微机型主变差动保护误动原因分析及对策

范琨　范春菊

摘 要：在电力系统中，变压器主变是用来输送电能、升高和降低电压的关键设备。虽然变压器经过了不断的改进，但还是存在误动作的情况，这对电力系统的安全、稳定运行造成了很大影响，大大降低了供电的可靠性。简单介绍了变压器的故障、非正常运行工况和主变差动保护的基本原理。通过分析浦东地区改造中的变电站、运行中的变电站和新投运的变电站主变差动保护误动作的原因，提出了防止主变差动误动的对策。

关键词：主变压器；差动保护；误动作；接地保护

中图分类号：TM772；TM407 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）18-0012-02

1 变压器的故障类型和非正常运行状态

1.1 变压器的故障类型

变压器故障可分为油箱内故障和油箱外故障。变压器油箱内故障包括绕组的匝间短路、相间短路、铁芯与绕组间发生短路和单相接地短路等故障。油箱发生内故障时产生的电弧不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，严重情况下，还会引起变压器的油箱爆炸；油箱外故障指的是箱壳外部的套管和引出线上发生的各种相间短路故障和单相接地短路故障。

1.2 变压器的非正常运行状态

变压器的非正常运行状态主要指因变压器负荷长时间超过额定容量，引起过负荷和油箱漏油等情况，进而造成油面降低、变压器外部短路的情况，最终产生过电流的运行状态。变压器的非正常运行状态会使绕组和铁芯过热，进而使继电保护发出告警信号，运行人员以此可及时发现变压器的非运行状态，并采取相应措施，确保变压器的安全。

2 主变差动保护的工作原理

图1为双绕组单相变压器差动保护原理的接线方式。其中，

变压器各侧电流 和 的参考方向为母线指向变压器。当变压器正常运行或发生区外故障时：

+ =0. （1）

当在忽略变压器损耗的状态下，差动继电器KD不动作，此时：

+ =0. （2）

当变压器内部任意一点发生故障时，相当于在变压器内部新增了一路故障支路，此时流入差动继电器的差动电流等同于故障电流：

= + = . （3）

如果故障电流大于差动继电器的动作电流，差动继电器KD就能迅速动作。

式（1）（2）（3）中： ——流入变压器星型侧的一次电流；

——流入变压器三角形侧的一次电流；

——流入变压器星型侧继电器的二

次电流；

——流入变压器三角形侧继电器的二次电流；

——流入继电器的差动电流；

——故障电流。

图1 双绕组单相变压器差动保护原理的接线方式

3 主变差动保护误动的原因分析

3.1 改造中的变电站

3.1.1 电流互感器的变比有误

我们在改造投运年代较早的变电站时，经常会碰到改造现场的电流互感器铭牌不清晰、设备清单不详细等情况，曾出现过因电流互感器变比提供有误而造成主变差动保护误动的事例。

3.1.2 电流互感器的型号、规格不匹配

保护用电流互感器按是否考虑短路电流的暂态过程分为P类（在稳态情况下不能达到饱和）和TP类（在稳态和暂态的情况下均不能达到饱和）。

P类和TP类又可细分为多种类型，例如P类可分为5P20、10P20等，TP可分为TPX、TPY和TPZ等。在站点更换电流互感器的过程中，工作人员常忽视电流互感器的等级匹配问题，

因此，在变压器发生区外故障时，如果满足一定的条件，主变差动保护就会误动作。

3.2 运行中的变电站

3.2.1 P类电流互感器的暂态饱和特性

从浦东地区发生的多起主变差动保护误动实例中可以看出，如果采用P类电流互感器，在发生区外间歇性短路故障和清除故障的瞬间，都很容易出现主变差动保护误动作。

3.2.2 主变低压侧真空断路器绝缘不良

当某一台主变作为冷备用时，其低压侧断路器真空泡中存在的放电现象就相当于变压器空投，进而在变压器的低压侧绕组产生励磁涌流，而高压侧断进线则不产生电流。此时，由于差动保护的制动判断依据来自于主变高压侧的谐波电流，所以不会发生闭锁现象，而这却导致冷备用变压器差动保护误动作。

