变压器差动保护极性接反引起保护误动作分析与处理

刘 森

（渤海石油水电服务公司）

变压器差动保护极性接反引起保护误动作分析与处理

刘 森

（渤海石油水电服务公司）

本文针对东沽供电中心35 kV变电站的主变压器差动保护引起的跳闸故障，技术人员通过查找相关资料和对现场进行检测分析，得出导致跳闸故障的原因是：变压器差动保护设备内的保护用交流头CT极性接反，在电网负载较大时，保护装置内的不平衡电流增大，当该电流值超过阈值时，将会导致主变差动保护设备跳闸故障。文章最后针对该故障提出合理的解决措施，以保证变压器安全稳定运行。本文也为以后分析、处理类似问题提供一个很好的参考案例。

变电站；差动保护；跳闸故障；极性接反

0 引言

在供电网络中，变压器一直占据着重要地位，一旦其发生故障，将会影响整个供电系统的稳定性和可靠性，而且，容量较大的变压器本身价格十分昂贵，会带来很大的经济损失[1]。因此，在选择变压器的时候，必须根据可靠性要求和容量大小，安装匹配一定可靠性和性能的继电保护设备[2]。一般变压器的主保护都会选用差动保护装置，以实时监控变压器的运行状态。当变压器内部出现故障时，差动保护可以迅速对有故障的变压器进行有效切除；当变压器外部出现故障时，差动保护可以绕过区外故障，不会产生误动作[3]。

本文针对东沽供电中心变电站主变压器差动保护引起的跳闸为例，详细介绍了Y /△-11绕组变压器纵向差动保护原理，基尔霍夫定律在变压器差动保护原理中的应用， 比率制动概念。技术人员结合记录的保护动作数据对跳闸故障进行详细分析，对跳闸故障进行详细分析，得出变压器差动保护设备内的保护用交流头CT极性接反，并提出合理的解决措施。

1 现场数据记录

变电站变压器相关参数如下：变压器型号为SZ9-6300/35，容量为6300kVA，额定电流比为35±3－2.5% /6.3kV。该变压器主变更换进线断路器（及配套CT）后，正常运行时不平衡电流很大，而且在负载较大的情况下，连续发生过差动保护误动作。设备生产厂家和相关技术人员对现场进行勘察，对存在的一些问题和隐患进行了处理，变压器才恢复正常工作。角度值是以低压侧A相电压为基准测得，现场记录的数据如表1所示。其中，差动保护固定值的检测记录如下。最小制动电流：Izd=1.2A；最小动作电流：Icd=0.6A；二次谐波制动系数：k=0.17；比例制动系数：k=0.34；平衡系数：kph=0.5。

2 变压器差动保护原理阐述与问题分析

2.1 变压器差动保护中的基尔霍夫定律

变压器是电能传送中的关键设备，具有不同电压的电网通过变压器进行电能转换和传输[4]。基尔霍夫定律可以表述为：电网中任意的一个节点，流入的电流等于流出的电流，方向相反，可用式（1）表示。把变压器看做一个节点，如果有数量为n的不同电压连在该变压器上，电流值依次为i1，i2，...in。电压等级导致的差别可以量化为系数k，此时变压器正常运行时的平衡公式如式（2）所示。在变压器运行过程中，如果内部发生故障，上述公式将不满足，因为有较大的不平衡电流产生，此时公式可以如式（3）所示。在变压器运行过程中，如果外部发生故障，电能还能正常输送，最大的区别就是会出现很大的穿越型电流，还是可以用式（2）进行表示。

表1 主变差动保护装置采样值

变压器差动保护的工作原理是以基尔霍夫定律为基础发展起来的，只是将系数K等效为接线系数和电压等级等参数，以上的公式仍适用。通常状态下，变压器会连接2个或者3个不同的电压等级，表现为两种不同的联结组别： Y/△-11，Y/Y/-12-11。根据以上分析，式（2）可采用式（4）替换

2.2 比率制动

在正常带载运行条件下，变压器中电流互感器的偏差基本可以忽略。此刻，有非常小的不平衡电流通过差动保护的差回路；随着外部的短路电流的慢慢变大，会导致电流互感器逐渐达到饱和，此时的不平衡电流也将慢慢变大。当该不平衡电流值大于设置的保护电流值时，就会触发差动保护动作，基于以上分析，在区外故障时，为了避免变压器发生发生误动，就需要运用某种方法使差动保护具有如下特性：在不平衡电流变大时，动作电流也将随之按一定比例变大，响应速度比不平衡电流变化的快，只有满足这些条件，才不会发生误动。所以，引入比率制动这一重要参数作为评判差动保护性能的依据。当发生故障导致外部短路电流升高时，制动电流随之升高，继电器的动作电流也相应升高，这样就可以有效地解决变压器差动保护引起的误动作。在变压器中导入比率制动概念后，当变压器的外部区域发生故障时，即便icd＞icd0，只要满足icd＜icd0+k·（izd＞izd0），就不会引起差动保护误触发。

