主变压器差动保护装置电流极性的探讨

王彦荣，程生戬，徐 冰，李延军

0 引言

在牵引变电所中，作为主变压器（下文简称主变）的主保护差动保护装置，具有极其重要的作用。差动保护装置通过比较主变一次和二次电流的差值而动作，主要用于保护主变内部故障，对电流互感器的极性有着严格的配置要求。若电流互感器的极性配置错误将造成差动保护装置误动或拒动。若拒动将造成越级跳闸（即上一级保护跳闸），误动将造成误停电的严重后果。因此，新线投运、差动保护装置新安装或大修更换电流互感器后，均要进行电流互感器校验，测试其极性的配置是否正确。2012年笔者在京石武客专邢台东变电所验收试验中，发现电流极性不对造成主变差动保护装置在正常负荷情况下误动，危及供电安全。

1 差动保护装置误动现象

1.1 邢台东变电所差动保护装置误动

2012年3月21日，笔者在京石武客专邢台东变电所验收试验中进行1#B 差动保护试验，按常规方法在其差动保护装置一次侧和二次侧分别输 入电流时（电流方向均为流入保护装置），发现差动保护装置多次误动。而将其二次侧电流方向调整后，即将电流方向由流入保护装置改为流出保护装置后，加同样的电流，差动保护装置不动作。

1.2 现场试验及原因分析

（1）差动保护装置的基本原理。变压器差动保护的单相原理接线，如图1所示。在正常或保护范围外部发生短路时，如图1a，I2′=I2′，则流过差动继电器的电流Ij=I2′-I2′=0，差动继电器不动作。在保护范围内发生短路时，如图1b，由于牵引变电所均为单电源运行，=0，流入差动继电器的电流Ij= I2′，即差动电流为故障时的短路电流，数值很大，差动继电器动作。

（2）试验数据分析。第1 次试验，差动保护装置误动，试验数据为

式中，IA为主变压器一次侧电流；Iα为主变压器二次侧电流；K 为平衡系数，邢台东变电所主变为V/v 接线方式，经计算K 为0.39。

此时，变压器一次、二次电流应互相抵消，差动电流ICD近似为0。实际上，保护装置显示ICD=0.6 A，大于0.11 A 的差动保护动作电流，因此，差动保护装置动作跳闸。由此，判断主变二次侧电流方向错误，使正常负荷时的一次、二次电流不能互相抵消，而是相互叠加，从而造成差动保护装置误动。

图1 变压器差动保护原理图

第2 次试验，调整电流方向，即将二次侧电流方向反向，输入同样的电流，观察保护装置，其ICD= 0.02 A，远小于整定值0.11 A，差动保护装置不动作。

（3）电流方向的设定调查。邢台东变电所使用的是天津凯发有限公司（简称凯发）生产的DK3582 型差动保护装置，而管内柳辛庄变电所使用的是国电南京自动化股份有限公司（简称南自）生产的WBZ-651A 型差动保护装置，石太客运专线变电所使用的是成都交大许继有限公司（简称交大许继）生产的WKH-892Z 型差动保护装置。通过询问厂家技术人员，得知差动保护电流方向是由厂家程序设定的，一般一次电流方向均为流入，二次电流方向不同的厂家会不同，如交大许继和南自的相同，均设定为流入方向为正方向；而天津凯发的不同，其电流方向设定为流出方向为正方向。

（4）原因分析。由上述试验数据的分析和厂家调查可以看出，造成邢台东变电所差动保护装置误动的原因是盲目按照以往的经验，错误地输入主变二次电流造成的。

2 解决措施

首先，根据差动保护装置正常动作的要求，确定其主变二次侧电流方向。然后，根据主变二次侧电流方向，依据直流法判定电流互感器的极性及接线方式，再根据高速铁路AT 供电方式对差动保护的通常要求，检查接线方式正确无误。以京石武客专邢台东变电所为例，具体操作程序如下：

（1）判断差动保护装置本身的电流方向。在差动保护装置的一次侧和二次侧分别输入电流，发现差动保护正常负荷时误动，说明二次侧电流方向错误。调整二次侧电流方向，由流入改为流出，差动保护装置动作正常。说明其二次侧电流正方向为流出方向。

