范琨　范春菊

摘 要：在電力系統(tǒng)中，變壓器主變是用來輸送電能、升高和降低電壓的關鍵設備。雖然變壓器經(jīng)過了不斷的改進，但還是存在誤動作的情況，這對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行造成了很大影響，大大降低了供電的可靠性。簡單介紹了變壓器的故障、非正常運行工況和主變差動保護的基本原理。通過分析浦東地區(qū)改造中的變電站、運行中的變電站和新投運的變電站主變差動保護誤動作的原因，提出了防止主變差動誤動的對策。

關鍵詞：主變壓器；差動保護；誤動作；接地保護

中圖分類號：TM772；TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）18-0012-02

1 變壓器的故障類型和非正常運行狀態(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)故障時產(chǎn)生的電弧不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，嚴重情況下，還會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 變壓器的非正常運行狀態(tài)

變壓器的非正常運行狀態(tài)主要指因變壓器負荷長時間超過額定容量，引起過負荷和油箱漏油等情況，進而造成油面降低、變壓器外部短路的情況，最終產(chǎn)生過電流的運行狀態(tài)。變壓器的非正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱，進而使繼電保護發(fā)出告警信號，運行人員以此可及時發(fā)現(xiàn)變壓器的非運行狀態(tài)，并采取相應措施，確保變壓器的安全。

2 主變差動保護的工作原理

圖1為雙繞組單相變壓器差動保護原理的接線方式。其中，

變壓器各側(cè)電流 和 的參考方向為母線指向變壓器。當變壓器正常運行或發(fā)生區(qū)外故障時：

+ =0. （1）

當在忽略變壓器損耗的狀態(tài)下，差動繼電器KD不動作，此時：

+ =0. （2）

當變壓器內(nèi)部任意一點發(fā)生故障時，相當于在變壓器內(nèi)部新增了一路故障支路，此時流入差動繼電器的差動電流等同于故障電流：

= + = . （3）

如果故障電流大于差動繼電器的動作電流，差動繼電器KD就能迅速動作。

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；

——流入繼電器的差動電流；

——故障電流。

圖1 雙繞組單相變壓器差動保護原理的接線方式

3 主變差動保護誤動的原因分析

3.1 改造中的變電站

3.1.1 電流互感器的變比有誤

我們在改造投運年代較早的變電站時，經(jīng)常會碰到改造現(xiàn)場的電流互感器銘牌不清晰、設備清單不詳細等情況，曾出現(xiàn)過因電流互感器變比提供有誤而造成主變差動保護誤動的事例。

3.1.2 電流互感器的型號、規(guī)格不匹配

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

P類和TP類又可細分為多種類型，例如P類可分為5P20、10P20等，TP可分為TPX、TPY和TPZ等。在站點更換電流互感器的過程中，工作人員常忽視電流互感器的等級匹配問題，

因此，在變壓器發(fā)生區(qū)外故障時，如果滿足一定的條件，主變差動保護就會誤動作。

3.2 運行中的變電站

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)生的多起主變差動保護誤動實例中可以看出，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)主變差動保護誤動作。

3.2.2 主變低壓側(cè)真空斷路器絕緣不良

當某一臺主變作為冷備用時，其低壓側(cè)斷路器真空泡中存在的放電現(xiàn)象就相當于變壓器空投，進而在變壓器的低壓側(cè)繞組產(chǎn)生勵磁涌流，而高壓側(cè)斷進線則不產(chǎn)生電流。此時，由于差動保護的制動判斷依據(jù)來自于主變高壓側(cè)的諧波電流，所以不會發(fā)生閉鎖現(xiàn)象，而這卻導致冷備用變壓器差動保護誤動作。

3.3 新投運的變電站

3.3.1 比例、二次諧波制動的定值有誤

比例制動是當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時，差動保護不帶制動量跳開主變各側(cè)斷路器的制動方式。在發(fā)生區(qū)外故障時，通過一定的比例進行制動，可提高差動保護的可靠性；在變壓器空載合閘時會產(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磁涌流，以此保證工作人員在開關跳閘和保護制動時作出正確的選擇。通常情況下，額定的差動和制動電流都是在理想情況下計算出來的，然而，運行中的變壓器會受到同時系數(shù)、電流互感器變比等因素的影響，使變壓器在實際運行中形成的差電流高于計算出的差動定值，導致差動保護誤動作。

3.3.2 沒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并聯(lián)接入保護裝置，其接地點應選在控制室的保護屏，并經(jīng)端子排接地，且只能有一個接地點。當電流互感器的二次回路發(fā)生變更后，必須檢查接地點的情況，確保接地良好且不能出現(xiàn)兩點或多點接地。

3.3.3 電流互感器的接線方式選擇不當

對于微機保護而言，無論高、低壓側(cè)采用的是星形接線方式，還是三角形接線方式，都可通過程序設定來完成高、低壓側(cè)電流相位角的轉(zhuǎn)移，并最終得到準確的差動電流值。但是，如果電流互感器的接線方式錯誤，就不能達到相位角轉(zhuǎn)移的目的，從而使變壓器在正常運行時，其高、低壓側(cè)的電流差超出限定的閥值，導致差動保護誤動作。

3.3.4 電流互感器的相序接反

在電力系統(tǒng)中，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側(cè)的電流互感器接錯相序，就會產(chǎn)生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側(cè)的電流向量、差動回路的不平衡電流，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，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

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

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統(tǒng)

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

4.4 對YN側(cè)零序電流影響的改進措施

對于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側(cè)的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

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

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

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

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

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統(tǒng)自動化，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，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側(cè)的電流互感器接錯相序，就會產(chǎn)生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側(cè)的電流向量、差動回路的不平衡電流，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，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

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

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統(tǒng)

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

4.4 對YN側(cè)零序電流影響的改進措施

對于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側(cè)的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

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

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

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統(tǒng)自動化，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，正常相序為正相序，如果變壓器任意一側(cè)的電流互感器接錯相序，就會產(chǎn)生電流差，造成差動保護誤動作。

3.3.5 電流互感器的極性接反

當變壓器正常運行時，如果電流互感器存在極性接反的情況，就會在回路中形成差電流，進而導致差動保護誤動作。

4 防止主變差動保護誤動的措施

4.1 新投入運行的主變

4.1.1 5次充電實驗

在新投入運行的主變壓器差動保護中，必須投入跳閘，并進行5次充電實驗。這樣做一方面可檢驗差動裝置躲避勵磁涌流的能力，另一方面可初步判定差動電流回路接線的正確性。

4.1.2 測量六角圖

當退出差動保護時，應使主變壓器帶負荷測量各側(cè)的電流向量、差動回路的不平衡電流，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，才能將差動保護正式投入運行。

4.2 暫態(tài)飽和特性不良的P類電流互感器

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

4.3 電壓等級小于l10 kV的系統(tǒng)

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

4.4 對YN側(cè)零序電流影響的改進措施

對于YN側(cè)零序電流的影響，可以采取以下兩點措施改進：①同時在YN側(cè)的三相電流中減去一個零序電流，以此起到消零的作用；②差動保護采用零序比例制動，即根據(jù)穩(wěn)態(tài)零序電流確定開放或閉鎖差動保護。

參考文獻

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

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

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

[5]徐習東，方愉冬.變壓器差動保護的隱患[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（13）.

〔編輯：張思楠〕