2.3 Y /△-11绕组变压器纵向差动保护原理

基尔霍夫电流定律是变压器纵向差动保护的基本原理，满足前文的理论分析。不同的是，在变压器纵向差动保护中，变压器为一个节点，各侧电流只充当支路电流，因此，保护电路中的电流是二次电流。变压器两侧的CT 变比和电压等级的差不能等同，通常都是选用合适的平衡系数对其进行纠正，使其满足基尔霍夫电流定律，变压器的绕组电气回路如图1 所示。针对 Y /△-11 型变压器，由于其相位会有偏差，如果用纵差保护解决方法，不光要克服CT 变比和电压等级之间的差异，还必须想办法减小两边的相位的差。

图1 变压器绕组电气回路示意图

在现场使用时，一般都会选用以下两种方法对相位差进行补偿：1）采用△/Y 星角转换对CT回路进行补偿；2）采用是全星形CT回路，结合相关软件实现△/Y星角转换补偿。

2.4 主变差动保护问题分析

变压器主变采用Y/∆-11绕组，选用Y/Y型方法对差动二次CT进行接线，保护软件选用如式（5）～式（7）对高压侧的幅值和相位进行补偿

式中，iAY，iBY，iCY分别为补偿前流入保护装置的电流；iA∆，iB∆，iC∆分别为经过保护软件处理过的高压侧电流。

处理后高压侧电流iA∆，iB∆，iC∆的幅值相比于补偿前的电流iAY，iBY，iCY，变大了1.732倍。通过现场测量电流和相角，可以绘制出如图2所示的向量图，其中，iA∆，iB∆，iC∆为高压侧经保护软件处理过的高压侧电流；iAY，iBY，iCY为补偿前流入保护装置的电流。现以A相为基准，据图可得：高压侧的电流iA∆，iB∆，iC∆相与低压侧ia，ib，ic相方向相反。把上述现场记录的数据参数带入式（4），可得

图2 主变差动回路电流相量图

根据上述计算 ，可以判断外部流入保护设备的电流幅值和极性均正常。当iA∆，iB∆，iC∆与ia，ib，ic同相位时，即把保护设备中存在不平衡电流，那么根据式（4）可得

上述计算结果不为零，这样可以判断出是保护设备中某处的极性接线错误，从而导致该故障。在得知问题大体方向后，对设备内交流插件进行排查，其线圈极性出现反接情况，证明了理论分析的正确性 。调换线圈极性后， 对变电系统整体进行带负载测试，不会出现之前的差动保护误动作引起的跳闸，对保护设备进行实时监控，根据记录数据做回路电流的向量图，发现不平衡电流几乎为零。因此，可以确定差动保护误动作是由差动保护CT线圈极性接反导致。

3 结论及处理措施

3.1 结论

对问题进行归纳总结，可发现引起本故障的主要原因有以下几点：

1）变压器出现大负载时，产生较大的不平衡电流。

2）差动保护设备内部线圈的极性接反。

3）交接检查过程没有考虑周全，未能及时发现问题所在 。

4）因更新改造的进线六氟化硫断路器与原设备为不同厂家产品，设备内部差动保护CT接圈接线存在差异，且校线时存在失误，致使变压器差动保护动作跳闸。如果是新建变压器及断路器，因无配出负载，差动保护不会动作，负荷电流较小未达到动作整定数值，所以只投运变压器时保护不动作，随着送电运行，负荷不断加大，满足了动作值，造成差动保护的误动。

由于存在以上四个问题，当变压器发生故障或者带大负载时，较大的不平衡电流引发差动保护误动作，最终发生跳闸故障 。

3.2 处理措施

通过对该故障的处理过程进行总结，整理出一些预防和处理措施：

1）设计安装公司应严格按照要求进行设计和施工，从事故源头进行预防。

2）交接时应进行严格的检测，不能只走形式主义 。

3）设备运行时，应及时录好现场数据，为分析和处理故障提供依据。

[1]王光中，郝建宏，沈鸿彦，等. 某35kV变电站主变误跳闸事故分析与处理[J]. 电力系统保护与控制，2010（5）:127-131.

[2]付丽梅，程悦贤，袁文嘉，等. 一起保护装置CT极性接反引起主变差动保护误动作分析[J]. 电力科学与工程，2010（4）:62-63,78.

[3]刘同和，冯景稳，李强. 桥开关CT极性接反引起变压器差动保护误动分析[J]. 河南电力，2012（2）:36-38.

[4]高金梅. 35kV主变差动保护动作可靠性的分析和研究[D].北京：华北电力大学，2012.

2017-02-07）