閆建文

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西 呂梁 033299）

差動(dòng)保護(hù)是大容量變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、線路及母線的主保護(hù)，一般采用的是比率制動(dòng)的原理，所以在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的時(shí)候，它能快速而靈敏地切除內(nèi)部所發(fā)生的故障，而當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，依靠比率制動(dòng)的特點(diǎn)使其可靠閉鎖，不引起誤動(dòng)，提高了保護(hù)的可靠性，使其在電力系統(tǒng)內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用。當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，由于設(shè)備本身流過巨大的短路電流而對其本體的絕緣和性能造成了不可挽回的損壞，同時(shí)伴隨著內(nèi)部發(fā)生匝間短路故障的情況也時(shí)有發(fā)生，所以要求差動(dòng)保護(hù)在這種狀態(tài)下也能夠可靠動(dòng)作而不被拒動(dòng)，這就對差動(dòng)保護(hù)裝置提出了更高的要求，同時(shí)，也要求調(diào)試工作人員對保護(hù)裝置和差動(dòng)回路足夠熟悉。

1 差動(dòng)保護(hù)基本原理

差動(dòng)保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理簡稱KCL的工作原理，把被保護(hù)的電氣設(shè)備看成一個(gè)廣義的結(jié)點(diǎn)，在正常時(shí)流入被保護(hù)的電氣設(shè)備電流和流出的電流之和相等，差動(dòng)電流為零。當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，流入被保護(hù)的電氣設(shè)備的電流和流出的電流之和不相等，差動(dòng)電流大于零。當(dāng)差動(dòng)電流大于微機(jī)保護(hù)裝置中設(shè)置的整定值時(shí)，保護(hù)正確動(dòng)作，將被保護(hù)的電氣設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使其故障設(shè)備快速切斷，以免當(dāng)前故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。以發(fā)電機(jī)保護(hù)為例，當(dāng)發(fā)電機(jī)正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)的電流和中性端的電流之和相等，差動(dòng)保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，則兩側(cè)向故障點(diǎn)提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流之和大于正常時(shí)的差流，差動(dòng)保護(hù)裝置可靠動(dòng)作。

差動(dòng)保護(hù)基本原理簡單，使用電氣量簡單明確，保護(hù)范圍全面，發(fā)生故障時(shí)，具有極高的可靠性、選擇性、靈敏性及速動(dòng)性，所以一直作為一次電氣設(shè)備的主保護(hù)，以保證被保護(hù)的電氣設(shè)備不受進(jìn)一步的損壞。差動(dòng)保護(hù)是利用比較被保護(hù)電氣設(shè)備兩端或多端電流的幅值的大小和相位的原理構(gòu)成的。從理論上講，正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，各支路電流之和為零。實(shí)際上，由于被保護(hù)的電氣設(shè)備兩側(cè)或多側(cè)電流互感器的飽和特性不可能完全一致等原因，差動(dòng)回路中仍有不平衡電流流過，此時(shí)，流過保護(hù)裝置的差流不為零，這時(shí)要求消除不平衡電流應(yīng)盡量小，以保證保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)。

事實(shí)上，電氣設(shè)備外部發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)橥獠慷搪冯娏鞔?，暫態(tài)過程中含有非周期分量電流，使電流互感器的勵(lì)磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)，使得被保護(hù)的電氣設(shè)備兩側(cè)互感器的特性很難達(dá)到一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流，造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。因此，采用帶比率制動(dòng)特性的原理，外部短路電流越大，制動(dòng)電流也越大，保護(hù)裝置能夠可靠制動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)的可能性。

2 保證差動(dòng)回路正確性的必要工作

由于差動(dòng)保護(hù)是利用比較被保護(hù)電氣設(shè)備兩側(cè)或多側(cè)電流的幅值的大小和相位的原理構(gòu)成的，所以被保護(hù)電氣設(shè)備兩側(cè)或多側(cè)的電流互感器受諸多因素影響，其在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)回路中就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流，使差動(dòng)保護(hù)存在誤動(dòng)的可能性。為保證差動(dòng)保護(hù)的正確靈敏有選擇的動(dòng)作，所以我們在調(diào)試工作中必須對差動(dòng)保護(hù)裝置、一二次回路、電流互感器等做認(rèn)真的檢查和試驗(yàn)工作。

2.1 保護(hù)裝置動(dòng)作可靠

差動(dòng)保護(hù)具有高靈敏度和快速性，輕微匝間短路也能快速動(dòng)作。在對保護(hù)裝置校驗(yàn)時(shí)，要求保護(hù)裝置在設(shè)定的定值下，二次電流滿足動(dòng)作條件時(shí)能夠可靠動(dòng)作。如果在設(shè)的定值下不動(dòng)作或誤動(dòng)，會(huì)損壞被保護(hù)設(shè)備，給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定程度的影響。

