變壓器差動保護動作原因的分析方法

摘要：變壓器內部電氣故障的危害是非常嚴重的，立即會造成嚴重的損壞。變壓器差動保護作為變壓器的主保護，能夠檢測出繞組和繞組端部的短路和接地故障，快速的跳閘，切除故障。同時差動保護不應在保護區外的故障下誤動作。本文通過對兩起變壓器差動保護動作案例進行分析，總結變壓器差動保護動作分析的步驟和方法，為繼電保護人員分析變壓器差動保護動作原因提供一定的參考。

關鍵詞：直流系統接地 拉路法 逐段排除法

引言

電力變壓器是電力系統的重要電氣設備，它廣泛應用在電力系統的發電、輸電、配電等各個環節，其安全運行關系到整個電力系統能否連續穩定的工作。隨著電力變壓器容量的增大和電壓等級的提高，對系統安全性的影響上了一個臺階，同時大容量變壓器也是十分貴重的元件，因此對變壓器保護的快速性、安全性、可靠性和靈敏性提出了更高的要求。

變壓器差動保護是變壓器保護最重要的保護之一。差動保護可以反映各側引出線的相間短路故障、變壓器各繞組的相間短路故障、直接接地側引出線的接地短路故障以及直接接地側繞組的接地短路故障。它能夠快速可靠地切除故障變壓器。

變壓器差動保護的保護區是構成差動保護的各側電流互感器之間所包圍的部分，包括變壓器本身、電流互感器與變壓器之間的引出線。

變壓器內部電氣故障的危害是非常嚴重的，立即會造成嚴重的損壞。繞組和繞組端部的短路和接地故障通常可被差動保護檢測出。對應在同一繞組內導線間擊穿的匝間故障，若短路的匝數較多，也可被檢測出來。匝間故障是變壓器電氣保護中最難檢測出來的繞組故障。差動保護作為變壓器的單元保護，可以快速的切除故障變壓器。同時差動保護不應在保護區外的故障下誤動作。

1.變壓器差動保護的構成原理及接線

變壓器差動保護不會涉及有電磁感應關系的各側電流，它的構成原理是磁勢平衡原理。

以雙繞組變壓器為例，假設一次繞組電流為 ，二次繞組電流為 ，它們的正方向均為流入變壓器，當變壓器外部故障短路或者正常運行時有公式：

+ =

式中： 、 是1側和2側繞組的匝數。

如果忽略勵磁電流 ，則：

+ =0

當變壓器的變比和電流互感器的變比不匹配時，變壓器兩側相電流的相位差將不一致，當通過合理的接線方式和補償方式使得兩側電流的相位差保持一致時，如果變壓器發生外部故障短路或者正常運行時，變壓器兩側的電流將會相互抵消。即：

=0

因此，當變壓器外部故障短路或者正常運行時，流過變壓器差動保護裝置的電流近似為零，不滿足保護動作條件。

當變壓器發生內部故障短路時，流過變壓器差動保護裝置的電流為短路電流，也為一次繞組和二繞組電流的向量之和，其差動保護動作，切除故障變壓器。

圖1-1畫出了模擬的變壓器差動保護的單相原理接線圖。下面對正常運行或外部短路和內部短路兩種情況進行分析來說明變壓器差動保護的基本原理。

圖1-1變壓器差動保護的原理接線圖

（a）正方向的規定；（b）正常運行與外部短路；（c）內部短路

1.1.正常運行與外部短路

當變壓器各側以流入變壓器的電流為正方向時，如圖 1-1（a） 所示，流入差動保護裝置中的電流為 + 。在正常運行的情況下如果負荷電流是從上往下流的，或者如圖1-1（b）所示的發生外部短路的情況下流過變壓器的短路電流也是從上往下流的，那么此時圖中 、 的電流方向將與規定的電流正方向剛好相反，差動繼電器中的電流為二次繞組電流與一次繞組電流的向量差 。如果變壓器和電流互感器的變比匹配，變壓器的接線方式和電流互感器的接線方式符合實際要求，就可以使流入差動保護裝置中的電流為零，即 =0，此時差動保護裝置不動作。

因此當變壓器里只流過穿越電流（負荷電流或外部短路時流過變壓器的短路電流）時差動保護裝置不動作。

1.2.內部短路

當變壓器差動保護區內發生短路時，如圖1-1（c）所示。由于兩側電源同時向故障點提供短路電流，這時短路電流的實際方向與規定的電流正方向是一致的，且幅值很大。如果把短路電流 歸算到TA二次側的話，流入差動保護裝置的電流就等于短路電流，即 = >>0 ，這時差動保護裝置動作，可以切除故障點。

