓器內部主板、裝置等故障進行的保護。變壓器差動保護基于基爾霍夫電流定律“流入某一節點的電流相量之和為零”，視變壓器為一個節點，即變壓器正常工作時，流入變壓器的電流與流出變壓器的電流相等，此時差動電流為零;若變壓器內部出現相間短路或匝間短路等故障，差動電流不為零，當差動電流大于某一整定值時，觸發差動保護動作，隨后被保護變壓器跳閘。

三相變壓器通常采用Y/Δ-11接線方式，即流入變壓器的電流和流出變壓器的電流存在30°相位差，差動電流不便計算，因此電流互感器在采集變壓器電流時采用不同的接線方式，高壓側采用三角形接線方式，低壓側采用星形接線方式，以此抵消輸入輸出電流的相位差。差動保護電流互感器接線方式如圖1所示，IA1、IB1、IC1分別為變壓器高壓側電流，IA2、IB2、IC2分別為變壓器低壓側電流，三組保護裝置分別檢測A相差流、B相差流和C相差流。采用相位補償方式接線后，變壓器高壓側電流幅值較實際增大了1.732倍，所以在選擇電流互感器時應當將接線方式考慮在內，以免選擇的電流互感器容量不足，造成電流互感器燒毀。

圖1 Y/Δ-11接線變壓器差動保護電流互感器接線示意圖

2 差動保護裝置功能

THT-203型變壓器差動保護裝置的功能有：三相式比率制動差動保護功能、差動速斷保護、電流相位補償功能和調整平衡電流功能。

(1) 比率制動原理。在變壓器三相不平衡時，可能引起差動保護的誤動，因此采用比率制動來減小不平衡電流的影響。在設計時應謹慎選擇制動量的大小，如果制動量過大，雖然外部不平衡電流能準確觸發差動保護動作，但是當變壓器發生內部故障時的動作靈敏性受到制約。因此差動量和制動量的選取會不同程度地影響差動保護的靈敏性和速動性，具體的選擇應視實際工程需求而定。THT-203型差動保護裝置的比率制動選擇兩段折線式。

(2) 差動速斷保護。它是三相比率制動差動保護的后備保護，在差動電流大于差動速斷電流時不經其他制動判斷，直接輸出跳閘結果。

(3) 電流相位補償功能。如上一節所述，由于變壓器接線方式導致高壓側電流和低壓側電流具有相位差，傳統的解決方案是在接電流互感器時考慮改變接線方式，缺點是會提高電流互感器的容量。軟件電流相位補償功能可以支持由星形接線轉換為三角形接線或由三角形接線轉換為星形接線方式，兩種調整方式基準不同。THT-203型差動保護裝置在軟件內集成了星形接線向三角形接線轉換調整功能，這種方式簡單易行，是目前主流廠商所接受的方式。

(4) 平衡電流調整功能。變壓器的變比和電流互感器的變比是確定的，因此差動元件的輸入電流初始并不為零，通過THT-203型差動保護裝置中平衡系數KL的設置，能夠在調試時滿足差動電流為零。

3 差動保護誤動作原因分析

3.1 電流不平衡

正常工作的35 kV變壓器流入電流和流出電流是平衡的，當流入電流和流出電流不平衡時，會引起差動保護誤動作。常見的電流不平衡因素有三種，分別是勵磁涌流、傳變誤差和檔位變化。故障出現在變壓器外部時，變壓器的高、低壓側電流互感器會由于勵磁電流產生誤差，當電流互感器的型號或參數不同時更為明顯。傳變誤差指的是由勵磁回路參數計算引起的誤差。檔位變化指的是對變壓器進行有載調壓時，電流互感器始終不變，因此差動電流不為零。

3.2 接線錯誤

電流不平衡是電路特征引起的差動保護動作，除此以外，保護接線有誤也會引起差動保護動作。接線錯誤最常出現的兩種情況是，接錯主變極性和接錯電流互感器極性。三相電路中任意某相極性接反將會導致其他兩相出現電流差，觸發差動保護誤動作。

4 差動保護誤動預防措施

(1) 嚴格制定差動保護制動方案。變壓器的突然投入和切除將會在高壓側產生沖擊電流，沖擊電流將會導致差動保護的保護范圍擴大，使得差動保護在此情況下啟動，導致變壓器主開關跳閘，誤切除正常運行的變壓器。為了防止變壓器投切引起的差動誤動作，一般都會制定相應的制動方案。二次諧波制動是一種常用的制動方案，具體的方案有分相制動、諧波比最大相制動、三取二制動和平均二次諧波制動。不同方案的二次諧波制動特點不同，適用場合也不同，所有的二次諧波制動方案均可能出現差動保護誤動作，因此在設計時應嚴格分析，進行空載沖擊試驗時應反復檢驗方案和定值的合理性。分相二次諧波制動原理如圖2所示，某相二次諧波制動與該相差流為邏輯“與”的關系，只要A、B、C任意一相二次諧波制動為“真”，則不會觸發差動保護出口。

圖2 分相二次諧波制動邏輯出口方案

(2) 加強變壓器驗收管理。差動保護誤動作管理措施應當堅持以預防為主，治理為輔。變壓器安裝驗收時，通過現場檢查和實驗報告確保電流互感器極性和繞組，電流互感器二次回路絕緣和接地情況良好，無多回路接地。一次升流試驗時，檢查電流互感器變比和接線，對保護裝置功能進行逐一試驗，檢查各動作邏輯是否正確。

(3) 加強差動保護定值管理。差動保護定值的準確性決定了動作的正確性，如果差動保護裝置投運后長時間未進行定值檢查，則系統容易在定值變化下產生誤動作。根據相關規定，煤礦變電站保護裝置定值檢查不少于每年一次，發現定值與實際不符時，應當及時調整。

(4) 嚴格且規范執行變壓器負荷測試。變壓器投入瞬間的高壓側勵磁涌流高達6倍～8倍額定電流，觸發差動保護動作。差動保護投入前，需要對電流的穩定性和差值進行測試，負荷測試的檢查項目有：測量差動電流、測量變壓器流動電流、繪制差動保護向量圖以及數據分析等。變壓器的相序應為相差120°正序，檢查電流幅值和電流互感器產生的變化，通過調節差動保護裝置的電流平衡系數，使差動電流降低。負荷測試的結果應是穩定持續的，以此來確定接線的正確性。完成負荷測試后才能投入差動保護。

5 結束語

變壓器是煤礦35 kV變電站最重要的設備，承擔著電力變換和分配的重要職責，為了確保變壓器安全穩定運行，其主保護即差動保護的動作必須正確。本文研究了變壓器差動保護原理及THT-203型差動保護裝置功能，總結了差動保護誤動原因，提出了差動保護預防管理的措施，對煤礦35 kV變電站安全運行具有現實意義。