变压器差动保护动作原因分析及预防措施

王 才

（海委引滦工程管理局，河北 唐山 063000）

1 事故经过

水电站事故前系统运行方式为：水电厂1号机组150 WM，停机状态，1号主变1B空载运行；厂用电41B、44B接于1B低压侧，各部分正常运行。另3台主变2B、3B、4B 及厂用42B、45B正常运行。2021年6月28日5:28：00，1号机监控系统发1B事故信号，1B高压侧开关2201DL A相跳闸，发44B事故动作跳闸。主变低压侧采用硬母线连接，高压侧采用LGJQ-300软连接。

变压器保护盘显示厂用变44B保护整组启动，过流Ⅱ段动作。主变差动保护动作跳主变各侧开关，1B变压器比率差动保护启动，跳主变高压侧开关2201DL；跳1号机灭磁开关，停机，跳出口01DL ；跳厂用变高压侧11DL。

2 查找主变差动保护动作原因

2.1 变压器差动保护原理

差动保护是比较被保护的变压器两侧或三侧电流的大小和相位的原理实现的，其基本原理是基尔霍夫电流定律。理想情况下，在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0；在内部故障时，流过差动继电器的电流急剧增加，使保护动作从而跳开变压器端口的断路器。目前广泛应用的数字式变压器差动保护，普遍使用两或三折线比率制动特性，差动继电器动作方程：流入差动回路电流为流入电流的矢量和，正常运行时流入电流矢量和为0。

本变压器采用两折比率差动保护，最小动作电流1.301 A，比率制动系数0.5。

图1 主变差动保护接线图

2.2 调取保护动作情况

通过调取故障录波器、主变保护、站用变保护记录，发现1B差动保护动作原因是由于B、C电流发生突变，金属性短路引起差动保护动作。44B高压侧二次电流I=5.376 A，反应到一次侧电流为5.376×互感器变比1 000/5=1 075.2 A,超过保护动作值3.7×200=740 A，过流保护动作。同时此电流流入到主变低压侧。保护无其他信号。

2.3 检查1B主变压器

1B主变压器是2020年12月新购买的变压器并投入运行，型号为：SFP-180000/220，242±2 ×2.5%/15.75 kV，接线组别：YN/d11，阻抗电压：Uk=13.44%。有主变差动保护动作信号，无其他动作信号，为了安全起见，对变压器进行绝缘及直流电阻测试，测试电阻合格。变压器本体进行彻底检查，未发现放电痕迹，主变一切正常。

2.4 对主变差动保护范围设备进行检查

主变1B差动保护由7LH、11LH、16LH 3个互感器组成主变主动保护，此次主变差动保护动作，根据差动保护动作原理，只有在保护范围内发生短路事故，差动保护才会动作，对母线、电流互感器本体、接线等进行彻底检查，并未发现放电或短路的痕迹。

扩大检查范围时发现44B低压侧10 kV电压互感器B相本体有裂纹，互感器B相保险瓷管断裂，熔丝熔断。

图2 主接线图（本次差动保护动作涉及的电气一次部分）

3 对44B厂用变保护动作进行分析

44B保护盘，保护动作显示44B过流Ⅱ段动作，此保护瞬时动作，过流Ⅰ段保护延时5 s，说明故障时44B有很大的电流流过。但由于44B高压侧少油断路器11DL开关固有跳闸时间为0.15 s，远小于主变高压侧2201DL断路器跳闸时间37±4 ms,通过保护动作时间分析44B过流Ⅱ段时间为5：25：32：517与1B差动保护动作时间为5：25：32：521近乎相同，计入回路动作、开关断开时间，主变高压侧开关2201DL先动作，切除故障电流。

44B低压侧10 kV电压互感器B相瓷管式保险断裂，说明内部有很大电流流过，造成熔丝熔断，产生高压气体造成瓷管断裂。电压互感器B相产生裂纹，线圈绝缘烧毁，是由于互感器内部发生短路造成。

4 变压器差动保护动作原因分析

44B低压侧发生短路事故，短路点未在主变差动保护范围。通过分析，现场测验检查，是由于16LH互感器接线极性接反，造成短路电流方向相反，流向主变低压侧，引起差动保护动作。44B事故电流5.376 A,由于16LH接线极性相反，相当于2倍电流（10.752 A）流入差动保护回路，远超过差动保护动作电流1.301 A，造成差动保护快速动作，跳开2201DL、11DL，同时发出机组跳闸信号，切除故障。后对电流互感器接线调整，电流互感器极性正确，经发电机对高圧回路进行递升加压，电流互感器电流指示一切正常。

