220kV變壓器差動保護裝置及誤動原因分析

范子杰

華電渠東發電有限公司

220kV變壓器差動保護裝置及誤動原因分析

范子杰

華電渠東發電有限公司

近年來我國經濟不斷的發展，人民生活水平不斷的提高，各種家用電器設備越來越普及，而這也對電力系統提出了更高的要求。為了保證人們的正常用電，應當確保電力系統的穩定性，最大程度上降低電力系統故障發生的概率。在電力系統中220kV變壓器已經開始成為一種比較主流的變壓器，在運行過程中變壓器的差動保護裝置為變壓器的穩定運行提供了一定的保障，但是在一定的情況下差動裝置會發生誤動，導致系統發生錯誤，影響電力系統的穩定。本文詳細的分析了220kV變壓器的差動保護配置，并分析了220kV變壓器差動保護裝置誤動作的原因，以期促進我國電力行業的穩健發展。

220kV變壓器；差動；保護裝置；誤動；原因分析

變壓器是當前電力供應企業中輸變電設備重要組成部分之一。因此，電力變壓器的工作狀況將對電力系統的安全和經濟運行產生重要影響。一旦出現電力變壓器故障，會嚴重影響居民的正常生活和企業的正常生產。而變壓器會因為各種原因造成主變跳閘，造成變電線路停電。因此當前十分有必要研究分析220kV主變差動保護誤動作故障。

1 變壓器主保護(差動保護)原理介紹

1.1 穩態比率差動保護

1.1.1 穩態低值比率差動

區內故障與區外故障

當變壓器發生區內故障的時候，變壓器每一側的短路電流都是從母線流入變壓器，與參考方向一致，定義為正值，所以差動電流將遠大于0值，容易滿足差動動作條件，差動保護動作。

當變壓器發生區外故障的時候，例如在低壓母線上發生故障，高﹑中壓側的短路電流從母線流入變壓器，定義為正值。而低壓側電流則是從變壓器流出到母線，與參考方向相反，定義為負值。而高﹑中壓側的電流大小和低壓側的電流大小剛好相等(不考慮變比﹑角度等造成的差流)，所以電流向量和等于0，因此差動保護不應動作。

1.1.2 穩態高值比率差動

考慮到區內嚴重故障同時TA飽和，低值差動可能會受到閉鎖，所以TA飽和的判據不會參與到高值比率差動的判定中。

1.2 工頻變化量比率差動

匝間短路是電力變壓器主要的內部故障形式之一，變電裝置利用工頻變化量差動保護可以很好地反映并隔離此種故障，從而提高保護的可靠性和靈敏度。裝置利用變壓器各側電流中的工頻變化量與差動電流中的工頻變化量，實現工頻變化量比率差動保護。

1.3 差動速斷保護

當變壓器區內發生故障，有時候會因為故障電流過大而使得電流互感器飽和，導致電流互感器的二次電流波形發生嚴重畸變，從而使得二次電流含有大量的諧波分量，這就有可能被勵磁涌流的判別元件閉鎖，導致差動保護延遲動作甚至拒動，加重了故障對變壓器的損壞。只要差流的有效值超過預設定值，不論差動電流的波形是否畸變﹑是否含有諧波分量，立刻跳開變壓器各側開關，把變壓器從電網中切除。差動速斷的動作依據就是當任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作跳開變壓器各側開關。一般差動速斷整定值整定為5至10倍額定電流。

2 220kV側無配電裝置時的差動保護配置

2.1 通過上級220kV斷路器實現保護功能

220kV線路作為主變壓器高壓側的一部分整體納入變壓器差動保護的范圍內，從而不必配置單獨的線路保護裝置。由于主變壓器高壓側沒有配電裝置， 主變壓器保護高壓側電流取自變壓器高壓側套管電流互感器二次側，高壓側跳閘接點通過二次控制電纜接至上級220kV斷路器跳閘出口回路。

該方式適用于主變壓器距離上級220kV配電裝置不遠(不超過500m)的場合，距離太遠將增加電流回路及跳閘出口回路二次控制電纜的長度。隨著電流回路二次控制電纜的線路長度增加，控制電纜的阻抗將影響主變壓器正常運行差動保護裝置高﹑低壓側的電流平衡，在主變壓器保護裝置整定時需要以提高差動保護起動門檻為代價來躲開兩側因為二次回路電纜阻抗不同產生的不平衡電流，而提高起動門檻又將降低差動保護的動作靈敏度，從而降低了保護裝置的可靠性。實際工程中該方式的線路變壓器差動保護應用很少。

2.2 通過線路保護裝置的遠跳功能實現保護功能

該方式下繼電保護配置主變壓器仍然配置常規的變壓器差動保護，220kV線路保護則選擇具備遠跳功能的光纖通道電流差動保護裝置，并與對側線路保護裝置選擇同型號同規格產品。線路變壓器組220kV側線路保護和變壓器保護的電流均取自主變壓器高壓側套管電流。當線路部分發生故障，線路兩側差動電流超過整定值時，本側線路保護裝置與對側線路保護配合，由對側線路保護裝置起動實現上級220kV斷路器的分閘功能。

當主變壓器發生故障時，變壓器高低壓側差動電流大于整定值時，主變差動保護裝置起動跳閘，其跳閘接點接入到本側線路保護裝置的“遠跳”開關量輸入回路，通過線路保護的遠方跳閘功能起動對側線路保護裝置發出跳閘信號， 從而實現上級220kV斷路器跳閘功能。

該種方式下可以實現對220kV線路和主變壓器的分別保護，可以區分線路故障和變壓器故障，也不影響線路保護的重合閘功能，且線路變壓器組的跳閘信號是通過光纖而非二次控制電纜傳輸到上級變電站，不受線路長度的限制，大大提高了傳輸的可靠性，在線路變壓器組的工程實踐中廣泛應用。

2.3 線路變壓器組光纖大差保護

該方式下線路變壓器組采用包含線路和主變壓器大差動保護。差動保護范圍為上級220kV斷路器至主變壓器低壓側。光纖差動保護電流信號取自上級變電站220kV側電流互感器和主變壓器低壓側電流互感器，線路變壓器組故障時跳上級220kV斷路器和主變低壓側斷路器。

該方式只配置一套保護可以同時實現線路和主變壓器的保護功能，保護配置簡潔﹑靈敏性高，缺點是不能區分線路故障和主變壓器故障，線路故障時不能起動線路重合閘。實際工程中應用不多。

在電力系統運行的過程中變壓器是確保系統運行電壓調控的重要設備， 而差動保護裝置是確保變壓器能夠穩定運行的重要保護裝置，因此一定要確保差動保護裝置的質量，確保發生問題時其能夠在第一時間進行系統的保護。

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