变压器差动保护误动的行为分析及防范措施

杨 萍，陈 鹏

（宁夏电力公司超高压分公司，宁夏 银川 750011）

1 引言

近年来，区外故障导致变压器差动保护误动的事故时有发生，极大地影响了电网安全稳定运行，因此，加强变压器的安全可靠运行，采取切实有效的措施提高变压器差动保护的可靠运行能力，防止变压器区外故障误动，对于系统的安全稳定运行具有重要意义。

本文通过分析某220kV变电站区外故障导致220kV变压器差动保护误动的事故原因情况，从主变差动保护CT选型、差动保护原理改进、二次谐波定值合理整定等方面，提出相应的事故预防及改进措施，对防止变压器差动保护误动，保证变压器安全稳定运行起到了积极的作用。

2 变压器区外故障误动的事故概况及简要分析

2.1 故障情况及主变保护装置动作情况简介

某220kV变电站35kV I段发生接地故障，35kV I段29311线路开关柜内部上方B相CT发生故障炸裂，柜内35kV母线处有明显烧伤痕迹。对于1＃主变差动保护来说，上述故障是区外故障。但从故障录波图中可以清晰看到，1＃主变35kV侧二次电流发生严重畸变（A、C相），1＃主变差动保护动作报告中（A屏），采样显示发生故障时，A相差流为 5.198A，C 相差流为 5.425A。这说明 A、C 相CT发生饱和导致二次电流无法如实反映一次电流，形成差流，导致1＃主变保护A屏（二次谐波原理）差动保护出口，但1＃主变保护B屏（波形对称原理）差动保护没有动作。如图1所示为变电站一次接线图。

2.2 分析故障时主变差流的形成原因

1＃主变C相CT饱和最为严重，下面以C相为例，分析CT饱和程度及差流形成原因。

图1 变电站一次接线图

从离线分析软件的录波图中读取数据，三侧C相电流值如表1所示。

表1 1＃主变三侧C相电流值

从表1可以看出，高压侧、中压侧电流基本同相，说明高、中压侧同时为低压侧提供短路电流，而且理论上高、中压侧提供的故障电流之和应该等于低压侧故障电流。但是通过上述计算发现，高、中压侧电流之和远大于低压侧电流，也就是说低压侧由于CT饱和的原因，已经无法正确传变数值很大的短路电流，缺失了很大一部分，而缺失的这部分电流就是差动保护感受到的差电流。差流计算结果（5.144A）基本和装置打印报告中的差流值（5.425A）基本一致。

在故障后设备检查过程中，发现1＃主变35kV侧差动保护用CT绕组为B级。通过查阅相关资料，B级的电流互感器适用于一般保护（如线路保护等），而对于“差”动保护（即构成差电流的保护）应该选用专用P级电流互感器。因为“差”动保护有其特殊性，由于正常运行过程中，是不可能有差电流的，只有故障时才会有差电流，因此“差”动保护的动作值往往很灵敏，这就对电流互感器提出了更为苛刻的要求，尤其对故障时流过极大故障电流的电流互感器，必须要求构成差动保护电流互感器抗饱和能力非常强，显然本次故障中B级电流互感器的表现是令人失望的。

2.3 主变两套不同原理差动保护的动作过程

2.3.1 二次谐波制动原理差动保护（A屏）动作过程

从A屏打印出的故障报告中得到故障跳闸时的数据如下：

图2 主变比率制动差动保护斜率图

如图2所示为主变比率制动差动保护斜率图。根据故障数据，A、C相很明显已经落入比率制动差动保护动作区，因此符合动作条件。由于A、C相CT饱和，造成二次电流谐波分量很大，那么此时差动保护是否能够出口跳闸，主要看谐波成分及二次谐波含量的大小。由故障数据可得：A相二次谐波含量为 1.405／9＝15.61%，B 相二次谐波含量为 0.013／0.279＝4.6%，C 相二次谐波含量为 0.918／9.405＝9.76%。经现场分析与厂家分析得到的结论基本一致，二次谐波原理是一相制动三相，但故障电流中二次谐波的含量均未达到20%（保护定值整定为20%），因此差动保护开放，保护出口跳开主变三侧开关。CT浅饱和情况下二次谐波含量比较大，深度饱和情况时二次谐波含量就会减小。

如图3所示为1＃主变A屏差动动作波形图，由此可以看出二次谐波三相均开放保护（CDBXB2A，CDB－XB2B，CDB－XB2C）。

图3 1＃主变A屏差动动作波形图

由以上分析可知，本次差动保护（二次谐波制动原理）动作原因是由于CT饱和，从而使差动保护感受到差流并落入保护动作区。并且二次谐波含量都小于定值，所以二次谐波保护也没有可靠制动。