在我們對同煤王坪電廠廠用電系統(tǒng)調(diào)試過程中，干式變壓器用的是差動(dòng)保護(hù)裝置，是金智科技WDZ-2421廠用變壓器保護(hù)測控裝置。開始由于對保護(hù)裝置不熟悉，差動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)不夠理想，后來在廠家的指導(dǎo)下順利地完成了差動(dòng)保護(hù)裝置的調(diào)試任務(wù)。這就說明調(diào)試人員必須對試驗(yàn)方法充分掌握，對試驗(yàn)儀器和被試設(shè)備足夠了解。

2.2 一次設(shè)備參數(shù)合格

無論變壓器、電動(dòng)機(jī)、電流互感器、電纜或高壓開關(guān)，首先，絕緣電阻必須滿足電氣試驗(yàn)規(guī)程和出廠試驗(yàn)要求。其次變壓器的變比、極性、直流電阻，電動(dòng)機(jī)的極性、直流電阻也合格；一次電纜要求完善，絕緣良好，能夠承受足夠的電壓、電流；高壓開關(guān)能可靠分合閘等。這里注意，一次回路中的所有設(shè)備配置合理，尤其被保護(hù)設(shè)備兩側(cè)電流互感器容量、變比滿足設(shè)計(jì)要求，電流互感的變比、極性以及伏安特性等都符合規(guī)程要求。只有一次設(shè)備配置和檢驗(yàn)合格了才能保證正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)能可靠動(dòng)作。

2.3 二次回路完整正確

在二次回路中，要求電流互感器二次側(cè)電流線的內(nèi)外部接線正確，電流互感器二次回路中性點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一在保護(hù)柜內(nèi)可靠一點(diǎn)接地，電流回路接線沒有開路的情況。在電流互感器本體上有明顯的提示語“只要一次回路有電流通過時(shí)，二次回路嚴(yán)禁開路”。這是因?yàn)檫\(yùn)行中的電流互感器，其二次側(cè)所接的負(fù)載阻抗較小，基本上處于短路狀態(tài)。這樣由于二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁通和一次側(cè)電流產(chǎn)生的磁通相互去磁的結(jié)果，使鐵心中的磁通密度處于較低水平，此時(shí)，電流互感器的二次側(cè)電壓很低。當(dāng)電流互感器二次側(cè)負(fù)載開路以后，一次側(cè)電流不會(huì)發(fā)生值的改變，而二次側(cè)電流為零，這樣一次側(cè)電流全部變成勵(lì)磁電流，致使鐵心中磁通密度達(dá)到1.5G以上。由于二次線圈的匝數(shù)比一次線圈多很多倍，于是，二次側(cè)線圈兩端將感應(yīng)出高電壓。這種高電壓對電氣設(shè)備產(chǎn)生損壞，對人身產(chǎn)生觸電傷亡事故的發(fā)生。同時(shí)，隨著二次回路的開路，將使鐵心嚴(yán)重飽和，造成過熱現(xiàn)象的發(fā)生，而將其燒毀。所以在電氣設(shè)備運(yùn)行中，我們絕不允許電流互感器二次側(cè)回路開路。二次回路開路會(huì)對人身設(shè)備造成傷害。如果用于差動(dòng)保護(hù)的電流互感器有一側(cè)二次線（非公共線）接地或二次回路開路，此時(shí)，二次電流為0A，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

3 差動(dòng)回路傳動(dòng)試驗(yàn)及檢查

差動(dòng)回路主要保證其二次電流回路的正確性，體現(xiàn)在被保護(hù)電氣設(shè)備兩側(cè)或多側(cè)電流的相位、極性、勵(lì)磁特性曲線等方面進(jìn)行，所以二次電流回路檢查通常要從以下方面著手。

首先，要檢查二次側(cè)電流互感器到保護(hù)裝置側(cè)的電流接線及相位是否正確完好，再用較小容量的蓄電池和毫安級的電流表檢查二次側(cè)電流互感器的極性是否與保護(hù)裝置所用的極性一致，最后，針對整個(gè)二次電流回路通流試驗(yàn)。

在保證對整個(gè)二次電流回路進(jìn)行直流電阻及絕緣合格的前提下，我們介紹幾種常用的通流試驗(yàn)方法。更切近實(shí)際，一次電氣設(shè)備運(yùn)行狀況的通流試驗(yàn)方法為：將電流直接作用在一次電氣設(shè)備上，然后從保護(hù)裝置上直接查看各相電流的相位及其角度、差動(dòng)電流、制動(dòng)電流是否正確。只要確保各相電流顯示正確，就可以說明整個(gè)二次電流回路完全正確。

