劉漢文

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

1 概述

海上某油田群平臺B投產(chǎn)前，進行送電試運行。平臺B由平臺A通過10.5 kV/10.5 kV隔離變壓器經(jīng)海纜供電，平臺B通過變壓器降壓至400 V，供平臺正常生產(chǎn)。投產(chǎn)初次送電時，平臺A先合閘VCB107投運隔離變壓器，平臺B合閘VCB201投運主變給本平臺供電，在平臺B輕載試運行時，出現(xiàn)平臺A開關(guān)柜VCB107綜保差動保護故障，平臺A海纜柜VCB110、平臺B開關(guān)VCB201欠壓保護跳閘。

2 差動保護基本原理

變壓器差動保護的基本原理通過檢測輸入、輸出電流的差值Id，當(dāng)該差值達到預(yù)設(shè)的動作值，即觸發(fā)保護元件動作。變壓器兩側(cè)均安裝了電流互感器(Current Transformer, CT)，差動保護裝置可作用于變壓器繞組內(nèi)部及其各種相間及匝間短路故障。差動保護原理如圖1所示。

圖1 差動保護原理圖

當(dāng)變壓器正常運行或發(fā)生外部故障時,Id=I'1-I'2≈0。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路故障時，I'2改變了方向或等于零（無電源側(cè)），此時Id=I'1+I'2＞0，Id存在一定值，將促使繼電器可靠動作，跳開兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開電源。

3 差動保護定值設(shè)定原理

變壓器外部故障時，差動保護有可靠的制動作用，同時內(nèi)部故障時有較高的靈敏度。差動保護通常采用比率制動特性，利用故障時的短路電流來實現(xiàn)制動，使保護動作電流隨制動電流的增加而增加。當(dāng)外部故障時，雖然會產(chǎn)生不平衡電流，但外部故障短路電流越大，制動電流越大，差動電流也越大，從而差動保護不會誤動作。內(nèi)部故障時，雖然制動電流也增大，但內(nèi)部故障會產(chǎn)生很大的差動電流，足夠使保護動作[1]。

為了更好地與電流互感器的非線性飽和特性相配合，差動保護采用三折線比率制動特性。其動作方程為：

式中：Id為差動電流；Ires為制動電流；Id.min為啟動電流；Ires.1為比率制動特性的第一拐點制動電流；Ires.2為比率制動特性的第二拐點制動電流；K1為比率制動特性第一斜線段的斜率，K1=tanα1；K2為比率制動特性第二斜線段的斜率，K2=tanα2。

三折線比率制動特性曲線如圖2所示。

圖2 三折線比率制動特性曲線

最小動作電流Id.min為：

式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.3；IL.max為最大負荷電流；nTA為電流互感器電流比；Kst為電流互感器的同型系數(shù)，由于變壓器兩側(cè)電流互感器型號不同，會產(chǎn)生較大的不平衡電流，所以取為1；ΔU為有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓所引起的相對誤差，若電流互感器二次電流在變壓器額定抽頭時處于平衡，則取電壓調(diào)整范圍的一半；Δm為微機保護裝置固有誤差，一般取0.05。

拐點電流一般?。篒res.1=(0.6～1.1)In；Ires.2≤3In；In為基準(zhǔn)電流，也就是基準(zhǔn)側(cè)二次額定計算電流。三折線比例制動特性的第二和第三折線斜率一般取K1=0.15～0.3；K2=0.5～0.7。

制動電流的選取直接影響差動保護的選擇性和靈敏度。若規(guī)定雙繞組變壓器兩側(cè)分別記為I側(cè)和II側(cè)，電流 II˙、III˙別為I、II側(cè)的電流。制動電流Ires選取的方法有多種。分別為：模值和電流制動、和差制動、標(biāo)積制動

4 差動保護誤動原因分析

根據(jù)原理圖，對差動保護誤動原因進行了分析，主要包括：

4.1 CT極性反接

當(dāng)變壓器Y側(cè)CT極性接反時，使得I'2電流反相，當(dāng)變壓器正常運行時, 可表示為：Id=I′1-(-I′2)= I′1+I′2≈2I′1，引起保護誤動。