5 经验教训

5.1 变压器保护接线错误

2015年发变组保护更新改造后，未对保护差流互感器进行升压测量互感器极性，造成极性接反未及时发现，为保护误动留下隐患；41B、44B厂用电设备正常运行时，电流（厂用变满载运行电流0.7 A）小于差流保护设定值1.301 A，不会引起保护动作。

对涉及电流方向极性的电流互感器，投入运行前测量极性、变比以及电流回路的相位正确，避免接线错误。对保护装置及保护模块等进行详细检查，消除安全隐患。

此次是厂用变44B低压侧故障引起保护误动，如是主变差动保护范围内，厂用电之路发生短路故障，不会引起保护动作，造成事故扩大。

5.2 对保护回路定期检查维护及测试

现在保护设备大部分采用微机保护，模块化设计，应严格按照保护说明书及保护校验大纲要求，每年对保护装置进行整体校验，测试保护运行情况，可以排除设计、安装、整定过程中的疏漏(如线接错、极性反接、平衡系数算错等等)。

日常加强设备设施的检查和维护，屏柜及装置各端子、接线是否牢固，保护连片投入正常；经常检测设备运行温度，发现异常及时采取处理措施；应定期校验电流互感器动、热稳定电流是否满足要求，如发现内部异常响声时，应退出运行。电压互感器如发现有裂纹等缺陷，要及时更换。

5.3 保护动作情况记录保存

为方便事故分析，建议用户妥善保存装置的动作报告，收集充足、完备的测试数据，并下载保存。清除装置报告或者频繁试验会覆盖当时的故障信息，不利于今后进行事故分析。

在保护装置进行传动或试验前，对装置的内部存储信息及后台存储的信息进行完整的保存或打印。保存的信息主要包括：装置动作报告、自检报告、故障录波、装置参数和定值以及各种操作记录。现场的其他信息包括：事故过程、保护装置指示灯状态、主界面显示内容等。

5.4 加强运维人员技术培训

加强对运维人员的技术培训，掌握微机保护的基本原理、运行注意事项、事故处理、发生事故后的保护动作分析等提高运维人员的技术水平及分析处理事故的能力。如本次差动保护动作：①应对差动保护范围内的一次设备进行检查；②判断由电流互感器发生故障引起，对电流互感器进行全面检查，确保互感器完好；③对主变高压侧出线、厂用电支路进行检查，有无放电痕迹；④保护动作是否正确，二次接线是否完好、正确；⑤根据以往经验分析判断，差动保护动作主要原因，进而查出设备存在问题。

5.5 电气设备保护配置合理

电气主接线由多种、多个设备组成一个整体，各设备保护定值设置一定要合理，避免越级跳闸。此过流是由于线路瞬时故障，引起铁磁谐振，电压互感器过流高压保险熔断，本体过流产生裂纹，此电流应该引起44DL速断保护动作（设定值2.33 A）、过流保护（设定值0.12 A,延时1.5 s）动作跳闸，由于保护接线问题，44DL保护未动作。由于2201DL、11DL动作固有分闸时间不同，接线极性接反引起主变差动保护动作，切除故障电流。如差动保护接线正确，应该44DL速断、过流保护动作切除故障；延时1.5 s故障电流未切除，引起44B电流保护动作；短路电流继续存在引起1B后备保护过流保护动作，切除事故电流。

5.6 对电气设备安全隐患排查整改

严格按照《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》及水利部《水利工程运行管理监督检查办法（2020年版）》等相关规定，对电气设备进行安全隐患排查整改，对风险源进行辨识评价，查找出电气设备存在的隐患及薄弱环节，及时消除安全隐患。如2201DL开关跳闸回路，原2套保护装置作用1个跳闸线圈，根据十八项反措要求，2套保护分别接入2个跳闸线圈，确保开关跳闸绝对可靠。

6 结束语

一起主变差动保护动作，通过检查测试，确定电流互感器接线极性接反引起的，如保护接线正确，保护动作正确可靠，不会造成主变差动事故跳闸，影响机组放水发电。从保护设计开始确保设计正确，施工满足设计及设备实际要求，投运试验严格按照说明书及调试大纲进行测试调试，日常加强保护检查和维护。同时加强运维人员的技术培训，从思想上认识到保护装置的重要性，技术上能够满足维护管理的要求。