变压器差动保护故障分析

变压器差动保护故障分析

段黎莉王蓓张艳赵丽君

国网山西省电力公司运城供电公司山西运城044000

摘要：电力变压器是电力系统中的重要设备，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。差动保护是变压器的主保护。本文主要对变压器差动保护误动作的原因进行研究。

关键字：变压器；差动保护；误动作

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

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。二次谐波制动主要区别是故障电流还是励磁涌流，因为变压器空载投运时会产生比较大的励磁涌流，并伴随有二次谐波分量，为了使变压器不误动，采用谐波制动原理。通过判断二次谐波分量，是否达到设定值来确定是变压器故障还是变压器空载投运，从而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。对于有些大型的变压器，为了增加保护的可靠性，也有采用五次谐波的制动原理。

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变压器差动保护常见情况

2.1新建变电站差动保护误动

造成原因主要有定值设置不合理或者接线错误形成差流点。例如进行保护定值的计算基于以往的经验设定，取差动定值5-6Ie，这就导致变压器出现误跳；变压器任何一侧电流互感器顺序错乱就将形成差电流，引起变压器差动保护误动。

2.2变电站设备更新时发生误动

造成原因主要是因电流互感器更换后，变压器各侧电流互感器和以往电流互感器出现不匹配，进而导致差动保护误动，在变电站的更新改造中比较容易忽视这个问题。

2.3变压器运行过程中发生误动

主要原因有电流互感器出现暂态饱和，电流互感器通常分为P类和TP类，TP类要求变电器在暂态和稳态下不饱和，P类则要求变电器稳定状态下不饱和，因此若采用P类电流互感器，外部发生故障并进行故障消除时将发生差动保护误动。

3变压器差动保护误动的主要因素

3.1变压器本身的因素

变压器高压绕组常有调压分接头，有的还要求带负荷调节，分接头调整将使变压器差动保护已经调整平衡的二次电流又被破坏，导致不平衡电流增大。因此变压器差动保护的最小动作电流和制动系数都要相应增大。

变压器差动保护在正常运行和外部短路时，理想情况下流出差动回路的电流为零，保护不动作。实际上变压器各侧的差动回路有励磁电流流出，即变压器各侧差流中包含励磁电流，只是变压器正常运行时工作在线性区域，励磁电流很小，差动保护的不平衡电流很小，保护不易误动。但现代大型电力变压器的铁芯普遍采用冷轧硅钢片，正常运行时工作在铁芯材料的磁化特性曲线的饱和点附近，众所周知，变压器铁芯具有非线性特征，如果磁通稍加变化，可能引起励磁电流的剧烈变化，这样在充分利用铁芯材料传递电力能量的同时，也增加了变压器在外部扰动下暂态行为的复杂度，给差动保护的正确动作带来不利的影响。如变压器在稳态过电压的作用下，就会导致励磁电流剧增，引起差动保护的误动，此时变压器差动保护必须解决过励磁问题。在变压器空载合闸时，铁芯的非线性和铁芯磁链不突变使得变压器产生几倍甚至十几倍额定电流的励磁涌流，引起保护误动；另外，变压器空载合闸时励磁涌流会引起相邻的联或串联运行的变压器出现和应涌流，变压器在区外故障切除后电压恢复时会出现恢复性涌流。因此，变压器差动保护必须能够正确识别励磁涌流，防止其引起保护误动。

3.3电流互感器的传变因素

变压器差动保护面临着主设备保护所共同的电流互感器（TA或是CT）饱和问题，变压器在区外故障过程中，一次电流的非周期分量较大，而且随着电力系统的发展，一次系统的衰减时间常数在增加，即意味着衰减的直流分量作用时间更长，使得电流互感器更容易出现暂态饱和现象，难以正确传变一次系统的电流信息，这对变压器差动保护产生很不利的影响。如变压器在外部故障期间因为各侧的电流互感器暂态特性不一样，产生很大的暂态不平衡电流，引起保护误动；在外部故障切除过程中，电流互感器需要逐步退出饱和，也可能存在较大的暂态不平衡电流从而引起保护误动。分析表明，一次电流的非周期分量是引起TA暂态饱和的主要因素，变压器空载合闸时励磁涌流存在较大周期分量同样容易引起TA饱和，使得励磁涌流经TA传变时出现暂态饱和，这增大了变压器差动保护识别励磁涌流的难度。变压器差动保护除面临TA饱和问题外，还有一些特有的问题，如变压器差动保护所用的各侧电流互感器的电压等级、变比和容量都不相同，使得各侧电流互感器铁芯暂态饱和特性不一致；变压器各侧三相接线方式不一定相同，即各侧电流的相位也可能不一致，使得在外部故障期间，流过电流互感器的衰减直流分量不同，暂态特性就不可能保持一致；此外，构成变压器差动保护时各侧电流大多需要进行星三角变换，这样不仅引起变压器差动保护接线复杂，而且增加了差动回路的不平衡电流。从这些角度来看，变压器差动保护需要躲避最大不平衡电流影响时需要的最大制动系数较大，与发电机差动保护相比，灵敏度较低。

3.3电磁干扰的因素

随着微机保护技术的逐步成熟，微机保护装置在电力系统中的应用越来越广泛，电力系统保护装置的全面微机化已经是一个不可逆转的潮流。然而由于变电站开关场内的电磁环境比控制室恶劣的多，变压器差动保护装置不可避免受到外部干扰的影响。例如装置长期运行，某些硬件芯片损害，或一些强的电磁干扰进人装置，将使装置采样异常，造成差动误动。

4变压器差动保护故障案例

35kV某站运行方式1#主变提供全站负荷；2#主变没有运行。2017年5月22日该变电站35kV1#主变差动保护动作。

问题分析：1#主变的差动保护是由CT1、CT3、CT5三个电流互感器构成的差动回路提供保护的。经过检查、测量、分析未发现变压器有故障，而是由于CT5的线圈极性接反所引起，导致流过差动保护装置的电流差动量成为流过一次侧（或二次侧）电流互感器的2倍左右。

解决措施：为了保证用户对供电可靠性的要求，我们需要在不停电的情况下进行故障处理。于是在做好各项安全措施后，我们决定在CT5端子排上对其极性进行调换，调换后经测量无误，然后拆除所做的安全措施，恢复起原来的运行状态，最后顺利的完成故障的处理。

5结束语

变压器是电力系统中重要的电气主设备之一，随着大容量、大电网的建设，-它在整个电网中起着搬运工的角色来实现发电与用户之间的能量传递。随着超临界机组的并网运行、特高压输电的建设和各大区电网之间紧密联系的形成，大型变压器的地位也变得尤其重要，提高变压器保护的可靠性、灵敏性等对保证整个系统的安全、稳定运行有着举足轻重的意义。变压器差动保护就是在安全可靠的前提下提高灵敏性和快速性，应该防止因区外故障或者是电流互感器的暂态误差所造成的误动故障；加强主保护应该是在简化后备保护，要摆脱整定计算中难以配合的困扰，不作定值校对，为高压侧和中低压侧设置不同的过流保护装置，在时间和效率上要科学统筹，才能在经济上和安全上共同取的效益。

参考文献：

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[2]李建阁.变压器差动保护误动作原因分析及措施[J].科技创新导报，2015（16）：93-93.

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[4]李英，姚天浩.微机型主变压器差动保护误动作原因分析及防范措施[J].河北电力技术，2017，36（3）：45-47.