變壓器差動保護誤動的原因分析及預防措施

王 靜 李愛民 王海興

（1.冀北電力有限公司管理培訓中心，北京 100084；

2.唐山供電公司，河北 唐山 063000；3.遷安市電力公司，河北 遷安 06440）

電力變壓器是發電廠和變電站的主要電氣設備，對電力系統的安全穩定運行至關重要。差動保護作為變壓器的主保護，在有變壓器繞組和引線的多相短路、中性點直接接地電網側繞組和引線的接地短路以及繞組匝間短路故障時必須保證可靠動作，因此，對變壓器差動保護的要求很高。

1 變壓器差動保護的工作原理

差動保護的工作原理基爾霍夫電流定律，當變壓器正常工作或區外故障時，內部不消耗能量，則流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動保護不動作。當變壓器內部故障時，內部消耗能量，由電源側向變壓器內部提供短路電流，差動保護感受到差電流，差動保護動作。差動保護由比率差動和差動速斷兩個保護功能組成。

比率差動保護： 比率差動采用兩段（三段）動作曲線，能夠有效避開正常運行時的不平衡電流及勵磁涌流，靈敏度高。其有躲勵磁涌流的閉鎖措施，如二次諧波、波形對稱等。

差動電流速斷保護：采用三相差動電流中任一相大于差動電流速斷定值時瞬時動作出口，類似于普通過流保護，該保護計算更準確，可以瞬動出口。設置差動速斷元件的主要原因是：防止在區內故障較高的短路水平時，由于電流互感器的飽和產生諧波量增加，導致諧波制動的比率差動元件拒動。

2 差動保護誤動原因分析及預防措施

差動保護誤動的原因主要有勵磁電流的影響、正常運行時的不平衡電流、定值整定錯誤、回路錯誤以及相量檢查錯誤等。下面將逐一進行分析。

2.1 變壓器勵磁涌流的產生及預防措施

1）變壓器勵磁涌流的產生及其特點

在變壓器空載投入時，由于變壓器鐵心中的磁通急劇增大，使鐵心瞬間飽和，根據磁化曲線特性，將產生很大的勵磁電流即勵磁涌流。變壓器在正常運行情況下，勵磁電流值很小，一般不超過變壓器額定電流的3%。在變壓器空載投入時，勵磁涌流可達到變壓器額定電流的6～8倍。勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量及非周期分量，其中二次諧波分量所占比例最大，有時占基波分量的 50%～60%。非周期分量即直流分量則是偏到時間軸的一邊并具有衰減慢的特點。為了防止變壓器的差動保護誤動，必須采取有效措施。

2）變壓器微機差動保護中減小勵磁涌流影響的措施

（1）利用間斷角制動

采用內部短路電流和勵磁涌流波形的差別來躲過勵磁涌流。即間斷角鑒別法，正常運行時波形無間斷角，空載合閘時電流波形有間斷角，由保護程序來判斷是內部故障，還是勵磁涌流，從而有效防止差動保護誤動。

（2）利用二次諧波制動

因為在變壓器勵磁涌流中含有大量的二次諧波分量，利用保護定值二次諧波制動系數，可以鑒別出變壓器空載合閘時的勵磁涌流與故障電流，從而保證保護裝置在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時，能有效地制動，防止保護誤動。

2.2 變壓器差動保護不平衡電流產生的原因及處理方法

理論上講，變壓器在正常運行和區外故障時，應該有I1=-I2′（I1為原邊二次電流；I2′為副邊二次電流折算值）。然而，實際運行中很多因素使其不完全相等，即當保護范圍內無故障時存在不平衡電流，該不平衡電流有可能引起保護誤動。對不平衡電流產生的原因及消除方法分析如下：

（1）因CT計算變比與實際變比不同而產生不平衡電流

由于各側的 CT變比都是標準的，如：600/5、800/1等，變壓器的變比也是一定的，很難完全滿足與變壓器變比匹配的要求，此時差動回路就有不平衡電流流過，可能使保護誤動。通常利用微機保護調整平衡系數來消除或減小這個差值，以減小誤動的可能。

（2）因各側CT型號不同而產生不平衡電流

因各側 CT型號不同，電磁特性等也就不同。因此正常運行情況下差動回路中產生在兩臂或三臂的不平衡電流較大，會影響保護動作行為。在外部故障因某一側CT飽和而產生大量的不平衡電流時，該不平衡電流即差流，也有可能使差動保護誤動作，通常采用抬高差動起始動作電流來避免誤動。

（3）因帶負荷調整分接頭而產生不平衡電流

帶負荷調整分接頭是利用有載調壓變壓器來調整輸出電壓的常用方法。改變分接頭實際就是改變變壓器的變比，而差動保護定值不可能跟隨每一次分接頭的調整進行變動，對于已調整好的差動保護將產生較大的不平衡電流，通常在定值計算中考慮適當的可靠系數以避免誤動。

