微機(jī)型主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策

范琨　范春菊

摘 要：在電力系統(tǒng)中，變壓器主變是用來(lái)輸送電能、升高和降低電壓的關(guān)鍵設(shè)備。雖然變壓器經(jīng)過(guò)了不斷的改進(jìn)，但還是存在誤動(dòng)作的情況，這對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大影響，大大降低了供電的可靠性。簡(jiǎn)單介紹了變壓器的故障、非正常運(yùn)行工況和主變差動(dòng)保護(hù)的基本原理。通過(guò)分析浦東地區(qū)改造中的變電站、運(yùn)行中的變電站和新投運(yùn)的變電站主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因，提出了防止主變差動(dòng)誤動(dòng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：主變壓器；差動(dòng)保護(hù)；誤動(dòng)作；接地保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM772；TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）18-0012-02

1 變壓器的故障類型和非正常運(yùn)行狀態(tài)

1.1 變壓器的故障類型

變壓器故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。變壓器油箱內(nèi)故障包括繞組的匝間短路、相間短路、鐵芯與繞組間發(fā)生短路和單相接地短路等故障。油箱發(fā)生內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧不僅會(huì)損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，嚴(yán)重情況下，還會(huì)引起變壓器的油箱爆炸；油箱外故障指的是箱殼外部的套管和引出線上發(fā)生的各種相間短路故障和單相接地短路故障。

1.2 變壓器的非正常運(yùn)行狀態(tài)

變壓器的非正常運(yùn)行狀態(tài)主要指因變壓器負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量，引起過(guò)負(fù)荷和油箱漏油等情況，進(jìn)而造成油面降低、變壓器外部短路的情況，最終產(chǎn)生過(guò)電流的運(yùn)行狀態(tài)。變壓器的非正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過(guò)熱，進(jìn)而使繼電保護(hù)發(fā)出告警信號(hào)，運(yùn)行人員以此可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的非運(yùn)行狀態(tài)，并采取相應(yīng)措施，確保變壓器的安全。

2 主變差動(dòng)保護(hù)的工作原理

圖1為雙繞組單相變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的接線方式。其中，

變壓器各側(cè)電流 和 的參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)：

+ =0. （1）

當(dāng)在忽略變壓器損耗的狀態(tài)下，差動(dòng)繼電器KD不動(dòng)作，此時(shí)：

+ =0. （2）

當(dāng)變壓器內(nèi)部任意一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，相當(dāng)于在變壓器內(nèi)部新增了一路故障支路，此時(shí)流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流等同于故障電流：

= + = . （3）

如果故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，差動(dòng)繼電器KD就能迅速動(dòng)作。

式（1）（2）（3）中： ——流入變壓器星型側(cè)的一次電流；

——流入變壓器三角形側(cè)的一次電流；

——流入變壓器星型側(cè)繼電器的二

次電流；

——流入變壓器三角形側(cè)繼電器的二次電流；

——流入繼電器的差動(dòng)電流；

——故障電流。

圖1 雙繞組單相變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的接線方式

3 主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因分析

3.1 改造中的變電站

3.1.1 電流互感器的變比有誤

我們?cè)诟脑焱哆\(yùn)年代較早的變電站時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到改造現(xiàn)場(chǎng)的電流互感器銘牌不清晰、設(shè)備清單不詳細(xì)等情況，曾出現(xiàn)過(guò)因電流互感器變比提供有誤而造成主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的事例。

3.1.2 電流互感器的型號(hào)、規(guī)格不匹配

保護(hù)用電流互感器按是否考慮短路電流的暫態(tài)過(guò)程分為P類（在穩(wěn)態(tài)情況下不能達(dá)到飽和）和TP類（在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下均不能達(dá)到飽和）。

P類和TP類又可細(xì)分為多種類型，例如P類可分為5P20、10P20等，TP可分為TPX、TPY和TPZ等。在站點(diǎn)更換電流互感器的過(guò)程中，工作人員常忽視電流互感器的等級(jí)匹配問(wèn)題，

因此，在變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，如果滿足一定的條件，主變差動(dòng)保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)作。

3.2 運(yùn)行中的變電站

3.2.1 P類電流互感器的暫態(tài)飽和特性

從浦東地區(qū)發(fā)生的多起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)實(shí)例中可以看出，如果采用P類電流互感器，在發(fā)生區(qū)外間歇性短路故障和清除故障的瞬間，都很容易出現(xiàn)主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.2.2 主變低壓側(cè)真空斷路器絕緣不良

