变压器差动保护原理与事故分析

浅谈变压器差动保护原理与事故分析摘要：电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。

关键词：变压器差动保护原理事故分析

中图分类号：tm771 文献标识码：a文章编号：

引言

作为主设备主保护的微机型纵联差动（简称纵差或差动）保护，虽然经过不断的改进，但是还存在一些误动作的情况，这将造成变压器的非正常停运，影响电力系统的发供电，甚至是造成系统振荡，对电力系统发供电的稳定运行是很不利的。因此对新建或设备更新改造的发电厂和变电站的变压器差动保护误动原因进行分析，

1.变压器差动保护

变压器差动保护一般包括：差动速断保护、比率差动保护、二次(五次)谐波制动的比率差动保护，不管哪种保护功能的差动保护，其差动电流都是通过变压器各侧电流的向量和得到，在变压器正常运行或者保护区外部故障时，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 比率差动保护的动作特性比率差动保护的动作特性见图1。当变压器轻微故障时，例如匝间短路的圈数很少时，不带制动量，使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度。而在较严重的区外故障时，有较大的制动量，提高保护的可靠性。

1.2 差动速断保护的作用差动速断保护是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流，和最大运行方式下穿越性故障引起的不平衡电流，两者中的较大者。定值一般取(4～14)ie。

2.差动保护用的电流互感器的基本要求

差动保护用的电流互感器需要满足两个条件，其一是稳态误差必须控制在10%误差范围之内，因为整定计算中采用的不平衡稳态电流是按10%误差条件计算。其二是暂态误差，影响电流互感器暂态特性的参数主要有：短路电流及其非周期分量，一次回路时间常数，电流互感器工作循环及经历时间，二次回路时间常数等。电流互感器剩磁对于饱和影响很大，当剩磁与短路电流暂态分量引起的磁通极性相同时，加重二次电流的畸变，因此电流互感器铁心中存在剩磁，则电流互感器可能在一次电流远低于正常饱和值即过早饱和。差动保护的暂态不平衡电流比稳态时大得多，仅在整定计算时将稳态不平衡电流增大二倍是不够安全的。采取抗饱和的办法是使用带有气隙的tpy级电流互感器。但是差动保护广泛使用的是p级电流互感器，对p级电流互感器规定允许稳态误差不超过10%，暂态误差必然要超过稳态误差，在实用上可在按稳态误差选出的技术规范基础上通过“增密”以限制暂态误差。

采用增密的方法有以下几种[2]：（1）将准确限值系数增大二倍（允许短路电流为额定电流的倍数）；（2）将二次额定负担增大一倍；（3）增大二次电缆截面使二次回路的总电阻减半；（4）改用5p

级电流互感器（复合误差由10%降为5%）。

3.变压器差动保护误动作原因分析

根据变压器差动保护误动作可能性的大小，大致分为新建发电厂和变电站、运行中发电厂和变电站、设备更新改造的发电厂和变电站三个方面进行说明，这种分类方法并不是绝对相互区别，只是为了便于在分析问题时优先考虑现实问题。

3.1 新建发电厂和变电站变压器差动保护误动作原因分析新

建变电站的变压器差动保护误动作，在变压器差动保护误动作中占了较大的比例，但这种情况的误动作，一般大多在变压器投运带负荷试运行的72小时就会被发现。根据现场经验，可以总结以下几方面：

3.1.1 整定值不合理造成变压器差动保护误动作差动速断定

值和二次谐波制动的比率差动定值选择不正确造成误动作。差动速断是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧的断路器，切除故障点。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流和最大运行方式下，穿越性故障引起的不平衡电流，两者中的较大者。定值一般取(4～14)ie。对于保护定值的计算部门，特别是非电力系统的定值计算部门，往往根据运行经验，将差动速断定值取为（5～6）ie。这样，就会造成变压器在空载合闸时断路器出现误跳。特别是励磁涌流对保护的影响，广东某发电厂在变压器保护设备更新改造后由于空合变压器产生的励磁应涌流曾出现过以上误跳现象。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

侧的断路器，使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度；而在区外故障时，通过一定的比率进行制动，提高保护的可靠性；同时利用变压器空载合闸时，产生的二次谐波量来区别是故障电流还是励磁涌流，实现保护制动。一般差动电流和制动电流都在额定情况下计算得到，但现场变压器却在一般运行方式下，由于电流互感器变比、同时系数、计算误差的影响，就会导致变压器实际运行时形成一定的差电流，导致比率差动保护误动作。二次电流互感器（ta)接线方式整定值选择不正确造成误动作。对于微机保护来说，实现高、低压侧电流相角的转移由软件来完成，不管高压侧是采用y型接线还是采用△型接线，都能得到正确的差动电流，和传统的常规继电保护比较，实际运用更方便、灵活，但也是由于这种灵活性、方便性，往往导致现场的差动保护误动作。对于变压器差动保护来说，如果二次电流互感器（ta)接线方式整定值选择不正确，就不能实现高压侧相角的转移，高低压侧差电流在正常运行情况下就不能平衡，从而造成差动保护误动作。

3.1.2 接线错误造成变压器差动保护误动作电流互感器（ta)极性接反导致误动作。对于微机保护来说，实现差动电流的计算由软件来完成，不管是采用加的算法还是采用减的算法都能得到差动电流。从电磁感应知道，电流互感器（ta)有极性，也就是同名端，变压器差动回路电流互感器（ta)的同名端指向母线侧还是指向变压器，将对差动电流的计算结果正确与否有直接影响。相序接反导致误动作。电力系统正常的相序为正序，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°。如果变压器任意一侧的电流互感器（ta)出现相序接错的情况，就会形成差电流，导致变压器差动保护误动作。电流互感器（ta)中性线没有按照一点接地原则接线导致误动作。差动保护的二次电流回路接地时，包括各侧电流互感器（ta)的二次电流回路，必须通过一点可靠接于接地网。因为一个发电厂和变电站的接地网各点并非绝对等电位，在不同点之间有一定的电位差，当发生区外短路故障时，有较大的电流流入接地网，各点之间将会产生较大的电位差。如果差动保护的二次电流回路在接地网的不同点接地，接地网中的不同接地点间的电位差，产生的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的不平衡电流，使差动保护误动作。高低压侧断路器操作回路存在寄生现象导致误动作。对采用两套独立运行的双直流系统的变电站，当高低压侧断路器操作回路存在寄生现象，亦即两套直流系统之间存在寄生回路时，容易造成保护误动。

3.2 发电厂和变电站变压器运行中差动保护误动作原因分析

发电厂和变电站变压器运行中出现差动保护误动作的也不少见，但对于一个发电厂和变电站来说，这种误动作情况不是经常性的出现，而是要满足一定的条件，甚至正常运行是很长时间以后才会出现，现就根据现场经验，

3.3 设备更新改造的发电厂和变电站变压器差动保护误动作原因分析电流互感器（ta)变比提供不准确造成差动保护误动作。更换电流互感器（ta)后，变压器各侧电流互感器（ta)不匹配，造成