4.2 CT二次回路開路

當(dāng)變壓器Y側(cè)CT運行中二次回路開路時，僅有一側(cè)CT二次電流流入保護繼電器，此時Id=I′1，將引起保護誤動。

4.3 勵磁涌流

在變壓器空載合閘或外部故障切除后變壓器電壓突然恢復(fù)時，鐵芯中應(yīng)具有剩余磁通，若剛好與恢復(fù)電壓所產(chǎn)生的磁通方向相同時，變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和，勵磁電流劇烈增大，產(chǎn)生勵磁涌流，因超過差動保護定值而誤動[2]。

根據(jù)事件現(xiàn)象，初步懷疑是平臺B升壓主變保護CT極性接反，更改接線后再投入運行，發(fā)現(xiàn)差動電流依然存在，由此排除CT極性反接原因。另外，檢查電流互感器端子箱、保護屏端子排的接線，并未存在松動、斷線等情況，因此排除CT二次回路開路故障原因。

事件中，平臺B輕載運行時引起了A平臺隔離變壓器開關(guān)柜差動保護跳閘，并非隔離變壓器空載合閘瞬間跳閘動作，所以排除了勵磁涌流影響因素。

平臺A隔離變壓器采用的聯(lián)結(jié)方式是YDN11。正常情況下，在綜保設(shè)置中，應(yīng)該對三角形側(cè)電流進行相位的偏移處理，也就是將Y側(cè)的線電壓超前D側(cè)線電壓，進行人為的偏移30度處理。假設(shè)該主變聯(lián)結(jié)方式接成了YDN1，也就是Y側(cè)線電壓落后D側(cè)線電壓30度，人為給其超前30度處理，結(jié)果是Y側(cè)線電壓落后D側(cè)線電壓60度；當(dāng)把Y側(cè)CT極性更改后，加上人為偏移的30度，結(jié)果就成了Y側(cè)線電壓落后D側(cè)線電壓120度，由此判斷變壓器相位校正錯誤極有可能是造成本次差動跳閘的主要原因。通過修改綜保相位角后，再次送電測試正常，故障排除[3]。

5 差動保護誤動對策

5.1 預(yù)防電流互感器極性接反

變壓器或其他有差動保護的設(shè)備投運前，應(yīng)對電流互感器極性進行校驗，通常用蓄電池進行極性測量。

5.2 預(yù)防電流互感器二次回路開路

加強電流互感器安裝前設(shè)備工藝檢測、安裝工作以及日常維護工作的管控，同時裝設(shè)電流回路斷線閉鎖裝置。

5.3 預(yù)防變壓器勵磁涌流

為避免勵磁涌流對差動保護的消極影響，差動保護可采取以下措施：

（1）采用速飽和變流器的差動繼電器，利用速飽和變流器鐵芯容易飽和的特性來阻止勵磁涌流流進繼電器。

（2）采用二次諧波制動原理，故障切除后，利用二次諧波分量進行制動，判別差動電流含有的二次諧波含量是否大于含量限值時，若是，則閉鎖差動保護。

（3）采用波形“間斷角”原理，由于勵磁涌流波形有較大的間斷角，可據(jù)此區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部短路電流。

5.4 預(yù)防變壓器相位校正錯誤

變壓器的相位校正方式有兩種，一種是由Y型側(cè)歸算△型側(cè)；一種是由△型側(cè)歸算Y型側(cè)。變壓器運行前，應(yīng)對變壓器連接方式進行檢查校核，參考差動保護裝置定義說明，確保綜保設(shè)置中已進行合理的相位偏移校正。

6 結(jié)語

通過對變壓器差動保護誤動原因及防范措施的相關(guān)研究，明確差動保護原理和機制，梳理出差動保護誤動作常見故障原因，研究并制定符合實際的防范措施，最終為海上油氣生產(chǎn)裝置解決同類問題提供了成功的可借鑒范例。