变压器差动保护误动与防治措施分析

曾妍

(广西电网公司灵山供电公司，广西 灵山 535400)

1 引言

电力变压器广泛存在于各级电网中，是联系不同电压等级不可缺少的设备，一般从发电、输电、配电一直到用户用电需要经过3～4次的电压等级的变换。变压器是电力系统中重要的设备，其运行正常与否直接关系到整个电力系统的可靠性，因此要求变压器继电保护具有较高的可靠性［1－4］。变压器的故障会对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响，而且大容量的变压器也是十分贵重的设备。随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大，这就要求变压器保护不仅可靠，而且要快速。但是变压器保护的发展远远落后于系统发展的速度，据统计目前变压器保护动作正确率普遍不高，有时候会出现一些原因不明的误动，传统的保护原理、保护方法面临严峻的挑战［5－14］。因此研究出可靠的判据，防止变压器保护误动，具有较大的理论和工程应用价值。

基于此，本文重点分析变压器差动保护的基本原理、差动保护误动作的原因以及防治措施。

2 差动保护的基本原理

变压器的主保护一般选用电流纵差动保护，其不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除保护区内各种故障，具有很多优良特点。图1所示为双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图，I·1、I·2分别为变压器一次侧和二次侧的一次电流，参考方向为母线指向变压器;I·'1、I·'2为相应的电流互感器二次电流。

图1 双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图

由图1可知，流入差动变压器KD的差动电流为:

纵差动保护的判据为:

式中，Iset为纵差动保护的动作电流;Ir=为差动电流的有效值。

设变压器的变比为:

nt=U1/U2

则式(1)可变换为:

式(3)可表示为:

如果选择电流互感器的变比使之满足:

式(4)可变为:

如果忽略变压器的损耗，则正常运行和区外故障时一次电流的关系为:

根据上式，正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作;如果变压器内部任何一点故障时，包括电流互感器与变压器之间的引线，只要故障电流大于差动保护继电器的动作电流时，差动保护就可以迅速动作。

当变压器电流互感器饱和、变压器变比调整等时，差动保护会产生不平衡电流。针对不同状况引起的不同的不平衡电流，需要引入制动电流，使差动保护不误动作。根据制动电流与差动电流比值大小来判断保护是否动作，这种判据方法称为比率差动。差动保护要根据变压器变比及各侧电流互感器变比将各侧二次电流进行折算，使差动电流能真实反映实际一次差动电流。

3 差动保护误动作的原因

变压器差动保护装置的准确动作依赖于保护正确的整定值与正确的接线。由于变压器各侧的绕组接线方式、电压等级、电流互感器的型号、比率都不同，而且主变压器的短路电流、励磁涌流、铁芯饱和等诸多因素的影响，使变压器差动保护取样的不平衡电流值可达到一个较大的数量级数值，尤其是在整定值不匹配或者保护接线不正确的情况下，产生的不平衡电流将大于保护的整定值，此时就会造成误动，就会对电网运行带来严重的危害。

变压器差动保护误动的原因很多，下面给出一些常见的误动作原因:

(1)常见原因是变压器分接头调整问题，一般变压器高压绕组有调压分接头，有的还要求变压器能够有载调压，此时会导致不平衡电流增大，当大于保护的整定值时就会造成保护误动;

(2)由变压器涌流引起的差动保护误动事故也较常见，一般情况下变压器铁芯没有饱和，其工作在线性区域，此时励磁电流较小，差动保护一般不会误动，但在一些过渡过程中或变压器带有冲击负荷时，变压器的铁芯就会出现饱和现象，产生几倍甚至十几倍额定电流的励磁涌流，容易引起变压器差动保护误动;

(3)变压器如果在保护区外发生故障时，变压器一次侧电流的非周期分量较大，如变压器各侧的电流互感器饱和特性不一样，易引起某一侧的电流互感器饱和，产生暂态不平衡电流，可能会引起差动保护误动。在外部故障切除过程中，由于电流互感器的局部暂态饱和也可能会引起差动保护的误动;

(4)在稳态过励磁情况下，变压器也会有励磁电流剧增的状况出现，就会引起差动保护非选择性的误动;

(5)如果变压器内部匝间轻微有故障时，虽然流过短路环的电流很大，但流入差动回路的电流可能很小，可能小于保护的整定值，此时就会影响到差动保护的灵敏动作。

在一般变电站中，差动保护是主变压器的主保护，其安全可靠性对变压器保护影响最为关键。变压器的差动保护在变压器正常运行和区外故障时，理想状况下流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。但是在工程中变压器在正常运行或区外故障时都有可能产生较大的不平衡电流，不平衡电流有可能大于差动保护的整定动作值，就可能引起变压器差动保护的误动作。

4 差动保护误动作防治措施

变压器差动保护误动作会给电网安全稳定运行造成很大威胁，同时也会造成巨大的经济损失，所以必须对变压器差动保护采取防治措施。

(1)变压器差动保护的电流互感器应选用D级电流互感器。如果工程运行中的差动保护已选用了其他型号的电流互感器，为了消除不平衡电流，变压器两侧的电流互感器应按10%误差曲线选择，而且在整定变压器差动继电器的动作电流时要引入同型号系数Ktx，修正型号异同的影响，以防止继电器误动;

(2)电力系统中运行的变压器差动保护装置通常采用DCD－2型差动继电器DCD－2型差动继电器是由DC－11/0.2型电流继电器和带短路线圈的速饱和变流器组成的，变压器励磁涌流带来的不平衡电流影响能够被其短路线圈可靠地消除;

(3)在变压器正常运行和保护区外故障时，尽量减少差动电压，减少稳态时的不平衡电流，防止继电器误动;

(4)改进差动继电器，比如更换容量较大的继电器接点、增长继电器接点距离等，可以有效解决继电器合闸时的击穿问题，防止继电器误动;

(5)在变压器运行过程中，要定期检查差动继电器的工作状况是否正常。运行维护人员要定期检查变压器差动保护的工作状况，及时发现潜在问题，做好预防措施。

正确应用变压器的纵联差动保护是电力系统安全生产的重要保障之一，运行中对差动保护要求有很高的可靠性。变压器的结构复杂，特点独特，因此必须严格按规程要求认真分析变压器运行的各个细节，全面了解变压器纵联差动保护的原理与特点，采取相应措施，合理选择变压器电流互感器，提高和增强继电保护运行人员的技术水平和责任心，杜绝事故发生，确保差动保护可靠动作，从而保证变压器可靠运行。

5 总结

工程运行经验表明，细小的错误都有可能引起继电保护装置的误动作，因此必须充分认识和重视二次回路的误接线问题，只有在运行过程中切实按照相关规程、反措要求施工，才能从根本上杜绝不必要的二次回路误接线，从而保证继电保护装置的正确动作和电力系统的安全稳定运行。

本文总结了变压器差动保护误动作的几种典型原因，并介绍了差动保护误动作的防治措施。大量研究表明:差动保护原理应用于变压器不够完善，因为变压器不同于输电线路，不适用基尔霍夫电流定律，因为变压器不是纯电路设备，它是由磁路联系的若干独立电路组成的。因此在工程中要积极研究更为完善的变压器微机保护，严格根据有关规程和导则判断变器的故障性质，以采取合理的措施进行处理，避免事故的发生，以保证变压器的安全、可靠、经济运行。

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