2.3.2 波形对称原理差动保护（B屏）

图4 1＃主变B屏差动不动作波形图

如图4所示为1＃主变B屏差动不动作波形图。B屏故障录波图和A屏完全一致，其A、C相比率制动差动保护动作行为与图4相同。但不同的是，差动保护能否动作取决于故障电流波形对称度判别结果。如前所述，由于CT饱和，二次电流发生严重畸变（A、C）相，不符合波形对称的判据，此时保护装置判定此电流是空投变压器时的励磁涌流，因此闭锁了本套差动保护。

图5 1＃主变B屏差动启动波形图

如图5所示为1＃主变B屏差动启动波形图。从以上录波波形图也可看出，A，C发生畸变，也可从保护开关量CDB－XB2A，CDB－XB2C看出波形不对称（虚线为不对称），B相CT无饱和现象，故区外故障时差流为0。波形对称原理差动保护是通过判别电流波形的对称度，从而区分该电流是故障电流还是励磁涌流。本次故障中，由于CT饱和造成二次电流发生严重畸变，电流波形明显不对称，保护装置判定为励磁涌流，因此闭锁该套差动保护，故未动作。

由以上分析可知，由于两套保护差动原理不同，导致保护A屏动作，B屏不动作，而波形对称原理的差动保护防饱和能力远远好于二次谐波原理的保护。对于差动保护来说，主要靠比例制动元件和二次谐波制动元件来区分区外故障还是区内故障，但是，二次保护的可靠性还需要一次CT的传变电流的准确性来保障。如果故障时CT深度饱和，将会造成很大的传变电流误差，导致故障电流无法正常传变给保护装置，从而导致保护装置误动。

3 事故防范及改进措施

本次故障造成主变差动保护动作的根本原因在于CT饱和后产生很大的差流。差动保护对防止CT饱和的能力是有限的，虽然微机差动保护中比率制动可以在一定程度上防止CT饱和造成的保护误动，但本次故障中由于低压侧故障电流太大，CT饱和后形成的很大差流已经超越了比率制动保护的制动能力。

根据以上录波及现场情况的分析，针对保护来说，区外故障时，差动应该不会动作。由于低压侧CT的A、C相饱和，反应到保护的二次电流失真，出现很大的差流，造成比例制动元件无法闭锁。A屏差动保护选用二次谐波原理的差动，故障时二次谐波含量也均小于定值开放保护，造成A屏保护动作。而B屏保护为波形对称原理差动，比例制动元件也是无法闭锁，但故障时波形不对称，保护判为涌流现象，故闭锁保护。这样就出现了现场主变保护区A屏动作，B屏不动作的现象。保护区外故障时差动保护主要靠比例制动元件进行制动，而不是靠二次谐波原理进行制动。

通过以上分析，主要考虑采取以下防范措施。

（1）考虑主变35kV侧选用P级或抗饱和能力更强的电流互感器。

现场低压侧所选用的CT为B级互感器，B级互感器的抗饱和能力较差，现在一般变电所早已不使用B级互感器，而选用抗饱和能力更强的P级互感器。因此建议变压器低压侧选用P级或抗饱和能力更强的电流互感器。

图6 CT饱和特性图

（2）改进差动保护程序，提高保护抗CT饱和能力，如图6所示为CT饱和特性图。发生故障后，电流互感器需要经过一定时间才饱和，在互感器线性工作期间，外部故障保护装置感受到的差流是很低的。互感器饱和后，差流可能显著增加。区外故障时，互感器周期性处于线性工作区时没有差流，处于饱和区时有差流。而区内故障时，不管互感器在线性区还是处于饱和区，始终都有差流。利用这个特点，即可以判别互感器是否饱和。建议保护厂家根据这个特点，改进差动保护抗CT饱和能力。

（3）调整保护定值项里的二次谐波定值为15%。更改此定值项也不会影响保护区内故障时保护动作的灵敏性，因为区内故障时保护的差流要大得多，二次谐波含量所占的百分比就比较小，不会降低保护的灵敏度。但是区外故障其制动能力将会增强，能很好地防止变压器区外故障误动。

4 结束语

经过实际运行证明，通过上述改进措施，对于防止变压器区外故障差动保护误动方面起到了积极的作用。

［1］继电保护和安全自动装置技术规程［S］.（GB／T14285－2006）.

［2］继电保护和安全自动装置检验规程［S］.（DL／T995－2006）.

［3］电力系统继电保护规定汇编［M］.北京：中国电力出版社，1997.