农网35kV变电站主变压器差动保护技术分析

王　刚

（河北省巨鹿县供电公司）

农网35kV变电站主变压器差动保护技术分析

王刚

（河北省巨鹿县供电公司）

本文阐述了差动保护动作原理，介绍了微机差动保护的整定方法，使技术人员能够在故障出现后快速判断引起事故的原因，尽快恢复主设备运行。

变电站项目；主变压器差动保护；微机保护装置

0　引言

随着我国电网工程的快速发展，电力变压器作为电网工程中不可或缺的重要组成部分，扮演着非常重要的角色。县城35kV变电站是县农副业、小工业的硬支柱，因此电力变压器的安全稳定运行关系重大。做为电力变压器主保护的差动保护主要用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。通过以下对差动保护原理的分析，可使检修人员缩短检查、分析时间，减少大范围停电时间。

1　变电站主变压器的差动保护原理

变电站主变压器的差动保护是其主保护，主要是保护变压器单相匝间、变压器绕组内部以及引出线上发生的各种短路故障。理论上来讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零，而两侧的电流互感器按差接法接线，在正常和外部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近为零，继电器不动作。内部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。

2　影响主变差动保护误动作的几个因素

从变压器的差动保护原理可知，当正常运行及外部故障时，差动回路电流为零，这是由于许多因素的制约从而产生了不平衡电流，不平衡电流太大，就将降低内部故障时保护的灵敏度。有时，甚至使保护无法正常工作，所以，减小不平衡电流以及对于保护的影响程度就成为了实现纵差保护的主要问题。

2.1稳态情况下的不平衡电流

1）由电流互感器变化的标准化而产生的不平衡电流。

2）三相变压器接线产生的不平衡电流。对于Yy0接线的变压器，一次和二次两侧对应相电流的相位几乎是一模一样的，而对Yd11接线的变压器来说，由于其星形和三角形一侧所对应相的线电压，在相位上存在着 30°的差距，相应的相电流相位也必须保持30°的相差。所以，在三角形侧的电流与星形侧的同一相电流，在相位关系上三角形侧的电流要比星形侧的同一相电流在相位上超出 30°，由此便知即使在变压器两侧电流互感器二次电流的数值相同的情况下，不平衡电流在差动保护回路中还是会存在的。如何解决因变压器Yd11的接线而引发的不平衡电流，相应的措施可以利用相位补偿法来进行处理，简单来说就是将变压器星形侧的电流互感器在二次侧接为三角形的；同理可将变压器三角形侧的电流互感器在二次侧接为星形，借此处理就可以解决变压器接线所产生的不平衡电流影响。

3）带负荷调整变压器的分接头处产生的不平衡电流。

4）因电流互感器变换误差而引起的不平衡电流。

2.2变压器的差动保护中减小涌流影响的有效措施

根据上述分析可以看出，在变压器的差动保护过程中，如果没有采取有效措施来消除励磁涌流所带来的影响，就会导致保护的误动作。根据励磁涌流的特性，可以采取以下措施进行：

1）利用励磁涌流的非周期分量来使继电器铁心实现饱和，自动地增加保护的动作电流；

2）利用提高保护动作值或是延时动作来躲过励磁涌流。但前者降低了保护动作的灵敏度，而后者则失去了速动的优点，因此现在不能采用；

3）采用励磁涌流波形的差异（有无间断角）和内部的短路电流来躲过励磁涌流；

4）利用二次谐波制动；

5）利用比率制动。

比率制动特性的概念：众所周知，当变压器的工作状态在正常负荷的范围内，变压器电流的互感器产生的误差非常小，甚至可以忽略不计，因此，往往这个时候对于差动保护来讲，差回路不平衡电流Iub也是非常小的。但是，如果变压器的外部由于短路而使电流逐渐增大时，电流互感器就会随之产生饱和，其电流互感器所产生的误差也将会随之而增大，而这个时候对于差动保护来讲，差回路不平衡电流Iub也会随之增高，一旦差回路不平衡电流Iub超过预定的保护动作电流的时候，差动保护装置便会误动。但是，若上述误动不再出现，可以这样设想，将继电器的动作电流按比例增大，同时要比不平衡电流的增大速度快很多，理论可以这样理解，在这种特性的作用之下便可解决。因此，在变压器工作的过程中引进差动电流来作为动作电流，同时再引进外部短路电流，将其作为制动电流，这样的话，只要变压器的外部发生短路而导致电流逐渐增大，制动电流也随之增大，相应地其继电器的动作电流也会随之增大。而这种继电器的制动特性就被称为比率制动式差动继电器。

