煤矿35 kV变电站差动保护及其预防误动研究

郝嘉伟

(西山煤电 西曲矿，山西 古交 030200)

0 引言

变压器是煤矿35 kV变电站最主要的设备，其作用是将35 kV电压降为6 kV和10 kV供给煤矿生产生活使用，起到了能量分配的作用。变压器的主保护是差动保护，差动保护容易误动，尤其是在励磁涌流作用下，差动保护误动会造成大范围生产生活停电，严重威胁着煤矿生产安全和生产效率。各个厂家差动保护装置功能和原理略有不同，因此要想有效降低差动保护误动作次数，必须对差动保护原理和装置非常熟悉，并制定相应的预防措施。因此本文对煤矿35 kV变电站差动保护原理、作用及其防误动措施进行研究，对提高煤矿供电系统的可靠性具有重要意义。

1 差动保护原理

差动保护的保护范围包括绕组及其引出线，主要是针对变压器内部主板、装置等故障进行的保护。变压器差动保护基于基尔霍夫电流定律“流入某一节点的电流相量之和为零”，视变压器为一个节点，即变压器正常工作时，流入变压器的电流与流出变压器的电流相等，此时差动电流为零;若变压器内部出现相间短路或匝间短路等故障，差动电流不为零，当差动电流大于某一整定值时，触发差动保护动作，随后被保护变压器跳闸。

三相变压器通常采用Y/Δ-11接线方式，即流入变压器的电流和流出变压器的电流存在30°相位差，差动电流不便计算，因此电流互感器在采集变压器电流时采用不同的接线方式，高压侧采用三角形接线方式，低压侧采用星形接线方式，以此抵消输入输出电流的相位差。差动保护电流互感器接线方式如图1所示，IA1、IB1、IC1分别为变压器高压侧电流，IA2、IB2、IC2分别为变压器低压侧电流，三组保护装置分别检测A相差流、B相差流和C相差流。采用相位补偿方式接线后，变压器高压侧电流幅值较实际增大了1.732倍，所以在选择电流互感器时应当将接线方式考虑在内，以免选择的电流互感器容量不足，造成电流互感器烧毁。

图1 Y/Δ-11接线变压器差动保护电流互感器接线示意图

2 差动保护装置功能

THT-203型变压器差动保护装置的功能有：三相式比率制动差动保护功能、差动速断保护、电流相位补偿功能和调整平衡电流功能。

(1) 比率制动原理。在变压器三相不平衡时，可能引起差动保护的误动，因此采用比率制动来减小不平衡电流的影响。在设计时应谨慎选择制动量的大小，如果制动量过大，虽然外部不平衡电流能准确触发差动保护动作，但是当变压器发生内部故障时的动作灵敏性受到制约。因此差动量和制动量的选取会不同程度地影响差动保护的灵敏性和速动性，具体的选择应视实际工程需求而定。THT-203型差动保护装置的比率制动选择两段折线式。

(2) 差动速断保护。它是三相比率制动差动保护的后备保护，在差动电流大于差动速断电流时不经其他制动判断，直接输出跳闸结果。

(3) 电流相位补偿功能。如上一节所述，由于变压器接线方式导致高压侧电流和低压侧电流具有相位差，传统的解决方案是在接电流互感器时考虑改变接线方式，缺点是会提高电流互感器的容量。软件电流相位补偿功能可以支持由星形接线转换为三角形接线或由三角形接线转换为星形接线方式，两种调整方式基准不同。THT-203型差动保护装置在软件内集成了星形接线向三角形接线转换调整功能，这种方式简单易行，是目前主流厂商所接受的方式。

(4) 平衡电流调整功能。变压器的变比和电流互感器的变比是确定的，因此差动元件的输入电流初始并不为零，通过THT-203型差动保护装置中平衡系数KL的设置，能够在调试时满足差动电流为零。

3 差动保护误动作原因分析

3.1 电流不平衡

正常工作的35 kV变压器流入电流和流出电流是平衡的，当流入电流和流出电流不平衡时，会引起差动保护误动作。常见的电流不平衡因素有三种，分别是励磁涌流、传变误差和档位变化。故障出现在变压器外部时，变压器的高、低压侧电流互感器会由于励磁电流产生误差，当电流互感器的型号或参数不同时更为明显。传变误差指的是由励磁回路参数计算引起的误差。档位变化指的是对变压器进行有载调压时，电流互感器始终不变，因此差动电流不为零。

3.2 接线错误

电流不平衡是电路特征引起的差动保护动作，除此以外，保护接线有误也会引起差动保护动作。接线错误最常出现的两种情况是，接错主变极性和接错电流互感器极性。三相电路中任意某相极性接反将会导致其他两相出现电流差，触发差动保护误动作。

4 差动保护误动预防措施

(1) 严格制定差动保护制动方案。变压器的突然投入和切除将会在高压侧产生冲击电流，冲击电流将会导致差动保护的保护范围扩大，使得差动保护在此情况下启动，导致变压器主开关跳闸，误切除正常运行的变压器。为了防止变压器投切引起的差动误动作，一般都会制定相应的制动方案。二次谐波制动是一种常用的制动方案，具体的方案有分相制动、谐波比最大相制动、三取二制动和平均二次谐波制动。不同方案的二次谐波制动特点不同，适用场合也不同，所有的二次谐波制动方案均可能出现差动保护误动作，因此在设计时应严格分析，进行空载冲击试验时应反复检验方案和定值的合理性。分相二次谐波制动原理如图2所示，某相二次谐波制动与该相差流为逻辑“与”的关系，只要A、B、C任意一相二次谐波制动为“真”，则不会触发差动保护出口。

图2 分相二次谐波制动逻辑出口方案

(2) 加强变压器验收管理。差动保护误动作管理措施应当坚持以预防为主，治理为辅。变压器安装验收时，通过现场检查和实验报告确保电流互感器极性和绕组，电流互感器二次回路绝缘和接地情况良好，无多回路接地。一次升流试验时，检查电流互感器变比和接线，对保护装置功能进行逐一试验，检查各动作逻辑是否正确。

(3) 加强差动保护定值管理。差动保护定值的准确性决定了动作的正确性，如果差动保护装置投运后长时间未进行定值检查，则系统容易在定值变化下产生误动作。根据相关规定，煤矿变电站保护装置定值检查不少于每年一次，发现定值与实际不符时，应当及时调整。

(4) 严格且规范执行变压器负荷测试。变压器投入瞬间的高压侧励磁涌流高达6倍～8倍额定电流，触发差动保护动作。差动保护投入前，需要对电流的稳定性和差值进行测试，负荷测试的检查项目有：测量差动电流、测量变压器流动电流、绘制差动保护向量图以及数据分析等。变压器的相序应为相差120°正序，检查电流幅值和电流互感器产生的变化，通过调节差动保护装置的电流平衡系数，使差动电流降低。负荷测试的结果应是稳定持续的，以此来确定接线的正确性。完成负荷测试后才能投入差动保护。

5 结束语

变压器是煤矿35 kV变电站最重要的设备，承担着电力变换和分配的重要职责，为了确保变压器安全稳定运行，其主保护即差动保护的动作必须正确。本文研究了变压器差动保护原理及THT-203型差动保护装置功能，总结了差动保护误动原因，提出了差动保护预防管理的措施，对煤矿35 kV变电站安全运行具有现实意义。