淺析220kV主變的差動保護原理及調度處理原則

摘 要：文章深入分析了RCS978變壓器保護裝置的差動保護原理，并解釋其關于差動保護一些技術難題的解決，有助于幫助運維人員和調度人員理解變壓器差動保護原理，和更好地分析和處理變壓器故障。

關鍵詞：變壓器；RCS978變壓器主保護原理；調度處理原則

1 概述

變壓器是電力系統中發電、輸電、變電、配電中的一個關鍵設備，若變壓器故障可能會導致供電可靠性降低，也可能會導致電網穩定裕度降低。同時，變壓器保護在區內故障時拒動，而在區外故障時誤動，都會對電力系統的安全穩定構成極大的威脅，所以變壓器必須要具備可靠的、完備的繼電保護來切除故障。目前，很多220kV變電站的主變保護都采用南瑞繼保的RCS978變壓器保護裝置，下面將介紹RCS978變壓器保護裝置的主保護-差動保護的原理以及調度員面對主變差動保護動作后的處理原則。

2 RCS978變壓器主保護（差動保護）原理介紹

與其他元件保護（如母線、發電機）的差動保護相同，變壓器的差動保護的原理是以克希荷夫第一定律為基礎，即流入和流出元件的電流的和應為0，從物理意義上解釋，就是當變壓器正常運行或者區外故障的時候，流入變壓器的電流應該與流出變壓器的電流相等；而當變壓器發生區內故障的時候，電流只會流進變壓器，而沒有電流流出變壓器。因此，可以從流入和流出變壓器的差流而判定差動保護是否應該動作。

2.1 穩態比率差動保護

2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.2 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， RCS978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電流中的工頻變化量，實現工頻變化量比率差動保護。

2.3 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。

對于以上的缺陷，RCS978的差動保護增設差動速斷元件，差動速斷元件反映的也是差流，但與穩態差動保護、工頻變化量差動保護的區別是差動速斷保護只反映差動電流的有效值，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

3 RCS978保護裝置對勵磁涌流的處理方法

變壓器的高低壓側是通過電磁聯系的，故僅在電源的一側存在勵磁電流，這勵磁電流將全部流入差動回路。在變壓器正常運行時，此值一般較小，不會導致差動保護動作。而變壓器空載合閘時，會出現勵磁涌流，在電壓值為零時合閘時，變壓器的鐵芯中磁通將短時間內急劇增大，鐵芯從而達到飽和，因此將會造成一個很大的沖擊電流，此即為勵磁涌流。而這個大電流很容易造成差動保護誤動作。RCS978裝置采用諧波識別和波形畸變識別來防止差動保護因勵磁涌流而誤動作。

3.1 諧波含量判別勵磁涌流

勵磁涌流含有大量的諧波分量，尤其是二次諧波分量含量較大。因此，可以利用這個特征來進行判別。RCS-978裝置的差動保護采用二、三次諧波的含量來判別勵磁涌流，當二次諧波分量、三次諧波分量達到整定的基波占比后，就閉鎖差動保護。

3.2 波形畸變判別勵磁涌流

一般故障時，差動電流的波形基本上是正弦波。而勵磁涌流中含有大量的諧波分量，從而使波形出現不對稱、間斷和畸變。通過差動電流波形的這種區別，就可以判別出是否勵磁涌流。

4 變壓器故障的處理原則

從以上對RCS978裝置的差動保護的原理分析，可以知道當變壓器差動保護動作，即變壓器內部或其引線發生了故障。而變壓器保護還有其他保護，起到不同的保護作用。當差動保護或其他保護動作時，其處理原則如下：

（1）變壓器跳閘導致廠站內其他變壓器過載，運行值班員應及時匯報值班調度員，并告知調度員設備允許過載能力。值班調度員應迅速采取措施，按以下原則處置：a.按現場運行規程過負荷運行，并盡快在規定的時間內降低負荷。b.投入備用變壓器。c.轉移負荷。d.改變系統接線方式，調整潮流。e.按事故限電要求限制負荷。

（2）變壓器保護動作跳閘后，根據保護動作的正確與否，以及檢查內、外部現象判斷跳閘原因，進行相應的處理：a.變壓器的差動和瓦斯保護同時動作時，在沒有查清楚故障原因及消除故障之前，不得送電。b.變壓器差動與重瓦斯保護兩者其中之一動作時，首先對其保護范圍內的設備進行外部檢查，若檢查到外部無明顯故障，并且檢查瓦斯繼電器氣體顏色和可燃性證明變壓器內部無明顯故障時，可用發電機對變壓器零起升壓，如升壓無異常，可將變壓器恢復運行。若無條件用發電機對變壓器零起升壓，則應取油樣及氣樣進行分析檢查，證實變壓器內部無故障后，經設備主管單位總工程師同意，方可試送電。c.變壓器后備保護動作，經檢查變壓器外部無異常，可以試送電。d.若因其他設備故障而其相應開關拒動，導致變壓器保護越級動作跳閘，在故障點隔離或消除后，可將變壓器恢復運行。如果保護屬于不正確動作，應退出該保護，再恢復變壓器運行。e.若因為人為原因（誤碰、誤導通二次回路等），導致變壓器保護跳閘，值班調度員經核實情況后可同意將該變壓器恢復運行。

5 結束語

文章介紹了RCS978變壓器保護裝置的差動保護原理，包括穩態低值比率差動、穩態高值比率差動、工頻變化量比率差動和差動速斷保護；另外，也解析了RCS978裝置如何解決差動保護的技術難題，從而更好地幫助運行和調度人員在處理變壓器故障時，能做出更準確的判斷。

參考文獻

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-978型變壓器成套保護裝置220kV版技術說明書（V3.01）[S].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司出版，2005.