3.3 新投运的变电站

3.3.1 比例、二次谐波制动的定值有误

比例制动是当变压器内部出现轻微故障时，差动保护不带制动量跳开主变各侧断路器的制动方式。在发生区外故障时，通过一定的比例进行制动，可提高差动保护的可靠性；在变压器空载合闸时会产生二次谐波，根据该状态量可判断电流是故障电流还是励磁涌流，以此保证工作人员在开关跳闸和保护制动时作出正确的选择。通常情况下，额定的差动和制动电流都是在理想情况下计算出来的，然而，运行中的变压器会受到同时系数、电流互感器变比等因素的影响，使变压器在实际运行中形成的差电流高于计算出的差动定值，导致差动保护误动作。

3.3.2 没有正确连接电流互感器的中性线

由几组电流互感器组合而成的电流回路应并联接入保护装置，其接地点应选在控制室的保护屏，并经端子排接地，且只能有一个接地点。当电流互感器的二次回路发生变更后，必须检查接地点的情况，确保接地良好且不能出现两点或多点接地。

3.3.3 电流互感器的接线方式选择不当

对于微机保护而言，无论高、低压侧采用的是星形接线方式，还是三角形接线方式，都可通过程序设定来完成高、低压侧电流相位角的转移，并最终得到准确的差动电流值。但是，如果电流互感器的接线方式错误，就不能达到相位角转移的目的，从而使变压器在正常运行时，其高、低压侧的电流差超出限定的阀值，导致差动保护误动作。

3.3.4 电流互感器的相序接反

在电力系统中，正常相序为正相序，如果变压器任意一侧的电流互感器接错相序，就会产生电流差，造成差动保护误动作。

3.3.5 电流互感器的极性接反

当变压器正常运行时，如果电流互感器存在极性接反的情况，就会在回路中形成差电流，进而导致差动保护误动作。

4 防止主变差动保护误动的措施

4.1 新投入运行的主变

4.1.1 5次充电实验

在新投入运行的主变压器差动保护中，必须投入跳闸，并进行5次充电实验。这样做一方面可检验差动装置躲避励磁涌流的能力，另一方面可初步判定差动电流回路接线的正确性。

4.1.2 测量六角图

当退出差动保护时，应使主变压器带负荷测量各侧的电流向量、差动回路的不平衡电流，并绘制电流向量图。

4.1.3 分析六角图和不平衡电流

分析六角图和不平衡电流，只有在回路接线正确后，才能将差动保护正式投入运行。

4.2 暂态饱和特性不良的P类电流互感器

对于暂态饱和特性不良的P类电流互感器，可以采取以下两点措施改进：①不断改进微机保护装置，以提高其抗饱和能力，特别是抗暂态饱和的能力；②使用目前国内外最先进的光电流变换器。

4.3 电压等级小于l10 kV的系统

对于电压等级小于l10 kV的系统，可以采取以下四点措施改进：①注意小容量电流互感器的传变性能，在设计选型上要留有足够的余量，且电流互感器二次负载与相应电流互感器的容量要成比例；②增加电流互感器的变比，以此来减小短路电流的倍数；③降低二次负载阻抗与二次额定电流，以此来减小二次负载；④在满足灵敏度要求的前提下，适当提高动作电流。

4.4 对YN侧零序电流影响的改进措施

对于YN侧零序电流的影响，可以采取以下两点措施改进：①同时在YN侧的三相电流中减去一个零序电流，以此起到消零的作用；②差动保护采用零序比例制动，即根据稳态零序电流确定开放或闭锁差动保护。

参考文献

[1]高亮.电力系统微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]许正亚.变压器及中低压网络数字式保护[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3]袁季修，盛和乐.电流互感器的暂态饱和及应用计算[J].继电器，2002（02）.

[4]王维俭，李芙英.纵联差动原因不明误动的分析和对策[J].电力系统自动化，1999，23（18）.

[5]徐习东，方愉冬.变压器差动保护的隐患[J].电力系统自动化，2005，29（13）.

〔编辑：张思楠〕

3.3.4 电流互感器的相序接反

在电力系统中，正常相序为正相序，如果变压器任意一侧的电流互感器接错相序，就会产生电流差，造成差动保护误动作。

3.3.5 电流互感器的极性接反

当变压器正常运行时，如果电流互感器存在极性接反的情况，就会在回路中形成差电流，进而导致差动保护误动作。

4 防止主变差动保护误动的措施

4.1 新投入运行的主变

4.1.1 5次充电实验

在新投入运行的主变压器差动保护中，必须投入跳闸，并进行5次充电实验。这样做一方面可检验差动装置躲避励磁涌流的能力，另一方面可初步判定差动电流回路接线的正确性。

4.1.2 测量六角图

当退出差动保护时，应使主变压器带负荷测量各侧的电流向量、差动回路的不平衡电流，并绘制电流向量图。

4.1.3 分析六角图和不平衡电流

分析六角图和不平衡电流，只有在回路接线正确后，才能将差动保护正式投入运行。

4.2 暂态饱和特性不良的P类电流互感器

对于暂态饱和特性不良的P类电流互感器，可以采取以下两点措施改进：①不断改进微机保护装置，以提高其抗饱和能力，特别是抗暂态饱和的能力；②使用目前国内外最先进的光电流变换器。