（2）由差动保护装置二次侧电流方向，确定T 线和F 线电流互感器二次侧的电流方向。

由图2可以看出，T 线和F 线电流互感器二次侧的电流均应为B 点流向差动保护装置，A 点流出差动保护装置。

图2 高速铁路差动保护二次回路接线图

（3）由T 线和F 线的电流方向确定其电流互感器二次侧的接线方式。

a.直流法测电流互感器极性。见图3。用1.5～3 V 干电池将其正负极分别接于电流互感器的一次线圈L1，L2，电流互感器的二次侧S1接毫安表正极，S2接负极，接好线后，将K 合上毫安表指针正偏，拉开后毫安表指针负偏，说明电流互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性，即减极性，L1、S1为同极性，也就是说电流互感器的一次电流从L1流入，二次电流从S1流出。如指针摆动与上述相反为加极性。

b.确定T 线电流互感器二次侧的接线方式。由于主变有V/X0 和V/X6 接线方式，2 种方式下主变二次侧T 线和F 线电流方向相反，即V/X0 接线方式下，T 线电流方向为由主变流向GIS 柜，F线电流方向为由GIS 柜流回主变；而V/X6 接线方式下，T 线电流方向为由GIS 柜流向主变，F 线电流方向为由主变流向GIS 柜。下面以V/X0 接线方式为例说明电流互感器接线方式的判定。

图3 直流法测电流互感器极性接线图

利用直流法，根据V/X0 接线方式下T 线的电流方向，即由主变流向GIS 柜方向，将干电池正极接到T 线电流互感器的电源侧（即靠近主变侧），将毫安表接到电流互感器的二次侧，观察其偏转情况。如正偏，说明毫安表正端为电流的流出方向，将其接在图4的B 点。如反偏，说明毫安表的正端为电流的流入方向，将其接在图4的A 点。

c.确定F 线电流互感器二次侧的接线方式。利用直流法，根据V/X0 接线方式下F 线的电流方向，即从GIS 柜流出，将干电池正极接到F 线电流互感器靠近GIS 柜侧，将毫安表接到电流互感器的二次侧，观察毫安表的偏转情况。如正偏，说明毫安表正端为电流的流出方向，将其接在图4的B 点。如反偏，说明毫安表的正端为电流的流入方向，将其接在图4的A 点。

d.验证T 线与F 线电流互感器的接线正确。对普速电气化铁路来说，主变二次侧只有一个电流，而高速铁路全部为AT 供电方式，主变二次侧电流有2 个，一个是T 线电流，一个是F 线电流，正常运行时T 线电流和F 线电流大小相等，方向相反。为保证主变一次、二次正常负荷电流能相互抵消，保证差动保护正常负荷时不误动，所有综合自动化厂家主变差动二次电流均为T 线和F 线电流之和，即IF+IT。这就决定了T 线和F 线电流互感器的接线方式应为（假定F 线电流互感器一次线圈为L1和L2，二次线圈为S1和S2，T 线电流互感器一次线圈为L3和L4，二次线圈为S3和S4）T 线的S1和F 线的S4相连，T 线的S2和F 线的S3相连，如图4所示。

图4 T 线和F 线电流互感器接线图

依照上述方法接线完成后，检查T 线和F 线接线方式符合首尾相接，说明电流方向及极性判定正确。

措施实施及效果：2012年3—6月，笔者在京石武客专验收试验中，全部按上述电流方向法对各牵引变电所差动保护装置相关电流互感器的极性进行了校核，操作方便，实用性强，并经现场传动试验差动保护装置动作正常，效果良好。

3 结束语

随着高速铁路的飞速发展，AT 供电方式使用的越来越多，单纯采用直流法进行电流互感器极性的校核，准确性受到厂家差动保护电流方向设定、室外电流互感器一次线圈的接线方式、GIS 柜中电流互感器一次线圈的接线方式等诸多因素影响，极易发生错误，造成保护装置误动和拒动，危及设备运行安全。特别是新线开通后，造成差动保护误动，中断高速铁路供电，危害更大。因此，在新建线路的施工验收和设备更新改造中要关注电流互感器的极性校核，而采用电流方向法和直流法相结合进行电流互感器的极性校核的方法，也可供广大电气化铁路工程技术人员借鉴。

[1]DK3530A 电铁变压器差动保护装置技术说明书 天津凯发电气股份有限公司.

[2]TA21 型牵引变电所安全监控与综合自动化系统说明书.成都交大许继电气有限公司.

[3]潘启敬.牵引供电系统继电保护[M].北京：中国铁道出版社，1996.