以常用電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)回路通流試驗(yàn)方法為例，通常電動(dòng)機(jī)用A、B、C相電流作為保護(hù)裝置之用，在試驗(yàn)時(shí)我們最好使用短連線繞過電機(jī)繞組，使所加電流直接從開關(guān)柜電流互感器上口經(jīng)過電纜流向中性點(diǎn)電流互感器，避免電動(dòng)機(jī)阻抗使回路電流過小。所加電流經(jīng)過調(diào)壓器、行燈變后足夠大，將在電流互感器二次側(cè)產(chǎn)生足以測量到并能準(zhǔn)確顯示的電流，從而可以很好地從保護(hù)裝置上觀察各相電流以及差動(dòng)電流、制動(dòng)電流的大小。在試驗(yàn)過程中，保護(hù)裝置顯示的差動(dòng)電流應(yīng)該小于差動(dòng)電流起動(dòng)值（理論上為0），如果不符合，說明回路有問題。需要我們對保護(hù)裝置、電流互感器、二次接線再做仔細(xì)檢查。這種試驗(yàn)方法可以檢查一次、二次整個(gè)差動(dòng)回路的正確性。

進(jìn)行電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)回路通流試驗(yàn)還有以下方法：直接在電動(dòng)機(jī)的開關(guān)A、B相上加單相220V電源，電源容量應(yīng)足夠大，此時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)只有兩相有電流而且電壓很小，電動(dòng)機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)將處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的電流為額定電流的1/6～1/7，此時(shí)，可以從保護(hù)裝置中讀取電動(dòng)兩側(cè)各相電流，應(yīng)該A、B相電源側(cè)和中性點(diǎn)處有電流，C相電源側(cè)和中性點(diǎn)處沒有電流且各相差動(dòng)電流為零。用同樣的方法分別在B、C和A、C相加單相220V電源在保護(hù)裝置上檢查各相電源側(cè)和中性點(diǎn)和差動(dòng)電流值，其結(jié)果與A、B相上加單相220V電源類似，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)查明原因，直至試驗(yàn)結(jié)果每相都正確。

廠用低壓干式變壓器差動(dòng)保護(hù)回路傳動(dòng)的方法有兩種：第一種，在試驗(yàn)時(shí)我們使用短連線將高壓繞組的和低壓繞組A與a短接、B與b短接、C和c的短接，然后將低壓側(cè)母線過低壓側(cè)電流互感器后短接，將保護(hù)裝置的變壓器變比設(shè)置為1∶1，接法設(shè)置為12點(diǎn)。使所加電流直接從高壓開關(guān)柜A、B兩相電流互感器上口經(jīng)過電纜流向低壓側(cè)電流互感器，避免變壓器短路阻抗使回路電流過小。所加電流經(jīng)過調(diào)壓器、行燈變后足夠大，將在電流互感器二次側(cè)產(chǎn)生足以測量到并能準(zhǔn)確顯示的電流，從而可以很好地從保護(hù)裝置上觀察各相電流以及差動(dòng)電流、制動(dòng)電流的大小。在試驗(yàn)過程中，保護(hù)裝置顯示的差動(dòng)電流應(yīng)該小于差動(dòng)電流起動(dòng)值（理論上為0），如果不符合，說明回路有問題。需要我們對保護(hù)裝置、電流互感器、二次接線再做仔細(xì)檢查。這種試驗(yàn)方法可以檢查一次、二次整個(gè)差動(dòng)回路的正確性。第二種是將所檢查的變壓器低壓側(cè)三相經(jīng)過電流互感器后短接（短接的導(dǎo)體容量要足夠大），然后在高壓開關(guān)柜A、B、C三相電流互感器上口上直接加三相380V電源（所選的電源和臨時(shí)開關(guān)及電纜容量應(yīng)足夠大），此時(shí)，回路阻抗主要是變壓器的短路阻抗，將在變壓器高低壓側(cè)產(chǎn)生較大的電流，可以達(dá)到變壓器額定電流的1/3～1/2左右，足以檢查差動(dòng)保護(hù)一、二次回路的正確性，在保護(hù)裝置上檢查變壓器各相的制動(dòng)電流和差動(dòng)電流情況來檢查一、二次回路的正確性，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)查明原因，直至試驗(yàn)結(jié)果為每相都正確。第二種方法比第一種方法更直觀，還同時(shí)檢查了變壓器的變比和極性，更接近實(shí)際運(yùn)行時(shí)的情況，只是低壓側(cè)的短路電流較大，必須選擇載流量合適的短路線。

如果有差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，我們可以通過查看保護(hù)裝置的動(dòng)作顯示電流，分析動(dòng)作原因，檢查一二次設(shè)備從而處理問題。

4 結(jié)語

差動(dòng)保護(hù)在廠用電系統(tǒng)中用于重要設(shè)備的保護(hù)上，作用極其重要。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，淺談了差動(dòng)保護(hù)的原理和回路檢驗(yàn)方法。供讀者參考借鑒，不妥之處望批評指正。