4.3 电压等级小于l10 kV的系统

对于电压等级小于l10 kV的系统，可以采取以下四点措施改进：①注意小容量电流互感器的传变性能，在设计选型上要留有足够的余量，且电流互感器二次负载与相应电流互感器的容量要成比例；②增加电流互感器的变比，以此来减小短路电流的倍数；③降低二次负载阻抗与二次额定电流，以此来减小二次负载；④在满足灵敏度要求的前提下，适当提高动作电流。

4.4 对YN侧零序电流影响的改进措施

对于YN侧零序电流的影响，可以采取以下两点措施改进：①同时在YN侧的三相电流中减去一个零序电流，以此起到消零的作用；②差动保护采用零序比例制动，即根据稳态零序电流确定开放或闭锁差动保护。

参考文献

[1]高亮.电力系统微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]许正亚.变压器及中低压网络数字式保护[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3]袁季修，盛和乐.电流互感器的暂态饱和及应用计算[J].继电器，2002（02）.

[4]王维俭，李芙英.纵联差动原因不明误动的分析和对策[J].电力系统自动化，1999，23（18）.

[5]徐习东，方愉冬.变压器差动保护的隐患[J].电力系统自动化，2005，29（13）.

〔编辑：张思楠〕

3.3.4 电流互感器的相序接反

在电力系统中，正常相序为正相序，如果变压器任意一侧的电流互感器接错相序，就会产生电流差，造成差动保护误动作。

3.3.5 电流互感器的极性接反

当变压器正常运行时，如果电流互感器存在极性接反的情况，就会在回路中形成差电流，进而导致差动保护误动作。

4 防止主变差动保护误动的措施

4.1 新投入运行的主变

4.1.1 5次充电实验

在新投入运行的主变压器差动保护中，必须投入跳闸，并进行5次充电实验。这样做一方面可检验差动装置躲避励磁涌流的能力，另一方面可初步判定差动电流回路接线的正确性。

4.1.2 测量六角图

当退出差动保护时，应使主变压器带负荷测量各侧的电流向量、差动回路的不平衡电流，并绘制电流向量图。

4.1.3 分析六角图和不平衡电流

分析六角图和不平衡电流，只有在回路接线正确后，才能将差动保护正式投入运行。

4.2 暂态饱和特性不良的P类电流互感器

对于暂态饱和特性不良的P类电流互感器，可以采取以下两点措施改进：①不断改进微机保护装置，以提高其抗饱和能力，特别是抗暂态饱和的能力；②使用目前国内外最先进的光电流变换器。

4.3 电压等级小于l10 kV的系统

对于电压等级小于l10 kV的系统，可以采取以下四点措施改进：①注意小容量电流互感器的传变性能，在设计选型上要留有足够的余量，且电流互感器二次负载与相应电流互感器的容量要成比例；②增加电流互感器的变比，以此来减小短路电流的倍数；③降低二次负载阻抗与二次额定电流，以此来减小二次负载；④在满足灵敏度要求的前提下，适当提高动作电流。

4.4 对YN侧零序电流影响的改进措施

对于YN侧零序电流的影响，可以采取以下两点措施改进：①同时在YN侧的三相电流中减去一个零序电流，以此起到消零的作用；②差动保护采用零序比例制动，即根据稳态零序电流确定开放或闭锁差动保护。

参考文献

[1]高亮.电力系统微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]许正亚.变压器及中低压网络数字式保护[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[3]袁季修，盛和乐.电流互感器的暂态饱和及应用计算[J].继电器，2002（02）.

[4]王维俭，李芙英.纵联差动原因不明误动的分析和对策[J].电力系统自动化，1999，23（18）.

[5]徐习东，方愉冬.变压器差动保护的隐患[J].电力系统自动化，2005，29（13）.

〔编辑：张思楠〕