二次谐波制动比率差动的原理

二次谐波制动比率差动的原理

摘要：对国内几起微机型主变差动保护误动原因分析，对新建变电站、运行中变电站、改造变电站主变差动保护误动原因，提出了防范措施。

关键词：差动保护；误动；暂态特性；线路纵差保护

电力系统中，主变是承接电能输送主要设备，作为主设备主保护微机型纵联差动（简称纵差或差动）保护，不断改进，还存“原因不明”误动作情况，这将造成主变非正常停运，影响大面积区供电，是造成系统振荡，对电力系统供电稳定运行是很不利。对新建变电站、运行中变电站、改造变电站主变差动保护误动原因进行分析，并提出了防止主变差动误动对策。

1主变差动保护

主变差动保护一般包括：差动速断保护、比率差动保护、二次(五次)谐波制动比率差动保护，哪种保护功能差动保护，其差动电流都是主变各侧电流向量和到，主变正常运行保护区外部故障时，该差动电流近似为零，当出现保护区内故障时，该差动电流增大。现以双绕组变压器为例进行说明。

1.1比率差动保护动作特性

比率差动保护动作特性见图1。当变压器轻微故障时，例如匝间短路圈数很少时，不带制动量，使保护变压器轻微故障时具有较高灵敏度。而较严重区外故障时，有较大制动量，提高保护可靠性。

二次谐波制动主要区别是故障电流励磁涌流，主变空载投运时会产生比较大励磁涌流，并伴随有二次谐波分量，使主变不误动，采用谐波制动原理。判断二次谐波分量，是否达到设定值来确定是主变故障主变空载投运，决定比率差动保护是否动作。二次谐波制动比一般取0.12～0.18。有些大型变压器，增加保护可靠性，也有采用五次谐波制动原理。

1.2差动速断作用

差动速断是较严重区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速断定值是按躲过变压器励磁涌流，和最大运行方式下穿越性故障引起不平衡电流，两者中较大者。定值一般取(4～14)Ie。

2主变差动保护误动作原因分析

主变差动保护误动作可能性大小，大致分为新建变电站、运行中变电站、改造变电站三个方面进行说明，这种分类方法并绝对相互区别，便于分析问题时优先考虑现实问题。

2.1新建变电站主变差动保护误动作原因分析

新建变电站主变差动保护误动作，主变差动保护误动作中占了较大比例，但这种情况误动作，一般大多主变投运带负荷试运行72h就会被发现。现场经验，可以总结以下几方面。

2.1.1定值不合理造成主变差动保护误动作

差动速断定值和二次谐波制动比率差动定值选择不正确造成误动作。

差动速断是较严重区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速断定值是按躲过变压器励磁涌流和最大运行方式下，穿越性故障引起不平衡电流，两者中较大者。定值一般取(4～14)Ie。保护定值计算部门，特别是非电力系统定值计算部门，往往运行经验，将差动速断定值取为（5～6）Ie。这样，就会造成主变空载合闸时断路器出现误跳。

比率差动是当变压器内部出现轻微故障时，保护不带制动量动作跳开各侧断路器，使保护变压器轻微故障时具有较高灵敏度；而区外故障时，一定比率进行制动，提高保护可靠性；同时利用变压器空载合闸时，产生二次谐波量来区别是故障电流励磁涌流，实现保护制动。一般差动电流和制动电流都额定情况下计算到，但现场变压器却一般运行方式下，电流互感器变比、同时系数、计算误差影响，就会导致变压器实际运行时形成一定差电流，导致比率差动保护误动作。

二次TA接线方式整定值选择不正确造成误动作。微机保护来说，实现高、低压侧电流相角转移由软件来完成，高压侧是采用Y型接线采用△型接线，都能到正确差动电流，和传统常规继电保护比较，实际运用更方便、灵活，但也是这种灵活性、方便性，往往导致现场差动保护误动作。

变压器差动保护来说，二次TA接线方式整定值选择不正确，就不能实现高压侧相角转移，高低压侧差电流正常运行情况下就不能平衡，造成差动保护误动作。

2.1.2接线错误造成主变差动保护误动作

TA极性接反导致误动作。微机保护来说，实现差动电流计算由软件来完成，是采用加算法采用减算法都能到差动电流。

从电磁感应知道，TA有极性，也就是同名端，主变差动回路TA同名端指向母线侧指向变压器，将对差动电流计算结果正确与否有直接影响。

相序接反导致误动作。电力系统正常相序为正序，也就是以A相为基准，B相比A相超前120°，C相比A相滞后120°。主变任意一侧TA出现相序接错情况，就会形成差电流，导致主变差动保护误动作。

TA中性线没有一点接原则接线导致误动作。差动保护二次电流回路接时，包括各侧TA二次电流回路，必须一点可靠接于接网。一个变电站接网各点并非绝对等电位，不同点之间有一定电位差，当发生区外短路故障时，有较大电流流入接网，各点之间将会产生较大

电位差。差动保护二次电流回路接网不同点接，接网中不同接点间电位差，产生电流将会流入保护二次回路，这一电流将可能增加差动回路中不平衡电流，使差动保护误动作。

高低压侧断路器操作回路存寄生现象导致误动作。对采用两套独立运行双直流系统变电站，当高低压侧断路器操作回路存寄生现象，亦即两套直流系统之间存寄生回路时，容易造成保护误动。广东220kV东湖变电站曾该原因，导致连续两次主变保护误动作事故。

2.2运行中变电站主变差动保护误动作原因分析

运行中变电站出现差动保护误动作少见，但一个变电站来说，这种误动作情况经常性出现，要满足一定条件，变电站正常运行是很长时间以后才会出现，现就现场经验，总结以下几个方面原因。

P类TA暂态饱和特性导致差动保护误动作。

TA饱和实际就是铁芯中磁通达到饱和，TA分为P和TP两大类。P类TA要求稳态情况下不饱和，而TP类TA则要求稳态和暂态情况下都不饱和。

当采用P类TA时，当外部存故障，外部故障切除瞬间，外部存间歇性短路情况等，均容易导致主变差动保护误动作。从国内多起主变差动保护误动作实例，也到进一步证明。

变压器低压侧真空断路器绝缘性能不良时，会导致差动保护误动作。

2.3改造变电站主变差动保护误动作原因分析

TA变比提供不准确造成差动保护误动作。

更换TA后，主变各侧TA不匹配，造成差动保护误动作。

为使主变差动回路选用TA，均是能躲过暂态饱和特性，变电站改造更换TA过程中，忽视了这一点，将TA更换成P类同时将两侧TA更换为P类，这样外部故障存时，当满足一定条件时，必然将导致主变差动保护误动作。

3防止主变差动保护误动作对策

新建变电站和改造变电站那些原因造成主变保护误动情况，应严格国家相关标准、文件厂家说明书执行，每一个流程均需要严格把关。特别是主变初次投运，一定要带负荷查看差电流，现场负荷情况再适当调整定值。

P类TA暂态饱和特性造成主变差动保护误动作，可采下几点改进方法：

采用D类、PR类带气隙是TPY类，是电流变换器等抗暂态饱和TA；

提高微机继电保护装置抗饱和能力，特别是抗暂态饱和能力。