當(dāng)某一臺(tái)主變作為冷備用時(shí)，其低壓側(cè)斷路器真空泡中存在的放電現(xiàn)象就相當(dāng)于變壓器空投，進(jìn)而在變壓器的低壓側(cè)繞組產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，而高壓側(cè)斷進(jìn)線則不產(chǎn)生電流。此時(shí)，由于差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)判斷依據(jù)來(lái)自于主變高壓側(cè)的諧波電流，所以不會(huì)發(fā)生閉鎖現(xiàn)象，而這卻導(dǎo)致冷備用變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3 新投運(yùn)的變電站

3.3.1 比例、二次諧波制動(dòng)的定值有誤

比例制動(dòng)是當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不帶制動(dòng)量跳開(kāi)主變各側(cè)斷路器的制動(dòng)方式。在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，通過(guò)一定的比例進(jìn)行制動(dòng)，可提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性；在變壓器空載合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次諧波，根據(jù)該狀態(tài)量可判斷電流是故障電流還是勵(lì)磁涌流，以此保證工作人員在開(kāi)關(guān)跳閘和保護(hù)制動(dòng)時(shí)作出正確的選擇。通常情況下，額定的差動(dòng)和制動(dòng)電流都是在理想情況下計(jì)算出來(lái)的，然而，運(yùn)行中的變壓器會(huì)受到同時(shí)系數(shù)、電流互感器變比等因素的影響，使變壓器在實(shí)際運(yùn)行中形成的差電流高于計(jì)算出的差動(dòng)定值，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3.2 沒(méi)有正確連接電流互感器的中性線

由幾組電流互感器組合而成的電流回路應(yīng)并聯(lián)接入保護(hù)裝置，其接地點(diǎn)應(yīng)選在控制室的保護(hù)屏，并經(jīng)端子排接地，且只能有一個(gè)接地點(diǎn)。當(dāng)電流互感器的二次回路發(fā)生變更后，必須檢查接地點(diǎn)的情況，確保接地良好且不能出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地。

3.3.3 電流互感器的接線方式選擇不當(dāng)

對(duì)于微機(jī)保護(hù)而言，無(wú)論高、低壓側(cè)采用的是星形接線方式，還是三角形接線方式，都可通過(guò)程序設(shè)定來(lái)完成高、低壓側(cè)電流相位角的轉(zhuǎn)移，并最終得到準(zhǔn)確的差動(dòng)電流值。但是，如果電流互感器的接線方式錯(cuò)誤，就不能達(dá)到相位角轉(zhuǎn)移的目的，從而使變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，其高、低壓側(cè)的電流差超出限定的閥值，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統(tǒng)中，正常相序?yàn)檎嘈颍绻儔浩魅我庖粋?cè)的電流互感器接錯(cuò)相序，就會(huì)產(chǎn)生電流差，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會(huì)在回路中形成差電流，進(jìn)而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 防止主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施

4.1 新投入運(yùn)行的主變

4.1.1 5次充電實(shí)驗(yàn)

在新投入運(yùn)行的主變壓器差動(dòng)保護(hù)中，必須投入跳閘，并進(jìn)行5次充電實(shí)驗(yàn)。這樣做一方面可檢驗(yàn)差動(dòng)裝置躲避勵(lì)磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動(dòng)電流回路接線的正確性。

4.1.2 測(cè)量六角圖

當(dāng)退出差動(dòng)保護(hù)時(shí)，應(yīng)使主變壓器帶負(fù)荷測(cè)量各側(cè)的電流向量、差動(dòng)回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動(dòng)保護(hù)正式投入運(yùn)行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

對(duì)于暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①不斷改進(jìn)微機(jī)保護(hù)裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態(tài)飽和的能力；②使用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的光電流變換器。

4.3 電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)

對(duì)于電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)，可以采取以下四點(diǎn)措施改進(jìn)：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設(shè)計(jì)選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負(fù)載與相應(yīng)電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來(lái)減小短路電流的倍數(shù)；③降低二次負(fù)載阻抗與二次額定電流，以此來(lái)減小二次負(fù)載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當(dāng)提高動(dòng)作電流。

4.4 對(duì)YN側(cè)零序電流影響的改進(jìn)措施

對(duì)于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①同時(shí)在YN側(cè)的三相電流中減去一個(gè)零序電流，以此起到消零的作用；②差動(dòng)保護(hù)采用零序比例制動(dòng)，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開(kāi)放或閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]高亮.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

[3]袁季修，盛和樂(lè).電流互感器的暫態(tài)飽和及應(yīng)用計(jì)算[J].繼電器，2002（02）.

[4]王維儉，李芙英.縱聯(lián)差動(dòng)原因不明誤動(dòng)的分析和對(duì)策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23（18）.

