数字式变压器差动保护误动分析及防范措施

邓子伟

（南宁化工股份有限公司，广西 南宁 530031）

数字式变压器差动保护误动分析及防范措施

邓子伟

（南宁化工股份有限公司，广西 南宁 530031）

通过对一起主变差动保护误动原因的分析，介绍了HN-2042型数字式变压器差动保护电流相位校正和幅值平衡补偿的基本原理，对误动原因进行了定性分析和定量计算，从技术和管理方面提出了防范措施。

数字式变压器；差动保护；相位校正；幅值平衡；平衡系数

差动保护是电力变压器的主保护，对保证变压器安全运行具有极其重要的作用。为提高差动保护正确动作率，除选好保护设备外，还需做好施工设计、整定计算、现场安装调试等一系列技术和管理工作，如果这些工作稍有疏忽，就可能造成差动保护误动或拒动。

1 装置概况

某所碱厂变电站采用2台35kV三相双绕组有载调压油浸式降压电力变压器，额定容量为6300kVA，额定电压为（36.5±3）×2.5%kV/10.5 kV，接线组别为Y，d11，变压器额定电流为 99.7 A/346.4 A。1#、2# 主变的有关技术参数及计算数据见表1。

主变主保护采用HN-2042型数字式变压器差动保护装置，保护功能的主要配置有：差动速断与比例差动保护；CT断线检测与谐波制动功能：故障录波功能；可设置高、低压侧电流的额定值与变压器接线方式， 支持变压器 Y/△-11、Y/△-01、Y/Y-12 型接线方式。变压器的接线组别和与之相对应的接线方式设置值见表2。

HN-2042型主变差动保护装置保护定值表见表3。

2 事故过程及初步调查

该35 kV变电站于2010年10月建成，安装调试完毕后，在空载及轻载运行过程中，2台主变均运行正常，运行方式为1#主变运行、2#主变备用。在工厂动力系统调试过程中，动力负荷容量逐步增加，大于一定容量时，1#主变压器发生差动保护动作故障，两侧开关跳闸。在退出1#主变后，投入2#主变运行，2#主变也发生同样的故障。经调出1#、2#主变差动保护故障采样报告，发现差动电流值均为0.13 A，超过差动保护整定最小动作电流0.1A的定值。通过对现场运行人员了解，在1#、2#主变差动保护动作跳闸的时段，厂内下级各变电所均无异常。根据现场检查情况和对故障采样报告的数值分析，考虑到1#、2#主变是新投运的变压器，初步判断变压器本身应没有问题，1#、2#主变差动保护可能是继电保护装置误动作。

表2 变压器接线组别和接线方式设置值对应表

表3 主变差动保护装置保护定值表

3 事故诊断

故障发生后，对1#、2#主变本体及保护装置进行如下检查。

（1）在瓦斯继电器内未发现明显气体。

（2）取主变本体油样，进行色谱分析，并与投运前油样相比较，无明显变化。

（3）检查油温及冷却器温度，前后无明显变化。

（4）进行预试，绝缘电阻、吸收比、介质损失因数、泄漏电流等均符合规程要求，同投运验收数据相比较，无大的变化。

（5）对差动保护用电流互感器做伏安特性试验，其10%误差曲线满足要求。

（6）差动回路接线检查，其差动二次回路无断线，开路，端子紧固，说明其接线完好，二次回路接线符合设计及继电保护装置的接线要求。

（7）复核继电保护装置保护定值，符合要求。

根据以上检查分析，排除了变压器本体故障引起主变差动保护动作，或主变差动保护装置二次回路接线错误引起继电保护装置误动作的可能。

（8）对运行数据进行监控时，发现高低压侧差电流在正常运行情况下不能平衡，且差动电流随着变压器负荷的增加而增大，当变压器高压侧一次电流为24 A时，二次电流为0.08 A，低压侧一次电流为83A时，二次电流为0.138A，此时差电流达0.04A。进一步调查后发现，因10 kV开关母线相序排列的影响，施工单位在施工中，将变压器的低压侧出线a接10kV开关的c相，变压器的低压侧出线c接10kV开关的a相，同时，将对主变高压侧进线进行调相，将A、C相对调，由此分析可能是因为一次接线相序的变化，导致差动保护装置进行相位校正有误，从而导致主变差动保护误动作。

