變壓器零差保護相關技術探討及主變跳閘分析

顧亞琴

泰州市姜堰區供電公司 225500

摘要：電力變壓器是電力系統的有機組成部分，是非常重要的設備，為了保障電力系統運行的穩定性，就需要應用靈敏度高、原理簡單的分相電流差動保護或者零序電流差動保護。零序電流差動保護對于接地短路故障反應靈敏度非常高，不會受到變壓器調壓分接頭因素的影響，勵磁涌流對于其影響也非常小，因此，零序電流差動保護是現階段最為簡單、可靠的裝置。本文主要分析變壓器零差保護相關技術探討及主變跳閘的原因和注意事項。

關鍵詞：變壓器零差保護相關技術；主變跳閘；分析

電力變壓器是電力系統的有機組成部分，是非常重要的設備，如果電力變壓器出現故障，將會給電力系統的安全帶來極為不利的影響，為了避免變壓器的運行出現問題，變壓器需要設置差動保護與瓦斯保護，其中，差動保護屬于電氣量保護的一種。

變壓器差動保護區中有原繞組與副繞組磁耦合，各種類型的差動保護都存在過激磁工況與勵磁涌流下防止誤動問題，勵磁涌流是非常復雜的，其內部數據分散，在近年來電力系統靜止補償電容器的影響之下，導致內部短路暫態的電流常常與勵磁涌流出現混淆。有關數據顯示，我國電力系統變壓器差動保護正確率不足70%，為了保障電力系統運行的穩定性，就需要應用靈敏度高、原理簡單的分相電流差動保護或者零序電流差動保護。

1 變壓器零序電流差動保護特征分析

與同等容量的普通變壓器相比而言，自耦變壓器有很多優勢，目前我國大多數高電壓等級大容量變壓器都是應用自耦變壓器，為了提升接地故障保護動作靈敏度與準確度，就必須要配置好相應的零序電流差動保護措施。

零序電流差動保護對于接地短路故障反應靈敏度非常高，不會受到變壓器調壓分接頭因素的影響，勵磁涌流對于其影響也非常小，因此，零序電流差動保護是現階段最為簡單、可靠的裝置。但是，零序電流差動保護也存在著一定的不足，其中最大的弊端就是零序電流差動保護負荷電流與工作電壓檢驗存在一定的困難，如果電流互感器或者二次接線出現極性錯誤，就很容易出現電流差動保護誤動作的問題。

2 主變零差保護的應用分析

雙繞組變壓器是應用范圍最廣的變壓器，如果一側出現了單相接地短路的問題，其比率差動保護的靈敏度就會受到嚴重的影響，實際上，變壓器零序差動保護動作電流并不會受到變壓器調壓分接頭因素的影響，這就可以有效提升保護靈敏度。傳統零差保護是應用了零序電流門檻跳閘的原理，從變壓器中性點位置接入，在運動以及啟動時，中性點位置大都沒有電流的，在投產檢測時基本上不存在誤差問題。就現階段來看，常用的零序比率差動保護零序電流都是裝置自產，二次零序電流由軟件負責調整，這就能夠避免系統出現接線問題，可以保障系統運行的有效性。

3 某主變啟動過程跳閘方式

2013年3月11日，某120MVA主變220KV側開關在從熱備用轉到主變充電過程中，主變開關出現了跳閘的問題，A、B保護柜中故障顯示為：“零序比率差動動作”，系統未啟動故障錄波，檢查主變本體的外管顯示無異常，實施絕緣高壓試驗、變比實驗、直流電阻實驗，均無異常，油樣色譜分析結果正常，因此可以斷定并非主變故障。

3.1 主變空投波形與TA暫態誤差

下圖圖1是I側電流與公共繞組側電流波形示意圖，其采樣速率為24點/周期，從圖中可以得出，公共繞組電流在空投階段就發生了畸變的問題，但是持續的時間并不長，約為半個周期。I側C相電流波副約為0.5A，其公共繞組側電流出現嚴重的畸變，在空投初期，就出現暫態飽和的問題。

圖1

3.2 TA等值電路分析

TA等值電路詳見圖2。

圖2 TA等值電路

其中，I1、Z1分別為二次側一次電流與一次線圈阻抗，IU與ZU1屬于勵磁電流與勵磁阻抗，I2與Z2屬于TA二次電流與二次線圈阻抗，E2與ZL分別指感應電勢與二次負載阻抗。

3.3 二次負載阻抗

如果主變公共繞組TA比值誤差共計10%，那么勵磁電流占比10%，二次電流I1與I2共計占比90%，公共繞組TA二次電流是5A，如果TA一次流入電流是TA一次電流的m倍，那么根據比例可以計算出m=2IU，實際測量結果顯示，主變公共繞組差動變比數值是600/5，ZL為0.7Ω，R2為0.32Ω。

根據如上的計算結果可以得出，如果出現外部故障或者內部故障，且公共繞組TA傳變在正常范圍中，TA穩態誤差控制在10%之內即可滿足要求。

4 主變跳閘原因與對策探討

零差保護中的所有保護對象都是用電路進行連接的，除了磁耦合獨立繞組，從原則上進行分析，變壓器空載合閘產生的勵磁電流對于零差保護來說屬于穿越性電流，并不會產生不平衡電流。就現階段來看，初始運行階段，為了提升微機差動保護的運行可靠性與靈敏性，需要將差動保護比率與最小動作值設置在較小的范圍中，如果變壓器在運行過程中出現了區外故障問題，變壓器剩磁與空充階段數據不一致，就會導致TA的穩態特性與暫態特性發生變化，就會出現誤動作的問題。

對于系統的運行而言，TA暫態特性會直接影響主變零差保護運行的可靠性，為了避免主變跳閘問題的發生，對于主變零差保護側TA需要應用同樣類型的設備，本系統主變零差保護使用的是10PTA，這與公共繞組中的LRD-35型TA存在著很大的差異，因此，主變空載合閘沖擊的過程中，就會出現TA暫態特性不同的問題，在這一因素的影響下，主變勵磁電流中產生的直流分量會致使公共繞組TA過于飽和，形成零差保護出口，因此，必須要將TA更換。

在接線方式上，一般的自耦變壓器零序電流差動保護都是利用變壓器的中壓位置與高壓位置，公共繞組中的電流互感器高壓側與中壓側電流互感器表現的是負值，公共繞組的電流互感器也為負值，該種接線方式是適宜的。

5 結果

本研究與具體的工程結合，分析了變壓器零差保護的相關技術已經主變跳閘的原因，結果顯示，本系統主變零差保護使用的是10PTA，這與公共繞組中的LRD-35型TA存在著很大的差異，因此，出現了主變跳閘問題。為了保障系統運行的安全性與可靠性，應該定期進行檢驗，如果發現異常，要及時進行解決，避免由于跳閘給人們的生活與生產帶來損失。此外，電力企業還要加強對技術人員的培訓與教育，提升他們的檢修水平與責任意識，改善他們的待遇水平，為他們提供進修的機遇，將各種安全故障消除在萌芽，只有采取這種多元化的措施，才能夠真正提升電力系統運行的安全性。

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