[5]徐習(xí)東，方愉冬.變壓器差動(dòng)保護(hù)的隱患[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統(tǒng)中，正常相序?yàn)檎嘈?，如果變壓器任意一?cè)的電流互感器接錯(cuò)相序，就會(huì)產(chǎn)生電流差，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會(huì)在回路中形成差電流，進(jìn)而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 防止主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施

4.1 新投入運(yùn)行的主變

4.1.1 5次充電實(shí)驗(yàn)

在新投入運(yùn)行的主變壓器差動(dòng)保護(hù)中，必須投入跳閘，并進(jìn)行5次充電實(shí)驗(yàn)。這樣做一方面可檢驗(yàn)差動(dòng)裝置躲避勵(lì)磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動(dòng)電流回路接線的正確性。

4.1.2 測(cè)量六角圖

當(dāng)退出差動(dòng)保護(hù)時(shí)，應(yīng)使主變壓器帶負(fù)荷測(cè)量各側(cè)的電流向量、差動(dòng)回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動(dòng)保護(hù)正式投入運(yùn)行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

對(duì)于暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①不斷改進(jìn)微機(jī)保護(hù)裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態(tài)飽和的能力；②使用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的光電流變換器。

4.3 電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)

對(duì)于電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)，可以采取以下四點(diǎn)措施改進(jìn)：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設(shè)計(jì)選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負(fù)載與相應(yīng)電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來(lái)減小短路電流的倍數(shù)；③降低二次負(fù)載阻抗與二次額定電流，以此來(lái)減小二次負(fù)載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當(dāng)提高動(dòng)作電流。

4.4 對(duì)YN側(cè)零序電流影響的改進(jìn)措施

對(duì)于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①同時(shí)在YN側(cè)的三相電流中減去一個(gè)零序電流，以此起到消零的作用；②差動(dòng)保護(hù)采用零序比例制動(dòng)，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開(kāi)放或閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

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[3]袁季修，盛和樂(lè).電流互感器的暫態(tài)飽和及應(yīng)用計(jì)算[J].繼電器，2002（02）.

[4]王維儉，李芙英.縱聯(lián)差動(dòng)原因不明誤動(dòng)的分析和對(duì)策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23（18）.

[5]徐習(xí)東，方愉冬.變壓器差動(dòng)保護(hù)的隱患[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統(tǒng)中，正常相序?yàn)檎嘈?，如果變壓器任意一?cè)的電流互感器接錯(cuò)相序，就會(huì)產(chǎn)生電流差，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會(huì)在回路中形成差電流，進(jìn)而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 防止主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施

4.1 新投入運(yùn)行的主變

4.1.1 5次充電實(shí)驗(yàn)

在新投入運(yùn)行的主變壓器差動(dòng)保護(hù)中，必須投入跳閘，并進(jìn)行5次充電實(shí)驗(yàn)。這樣做一方面可檢驗(yàn)差動(dòng)裝置躲避勵(lì)磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動(dòng)電流回路接線的正確性。

4.1.2 測(cè)量六角圖

當(dāng)退出差動(dòng)保護(hù)時(shí)，應(yīng)使主變壓器帶負(fù)荷測(cè)量各側(cè)的電流向量、差動(dòng)回路的不平衡電流，并繪制電流向量圖。

4.1.3 分析六角圖和不平衡電流

分析六角圖和不平衡電流，只有在回路接線正確后，才能將差動(dòng)保護(hù)正式投入運(yùn)行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

對(duì)于暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①不斷改進(jìn)微機(jī)保護(hù)裝置，以提高其抗飽和能力，特別是抗暫態(tài)飽和的能力；②使用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的光電流變換器。

4.3 電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)

對(duì)于電壓等級(jí)小于l10 kV的系統(tǒng)，可以采取以下四點(diǎn)措施改進(jìn)：①注意小容量電流互感器的傳變性能，在設(shè)計(jì)選型上要留有足夠的余量，且電流互感器二次負(fù)載與相應(yīng)電流互感器的容量要成比例；②增加電流互感器的變比，以此來(lái)減小短路電流的倍數(shù)；③降低二次負(fù)載阻抗與二次額定電流，以此來(lái)減小二次負(fù)載；④在滿足靈敏度要求的前提下，適當(dāng)提高動(dòng)作電流。

4.4 對(duì)YN側(cè)零序電流影響的改進(jìn)措施

對(duì)于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點(diǎn)措施改進(jìn)：①同時(shí)在YN側(cè)的三相電流中減去一個(gè)零序電流，以此起到消零的作用；②差動(dòng)保護(hù)采用零序比例制動(dòng)，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開(kāi)放或閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]高亮.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

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[4]王維儉，李芙英.縱聯(lián)差動(dòng)原因不明誤動(dòng)的分析和對(duì)策[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23（18）.

[5]徐習(xí)東，方愉冬.變壓器差動(dòng)保護(hù)的隱患[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