4 HN-2042型数字式变压器差动保护电流相位校正和幅值平衡补偿原理

HN-2042型数字式变压器差动保护装置根据配置的参数能自动适应电流值的显示以及调整CT断线的判断公式。装置根据高、低压侧电流的额定值的比值与变压器的接线方式，自动调整低压侧电流的相位，将差电流与制动电流全部折算成与高压侧电流同一等级，折算系数K=高压侧额定值/低压侧额定值 （INh/INl），差电流 Icd=|Ih+K×Il∠Ø|，制动电流Ires=|Ih-K×Il∠Ø|/2。

式中，INh、INl分别为变压器高压侧、低压侧二次额定电流；Ih、Il分别为变压器高压侧、低压侧二次电流；∠Ø代表将低压侧电流相位调整成与高压侧电流相差 180°。

若某一模拟量的测量结果与期望值有偏差时可使用 “系数微调”功能进行细微调整以达到精度要求，调整后结果=调整前结果×K （0.9≤K≤1.1），调整时，差电流与制动电流同时变化。

在HN-2042型数字式变压器差动保护中，各侧二次电流幅值的平衡补偿也由软件完成，保护装置根据变压器高、低压侧额定电流的二次电流值与变压器的接线方式自动进行平衡系数的计算，通过软件进行Y/△转换及电流幅值平衡系数调整。低压侧平衡系数的计算均以高压侧二次电流为基准。

在进行电流幅值平衡补偿时，分别将高、低压侧二次相电流与相应的平衡系数相乘。差动电流的有关运算都是在电流相位校正和幅值平衡补偿后的基础上进行的。

由式K=INh/INl和主变技术参数，可以求得：

K=（99.7/300）/（346.4/600）=0.576

若变压器各侧电流互感器均按照星形接线，K值由软件自动计算，就可以实现差动保护电流回路相位校正和幅值平衡补偿的功能。差动保护其他定值可以按保护装置的使用说明书进行计算和现场整定。

5 事故分析

对保护装置现场安装和定值整定计算情况进行调查。从现场了解到，施工图是按照差动保护装置的接线要求把变压器高、低压侧电流互感器二次均采用星形接线，二次电流直接接入保护装置，高、低压电流互感器极性都以指向变压器为同极性端。整定计算按厂家使用说明书要求和主变Y/△-11的接线组别，选定KMD值为“11”进行整定设置。但因现场的一次部分施工中，由于变压器和10 kV开关柜的布置方式导致变压器低压侧出线与10 kV进线柜间的硬母线按正序连接困难，在实际施工中，已将变压器的低压侧出线a接10 kV开关的c相，变压器的低压侧出线c接10 kV开关的a相，同时，为保证高低压相序一致，将对主变高压侧进线进行调相，将A、C相对调，一次系统接线方式见图1。

按图1的接线方式，与正常的接线方式已有差异，电压、电流的对称分量在经过变压器后，可能会发生相位移动。

对于Y/△-11接线组别的变压器，当在Y侧施加正序电流时，△侧的线电流超前Y侧的线电流30°，两侧电流正序分量的相位关系见图2。

对于常见的接线组别为Y，d11的变压器，按表1的规定，接线方式应选为“11”，其实质是利用软件对变压器△侧二次相电流进行如下相位补偿运算。

设三角形侧二次相电流为 ia2、ib2、ic2，相位校正后的电流为 iar、ibr、icr，则三角形相位校正关系式为：

从式（1）可以看出，接线方式KMD值取为“11”所起的作用就是将△侧（10kV侧）各相二次电流相位向滞后方向移30°，而幅值保持不变。这样做的目的是使移相后的△侧二次电流同Y侧二次电流相位相反，起到相位校正的作用。

根据图3的电流分量相位关系，保护装置软件按式（1）进行相位校正，可以计算出差电流：

对于Y/△-11接线组别的变压器，当按图2方式接线后，由于变压器一次侧接线的调相原因，实际上是在变压器的Y侧施加负序电流，电流分量经过Y/△-11接线组别的变压器后，相位发生变换，△侧的线电流滞后Y侧的线电流30°，变压器两侧电流的分量相位关系邮图3。

现场进行定值整定时，仅考虑到变压器高低压电流互感器的二次接线方式和变压器的连接组别铭牌参数为Y/△-11，按差动保护装置的使用说明要求，将接线方式值整定为“11”。因△侧的线电流本来就滞后Y侧的线电流30°，当利用装置软件的自动校正功能，仍按式（1）进行相位调整，将△侧（10kV侧）各相二次电流相位向滞后方向移30°后，虽幅值保持不变，但移相后的△侧二次电流实际滞后Y侧二次电流相位60°，达不到相位校正的作用。保护装置软件依整定值要求可以计算出差电流：