2.3 定值錯誤引起變壓器差動保護誤動及預防措施

若變壓器各側電流互感器均按照星形接線，且現場整定了KMD、KPM、KPL的值（KMD、KPM、KPL分別為接線組別及平衡系數），就可以實現差動保護電流回路相位校正和幅值平衡補償的功能。其中任何一項整定不正確，將使保護計算邏輯發生根本性變化，運行時會發生誤動。此類情況防范措施如下：

1）繼電保護設計人員應熟悉保護裝置的動作原理和裝置對二次接線的要求，正確設計出二次回路接線原理圖。

2）現場施工人員應當在施工前熟悉差動保護裝置的工作原理，并核對施工圖紙，無誤后再施工。

3）在數字式變壓器差動保護定值選取和計算時，要特別注意實際電流互感器二次接線方式，正確選取 KMD值和計算各側平衡系數，在其中某個現場條件改變后，這些整定值要做相應的調整。

2.4 差動保護的二次電流回路接地點錯誤引起保護誤動及預防措施

互感器的二次回路必須有可靠的接地，規程中有明確的規定：電流互感器的二次回路應有且僅有一個接地點，并在配電裝置附近經端子排接地，但對于有幾組電流互感器聯接在一起的保護裝置，則應在保護屏上經端子排接地。工程實踐中曾經出現過由于多點接地情況發生，造成變壓器差動保護裝置誤動的案例。解決這一問題一方面靠嚴格驗收，即斷開接地點進行絕緣檢查搖測，確保其惟一；另一方面在變壓器投運后帶有負荷的情況下，測量變壓器差動保護裝置的差流和差壓進行判斷。

2.5 變壓器差動保護帶負荷測試相量錯誤及防止的措施

變壓器差動保護原理雖然簡單，但由于人為因素導致誤動、拒動情況較多。為了防范于未然，就必須在變壓器差動保護第一次投運時進行帶負荷相量測試。

在變壓器投運后帶有輕負荷的情況下，由保護人員用相位表在保護屏端子排依次測出變壓器各側三相電流的幅值和相位（相位以某一確定的二次電壓做參考），并記錄，繪出變壓器各側電流量的相量圖，分析驗證變壓器各側電流互感器接線是否正確。對于測得的數據我們應從以下幾方面著手分析。

（1）看電流的一致性

每側三相電流幅值基本相等，相位互差120°，以逆時針旋轉為正相序，并根據當時的負荷情況計算出相應的電流值進行校對。

（2）看同名相電流相位，檢查電流回路極性的正確性

這里要將兩種接線分別對待，現在微機保護普遍是變壓器各側 CT二次繞組都接成Y型。比如一臺變壓器為 Y-△-11接線，運行時，其高壓側二次電流應超前低壓側150°。

（3）根據差流大小，檢查整定值的正確性

對于變壓器各側電流，人為計算應有的差流，并與保護裝置液晶顯示的差流進行校核，如果接線正確，測得的差流接近于零。

（4）N相電流檢查

對于變壓器各側電流，大家經常忽視N相電流的檢查，根據經驗，N線電流經常反應一些接線錯誤。現場檢查應在端子箱處人為封閉一相電流，如果N線不開路，在保護屏測量N線電流值應為所封閉的電流值。N線在正常情況下無電流，即使開路也很難發現，在系統有故障情況下，可能引起差動保護誤動。

3 提高微機變壓器保護動作可靠性的其他措施

為進一步提高變壓器保護動作的可靠性，還要采取其他措施，主要包括：

1）定期對保護裝置電源進行更換，由于電源作為功率支撐，一旦出現問題將使保護邏輯混亂，引起誤動。在實際運行中就曾經出現由于差動保護直流電源輸出異常，造成差動保護誤動切除變壓器的情況發生。

2）變電運行人員要加強差動保護運行中的監視和運行環境的監視。微機保護裝置都有很完善的自我檢查程序，內部出現異常時能夠報警，變電運行人員要及時發現并上報進行處理，必要時申請將有異常的微機差動保護退出。當前微機保護室都加裝了空調，運行人員要及時調整空調設置，保持好保護室的運行工況檢測，防止保護室環境溫度和濕度超出裝置要求范圍，以防止微機差動保護因為環境影響出現異常。

3）保護專業人員要做好保護校驗工作。保護校驗時要認真細致，嚴格按照作業指導書進行，以便發現缺陷，提高設備健康水平。

4）按規程規定對保護回路進行絕緣檢查。在實際運行中曾經發生由于二次電纜工藝缺陷或受外力作用，導致回路發生多點接地，引起差動誤動的情況發生。

4 結論

差動保護一定要認真對待其電流輸入以及保護裝置的輸出回路，嚴格執行各種規程規定，嚴密細致的測量差動保護的相量，正確分析測量結果。保護的正確動作涉及到每一個細節，加強每一名保護工作人員和變電運行人員的技術培訓，熟悉保護原理，提高業務水平，增強責任心，養成認真細致的工作作風，保護校驗實施標準化作業，就能更有效的減少差動保護的誤動作。

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