比率制动、二次谐波制动式差动继电器和鉴别波形间断角的差动继电器中，均设有防止外部故障的环流制动回路，它们三者的制动作用均是随外部短路电流的增加而增大，所不同的是，比率制动式的无躲过变压器励磁涌流的功能，故一般均需增设二次谐波和三次谐波制动部分，以克服这一缺点。但由于制动系数 Kbrk=动作电流/制动电流＜1，而且因为一般在制动电流小于变压器额定电流时，制动不起作用，故内部故障时，灵敏度高，即使是在单侧电源时也能有较灵敏的动作。

3　目前微机保护装置保护原理

3.1变压器的接线方式和补偿

变压器各侧的电流互感器，二次都采用星形接线（或者是选择按常规接线），其二次电流是直接接入装置的，这就简化了CT的二次接线，增加了电流回路的可靠性，有利于CT断线的识别。电流互感器各侧的极性都以指向母线为同极性端，如图1所示。

图1

变压器CT二次电流相位由软件自校正，是指对Y侧的校正，两卷变压器一般都为Y/△-11接线。

3.2低压侧补偿系数的计算

当变压器两侧的PT和CT的变化比不能完全匹配时，需要根据两侧一、二次侧的PT变比以及CT变比来计算出一个补偿系数 KL，从而使得高、低压侧的电流能够相匹配。

式中，CTL、PTL分别为低压侧CT、PT变比；CTH、PTH分别为高压侧CT、PT变比。

实际的低压侧电流乘以该侧低压系数 KL，高、低压侧电流就可以实现平衡。

3.3差动速断保护

差动速断保护不受制动电流制动或谐波电流闭锁控制（见图2）。

图2

3.4差动保护

如图3所示，以A相为例（B、C相同理），比率制动动作的条件为：Iazd＞制动定值，且Iacd＜比率系数·Iazd。

图3

谐波的制动条件是：Icd2＞Iacd·K2（Icd2为三相差动电流中二次谐波的最大值；Iacd则为A相的差动电流；K2为二次谐波制动系数，通过整定“谐波系数”可以获得）。

3.5定值整定原则

选择合适的CT变比。

速断定值（也就是差动速断电流的定值），按照其躲过主变空投时产生的最大涌流电流来整定，一般情况下，选取变压器高压侧二次额定电流（以Ie表示）的6～12倍，并且要保证灵敏度的要求。

比率制动功能，Izds一般选取Izds=（0.8～1.2）Ie，Icds一般选取（0.2～0.6）Ie；如果Izds＞Ie，动作不可靠，而 Izds＜Ie时，内部故障的灵敏度有一定下降，比率系数 K1一般选取 0.3～0.7，但同时应该满足K1≤Icds/Izds。

谐波系数（也就是二次谐波制动比率系数），一般选取0.15～0.25，所依据的基本原则是：整定比较小时，制动比较可靠，但内部出现故障时，灵敏度就会下降；K2整定较大时，内部出现故障时灵敏度就会增加；一般应该根据主变投运前的数次空投试验。

4　主变差动误动故障分析

目前农网 35kV变电站大多改造为综自保护设备，经常出现发生差动保护动作时变压器并未发生严重故障，大多是因为其他因素引起的，主要是由于技术人员对差动保护原理不清楚造成的。

现象1：变比修正系数计算不正确，主变低负荷时问题未发现，当变压器负荷增大时，不平衡电流快速明显增加，造成差动保护误动作。

现象2：二次侧相位补偿接线时相序接反，主变低负荷时问题未发现，当变压器负荷增大时，差动电流快速明显增加，造成保护误动作。

现象3：二次侧相位补偿接线时极性接反，也存在造成低负荷时问题未发现，当变压器负荷增大时，差动电流快速明显增加，造成保护误动作。

现象4：试验时粗心，个别差动回路二次端子未拧紧或未将试验连接片恢复，造成差动保护误动作。

现象5：由于比率制动系数或二次谐波制动系数选择不合适造成主变差动保护灵敏度增大引起差动保护动作。

5　结束语

根据对主变差动动作原理的分析，使技术人员能够在故障出现后快速判断引起事故的原因，在排除设备误动作时，结合试验数据，迅速找出设备故障点，缩短抢修时间，尽快恢复主设备运行。

［1］ 李玮. 电力系统继电保护事故案例与分析［M］. 北京：中国电力出版社， 2012.

［2］ 崔家佩， 孟庆炎， 陈永芳， 等. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算［M］. 北京： 中国电力工业出版社， 1993.

（2015-09-25）