由上述的计算结果可以看出，差电流Icd达到高压侧二次电流Ih的一半，并随负荷的增加而增大，软件起不到相位校正和幅值平衡补偿的作用，致使高低压侧差电流在正常运行情况下就不能平衡，当差电流超过差动保护动作整定值时（Icd>Iop），使保护出口动作，主变两侧开关跳闸，从而造成差动保护误动作。

根据差动保护动作条件Icd=0.5Ih>Iop可知，当Ih>2Iop=2×0.1=0.2 A时，差动保护装置将动作，即变压器的负荷率β>In/INh=0.2/0.33=0.61=61%时，差动保护装置就会动作，使主变两侧开关跳闸，主变根本无法达到满负荷运行。

根据图4的电流分量相位关系，可以看出该变压器的接线方式已变成Y/△-1接线组别。设△侧二次相电流为 ia2、ib2、ic2，相位校正后的电流为 iar、ibr、icr，则三角形相位校正关系式为：

从式（2）可以看出，相位校正的作用应将△侧（10 kV侧）各相二次电流相位向超前方向移30°，而幅值保持不变，使移相后的△侧二次电流同Y侧二次电流相位相反，起到相位校正的作用。

根据图4的电流分量相位关系，当保护装置按变压器的接线方式为Y/△-1接线组别设定时，装置软件按式（2）进行相位校正，计算差电流：

6 事故分析结论

电压、电流对称分量经过变压器后，可能会发生相位移动，相位移动的方向、大小取决于变压器绕组的连接组别，并且正序分量和负序分量的相位移动还可能不同。由图3中电流分量的相位关系可以看出，△侧电流相位滞后Y侧二次电流相位30°，对于Y/△-11接线组别的变压器，实际上是在变压器的Y侧A、C相对调后，向变压器施加了负序电流，变压器的接线组别实际上变成了Y/△-1，相应的保护整定中的接线方式值应整定为“01”，利用装置软件的自动校正功能，将△侧（10 kV侧）各相二次电流相位向超前方向移30°，而幅值保持不变，使移相后的△侧二次电流同Y侧二次电流相位相反，起到相位校正和幅值平衡补偿的作用。

7 防止主变差动保护误动作的措施

（1）对于新建变电站和改造变电站会造成主变保护误动的情况，应严格按照国家相关标准、文件或者厂家说明书执行，每一个流程均需要严格把关，特别是主变初次投运，一定要带负荷查看差电流，根据现场负荷情况再适当调整定值。

（2）继电保护施工设计人员应仔细阅读保护装置的技术说明书，熟悉装置对二次接线的基本要求，在此基础上正确地设计出二次回路接线原理图，不能凭经验，套图纸。

（3）现场施工人员，应当在施工前先熟悉保护装置的基本原理，再核对施工图是否与装置的接线要求一致。若不满足要求，要向设计人员询问或向技术管理部门汇报，以保证接线正确。当现场改变保护定值时，要经过严格的计算、校核和审批程序，决不能随意变更。

（4）在数字式变压器差动保护定值选取和计算时，要特别注意变压器一次接线的相序关系、各侧电流互感器二次接线方式，只有在变压器一次接线按正相序连接、各侧电流互感器均为星形接线且都以指向变压器为同极性端的情况下，才能根据变压器的接线组别选取KMD值和计算平衡系数，当其中某个条件改变后，这些整定值要做相应的调整。

（5）保护装置生产厂家在编写技术（使用）说明书时，应当把装置对二次回路接线要求，变压器接线型式KMD取值方法，平衡系数、相位校正等计算公式之间的相互关系叙述得更为详细些。

Analysis of misoperation of digital differential protection for transformer and countermeasure

DENG Zi-wei
(Nanning Chemical Co.,Ltd.,Nanning 530031,China)

According to the analysis of reasons of misoperation of differential protection,the basic principles of HN-2042 digital differential protection for transformer current phase correction and balance makeup of amplitude were introduced.Reasons of misoperation was analysed and calculated.The countermeasures were put forward from technology and management.

digital transfomer;differential protection;phase correction;amplitude balance;balance coefficient

TM461

B

1009－1785(2011)10-0024-04

2011-08-26