变压器差动保护误动因素分析及解决措施

张恒滔　谢原　李明辉

【摘 要】现如今，国家电力得到了千速未有的发展，目前我国的变压器采用的差动保护比较规范，一般情况下使用微机实现的比率差动保护多应用于110kV变压器，而常用分立式继电器构成的保护对35kV以下的继电器进行保护。二次回路的构成比较简单，当系统发生故障时，二次回路就会出现电压急剧增加或急剧下降、电压间相位差角发生变化的情况，因为该种方法能够清晰的反应出故障的发生，并且操作简单，因此是一种非常普遍的方法。当变压器的主保护的差动保护动作率在60%～70%时，对变压器的稳定运行时非常不利的。

【关键词】变压器；差动保护误动因素；解决措施

引言

变压器保护常采用纵联差动保护和非电量保护作为主保护，当发生内部短路故障时，变压器两侧的电流互感器检测到差流，保护装置计算的差流值大于差动动作值时，保护发出跳闸命令。而当发生外部短路，正确配置的差动继电器在极端条件下由于不平衡电流、励磁涌流等干扰下，保护发生误动。本文在从理论上分析差动误动原因，求各种情况下流入继电器的不平衡电流，并提出措施减少不平衡电流的产生，从而提高差动保护的可靠性。

1变压器差动保护原理

电力变压器作为电网系统中不同等级电压之间联系的纽带，广泛应用于电网系统各个环节，变压器的安全稳定运行牵涉面非常大，所造成损失往往难以估量。变压器在实际运行时除受自然环境影响，还受到承载负荷的瞬时扰动，长期运行的变压器容易出现各种故障和异常情况。作为变压器主保护的纵联差动（简称差动）保护和非电量保护，如果发生故障不能快速切除，不但会损坏变压器，甚至会引发系统事故或大面积停电事故。因此，变压器的继电保护历来是厂站保护中的重中之重，受到极大关注。变压器差动保护的原理是：在变压器的各侧绕组装设电流互感器，二次绕组按照循环电流法接线，各侧CT端子引出线按同极性方向依次相连，同时串入差动继电器。此时差动继电器中流过电流是变压器二次电流差值。在正常运行和区外故障时流过差动继电器的差流应为零。变压器差动保护需要对数值进行如下几类处理：一是对变压器不同侧的差动互感器二次电流进行移相；二是滤除区外接地故障时流过变压器的零序电流；三是使变压器各侧差动互感器二次电流用平衡系数加以折算。

1.2主要作用

在电力系统中变压器的差动保护装置主要对电路上的短路故障进行检测预防，该短路一般发生在双绕组变压器绕组内部和其引出线上，同时也会对变压器中的单相匝中的短路故障进行保护。电流互感器装置会接在变压器的两端，并且按循环电流的接法对二次侧进行相接，也就是说电流互感器的同极性端都向母线一侧涌入，则将同极性端子进行相连，并将电流继电器并联接入两接线之间。继电器中感受到的电流是两侧电流互感器值的差值，这也说明差动回路上进行差动继电器的连接。根据前文可知，理论上来讲，当变压器正常运行或者出现外部故障时，差动回路的电流是零。但是实际情况中，两侧机器存在系统误差，特性并不是完全一样，当正常运行或出现外部故障时，仍然会出现细小的不平衡电流Iumb（Ik=I1-I2=Iumb）经过。虽然该误差是无法避免的，但是应该确保该电流应该尽量的小，继电器的保护装置不会出现误动。当出现内部故障时，差动回路中的I2改变了以前的方向或为零，这个时候继电器中流过的电流为I1和I2之和，这个时候就会使继电器稳定的工作。

1.3保护范围

变压器差动保护的电流互感器中间的电气设备以及连接这些设备的导线构成了差动保护的范围。差动保护的操作较为简单，不需要和相邻元件之间进行配合。

2差动保护误动原因

提高变压器差动保护的可靠性，必须先对差动保护容易产生误动的原因进行分析，之后才能进一步找到解决问题的办法。

2.1不平衡电流引起差动保护误动

正常运行状态下，变压器差动保护继电器不会检测到差流。但如果发生外部短路故障，外部流经一个非常大的短路电流，同时短路电流的暂态特性中含有大量非周期和谐波电流分量，使得励磁电流急剧增大。单相变压器参数折算后等效电路如图1所示：电流互感器流经的一次电流I1呈饱和状态，低压侧互感器的二次负载电流I2很难跟随一次值一致变化，从而出现较大的不平衡电流流入差动继电器，如果不平衡电流瞬时峰值达到差动动作值，差动继电器则会出口动作。研究如何减小该不平衡电流值，对提高保护动作可靠性有重要意义。

2.2CT二次回路断线引起差动保护误动

如果变压器不同侧的接线组别不一致，则由于高低压侧电流存在相位差，从而差动回路会产生不平衡电流。传统的差动保护对此的处理方法是：改变CT二次回路接线来实现一次组别的“相位补偿”。例如双绕组变压器最通常采用的是Y/dll接线，该种接线方法使得一次三角形侧电流相位超前一次星形侧300o，二次回路接线需将变压器星形侧的CT二次侧接成三角形，而三角形侧的CT接成星形，采用此方法调整后流入差动继电器的差流相位差恢复为零。目前变压器差动保护多采用软件移相法，无需对CT二次接线进行更改，对于任意接线组别的变压器，其CT二次回路都可以采用全星型连接，Y，d变换由微机装置进行“相位补偿”计算来实现内部移相，具体方法为“对称分量法”经“矩阵变换”计算得出。CT如果发生二次回路断线，最明显特征是电流会立刻下降。在微机保护中，若某侧电流只有一相或两相电流为零，剩余其他相电流与起动电流相等，故障相电流的突变量大于定值，同时满足上述条件则判定为CT断线。差动装置会闭锁差动，防止变压器差动保护误动作。

2.3区外故障引起的差动保护误动

当变压器发生区外故障时，有如下几种原因容易产生差流：（1）电流互感器（TA）本身存在误差或不同型号TA的转化差异较大，造成各侧电流不一致；当二侧互感器型号不一致，特别是发生短路故障的一侧使用P级互感器，保护级互感器，而短路电流小的一侧使用TPY级互感器，而此时短路电流较大，两侧的暂态特性差异使得一、二次侧传送差异非常大。（2）当变压器进行有载调压操作时，分接头动作后电压发生波动产生不平衡电流。

3减少差动误动可能性的措施

减少差动保护在区外故障下误动可能性，可从如下几方面着手，减小流入差动继电器的不平衡电流值，增大制动性能。（1）在进行继电保护定值计算时，保护门槛定值不宜设置低，一般整定在0.4In或以上较合适。（2）两侧TA尽量选用同一型号的，可以同为P级或TPY级互感器，减少两侧TA的不平衡性，使用TPY级互感器效果较好。（3）提高硬件的采样精确度和防抖精度。可以从编制的软件着手，来防止区外故障切除时对保护造成的误动。

结语

变压器的主保护有差动保护和瓦斯保护，应满足可靠性、灵敏性、选择性、和速动性的四性要求。工作中要严格按照电力企业继电保护规程要求从细节出发，对二次回路、差动保护回路以及差流进行详细细致的核查，避免差动保护误动事故的发生；对于运行人员要加强反事故演练，增强反事故的能力。

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（作者单位：国网山东省电力公司枣庄供电公司）