2.案例分析

變壓器差動保護范圍比較大，一旦動作，就會造成變壓器停電甚至變電站全停的事故發生。因此分析變壓器差動保護動作的原因，找出故障點，盡快恢復送電非常重要。下面通過兩起我公司變壓器差動保護動作實例進行分析，討論如何分析變壓器差動保護動作的原因。

2.1.案例1

2.1.1.現場情況介紹

故障前運行方式：112帶全站負荷，145運行，111備用，1，2號主變并列運行，345運行，545備用；110kV備自投停用（運行方式要求）。

故障發生時當地氣象條件：彩亭橋地區中到大雨，濕度很大。

開關跳閘情況：2012年4月24日12時26分，彩亭橋變電站2號主變差動保護動作，112、145、302、502開關掉閘，全站停電。

保護裝置動作情況： 12時26分26秒949毫秒311過流1段保護動作

根據差動保護裝置原理，流入變壓器的故障電流應該等于流出的故障電流，通過波形分析我們可以看出高壓側的電流與中壓側的電流明顯不一致，因此保護裝置計算出很大的差動電流，大于0.5Ie的保護定值，差動保護動作。

根據保護動作情況及錄波圖分析發現：12時26分35秒214毫秒35kV5母發生接地故障，使相電壓升高到線電壓，瞬時相電壓已經升高到將近100V。然后302 TA采樣到的電流發生嚴重變形，不能正常的反映出故障電流。

對302 TA進行檢查，發現302 TA主變側有明顯的放電痕跡，如圖1-4所示：

2.1.3.結論

2012年4月24日，彩亭橋地區下起了中到大雨，12時26分35秒214毫秒發35kV5母接地信號，由于母線接地，導致非故障相電壓升高到線電壓。12時26分41秒602毫秒302 TA由于雨水順著溝槽向下流，形成一個導流帶，在電壓升高后，絕緣降低，對地放電導致2號主變差動保護動作，全站停電。因此這次變壓器差動保護動作是一次正確動作。

2.2案例2

2.2.1.現場情況介紹

故障前運行方式：111帶全站負荷，145運行，112備用，1，2號主變并列運行，345運行，545備用；110kV備自投停用（運行方式要求）。

故障發生時當地氣象條件：灑河地區暴風大雨，雷電活動頻繁，濕度很大。

開關跳閘情況： 2012年8月20日16時20分，灑河變電站1號主變差動保護動作，111、145、301、501開關掉閘。

保護裝置動作情況： 8月20日16時20分1號主變差動保護動作

8月20日16時20分2號主變高后備保護啟動

8月20日16時20分2號主變中后備保護啟動

2.2.2.變壓器差動保護動作原因分析

1號主變差動保護故障錄波圖如圖1-5所示：

通過分析主變差動錄波圖，發現高壓側和中壓側顯示出故障電流，而且電流相位基本一致，而差動電流大小剛好差不多為高壓側電流與中壓側電流之和，因此可以判斷為區內故障。而同一時間2號主變高、中后備同時啟動，根據當時的運行方式，可以判斷出2號主變也為短路點提供了故障電流。根據2號主變中后備的波形圖可以看出是典型的AB相短路故障。故障時的情形可以由圖5-6簡單的看出。

對變壓器差動保護范圍內的一次設備進行檢查，發現1號主變35kV套管與301開關之間的導線上有燒焦的鋁塑紙的痕跡，同時地上有未燃燒完全的鋁塑紙，如圖1-8所示：

3.結論

2012年8月20日，灑河地區有暴風大雨，導致站外的鋁塑包裝紙被刮起，搭在類1號主變35kV套管與301開關之間的導線上，造成AB相短路，1號主變差動保護動作，全站停電。這是一起典型的大風刮起異物造成導線搭接短路，因此這次變壓器差動保護動作是一次正確動作。

3.1.變壓器差動保護動作的分析步驟

通過對兩起變壓器差動保護動作案例進行分析，在變壓器差動保護動作后，建議按以下步驟進行分析：

3.1.1.向現場值班人員詳細詢問事故時的有關運行情況，例如運行方式、現場作業情況、保護動作信號、斷路器實際位置等。

3.1.2.收集原始的、完整的保護裝置動作值、故障錄波報告、監控報告以及事故前、后的現場運行記錄。

3.1.3.分析故障錄波圖，明確故障各個階段有關保護感受到的電壓、電流，尤其應注意各側交流量的突變情況，確認保護裝置是否為正確動作。

3.1.4.結合保護原理、各種保護動作、錄波、故障信號、斷路器動作情況等分析可能造成保護動作的原因，列出本次事故可能出現的故障點。

參考文獻：

[1]國家電力調度通信中心.繼電保護培訓教材，2009.4

[2]南瑞繼保電氣有限公司.RCS-978變壓器保護裝置技術說明書（110kV版本）

[3]李素芯.論變壓器差動保護.華北電力技術1988，（01）