變壓器差動保護動作原因分析及預防措施

王 才

（海委引灤工程管理局，河北 唐山 063000）

1 事故經過

水電站事故前系統運行方式為：水電廠1號機組150 WM，停機狀態，1號主變1B空載運行；廠用電41B、44B接于1B低壓側，各部分正常運行。另3臺主變2B、3B、4B 及廠用42B、45B正常運行。2021年6月28日5:28：00，1號機監控系統發1B事故信號，1B高壓側開關2201DL A相跳閘，發44B事故動作跳閘。主變低壓側采用硬母線連接，高壓側采用LGJQ-300軟連接。

變壓器保護盤顯示廠用變44B保護整組啟動，過流Ⅱ段動作。主變差動保護動作跳主變各側開關，1B變壓器比率差動保護啟動，跳主變高壓側開關2201DL；跳1號機滅磁開關，停機，跳出口01DL ；跳廠用變高壓側11DL。

2 查找主變差動保護動作原因

2.1 變壓器差動保護原理

差動保護是比較被保護的變壓器兩側或三側電流的大小和相位的原理實現的，其基本原理是基爾霍夫電流定律。理想情況下，在正常運行及外部故障時，流過差動繼電器的電流為0；在內部故障時，流過差動繼電器的電流急劇增加，使保護動作從而跳開變壓器端口的斷路器。目前廣泛應用的數字式變壓器差動保護，普遍使用兩或三折線比率制動特性，差動繼電器動作方程：流入差動回路電流為流入電流的矢量和，正常運行時流入電流矢量和為0。

本變壓器采用兩折比率差動保護，最小動作電流1.301 A，比率制動系數0.5。

圖1 主變差動保護接線圖

2.2 調取保護動作情況

通過調取故障錄波器、主變保護、站用變保護記錄，發現1B差動保護動作原因是由于B、C電流發生突變，金屬性短路引起差動保護動作。44B高壓側二次電流I=5.376 A，反應到一次側電流為5.376×互感器變比1 000/5=1 075.2 A,超過保護動作值3.7×200=740 A，過流保護動作。同時此電流流入到主變低壓側。保護無其他信號。

2.3 檢查1B主變壓器

1B主變壓器是2020年12月新購買的變壓器并投入運行，型號為：SFP-180000/220，242±2 ×2.5%/15.75 kV，接線組別：YN/d11，阻抗電壓：Uk=13.44%。有主變差動保護動作信號，無其他動作信號，為了安全起見，對變壓器進行絕緣及直流電阻測試，測試電阻合格。變壓器本體進行徹底檢查，未發現放電痕跡，主變一切正常。

2.4 對主變差動保護范圍設備進行檢查

主變1B差動保護由7LH、11LH、16LH 3個互感器組成主變主動保護，此次主變差動保護動作，根據差動保護動作原理，只有在保護范圍內發生短路事故，差動保護才會動作，對母線、電流互感器本體、接線等進行徹底檢查，并未發現放電或短路的痕跡。

擴大檢查范圍時發現44B低壓側10 kV電壓互感器B相本體有裂紋，互感器B相保險瓷管斷裂，熔絲熔斷。

圖2 主接線圖（本次差動保護動作涉及的電氣一次部分）

3 對44B廠用變保護動作進行分析

44B保護盤，保護動作顯示44B過流Ⅱ段動作，此保護瞬時動作，過流Ⅰ段保護延時5 s，說明故障時44B有很大的電流流過。但由于44B高壓側少油斷路器11DL開關固有跳閘時間為0.15 s，遠小于主變高壓側2201DL斷路器跳閘時間37±4 ms,通過保護動作時間分析44B過流Ⅱ段時間為5：25：32：517與1B差動保護動作時間為5：25：32：521近乎相同，計入回路動作、開關斷開時間，主變高壓側開關2201DL先動作，切除故障電流。

44B低壓側10 kV電壓互感器B相瓷管式保險斷裂，說明內部有很大電流流過，造成熔絲熔斷，產生高壓氣體造成瓷管斷裂。電壓互感器B相產生裂紋，線圈絕緣燒毀，是由于互感器內部發生短路造成。

4 變壓器差動保護動作原因分析

44B低壓側發生短路事故，短路點未在主變差動保護范圍。通過分析，現場測驗檢查，是由于16LH互感器接線極性接反，造成短路電流方向相反，流向主變低壓側，引起差動保護動作。44B事故電流5.376 A,由于16LH接線極性相反，相當于2倍電流（10.752 A）流入差動保護回路，遠超過差動保護動作電流1.301 A，造成差動保護快速動作，跳開2201DL、11DL，同時發出機組跳閘信號，切除故障。后對電流互感器接線調整，電流互感器極性正確，經發電機對高圧回路進行遞升加壓，電流互感器電流指示一切正常。

5 經驗教訓

5.1 變壓器保護接線錯誤

2015年發變組保護更新改造后，未對保護差流互感器進行升壓測量互感器極性，造成極性接反未及時發現，為保護誤動留下隱患；41B、44B廠用電設備正常運行時，電流（廠用變滿載運行電流0.7 A）小于差流保護設定值1.301 A，不會引起保護動作。

對涉及電流方向極性的電流互感器，投入運行前測量極性、變比以及電流回路的相位正確，避免接線錯誤。對保護裝置及保護模塊等進行詳細檢查，消除安全隱患。

此次是廠用變44B低壓側故障引起保護誤動，如是主變差動保護范圍內，廠用電之路發生短路故障，不會引起保護動作，造成事故擴大。

5.2 對保護回路定期檢查維護及測試

現在保護設備大部分采用微機保護，模塊化設計，應嚴格按照保護說明書及保護校驗大綱要求，每年對保護裝置進行整體校驗，測試保護運行情況，可以排除設計、安裝、整定過程中的疏漏(如線接錯、極性反接、平衡系數算錯等等)。

日常加強設備設施的檢查和維護，屏柜及裝置各端子、接線是否牢固，保護連片投入正常；經常檢測設備運行溫度，發現異常及時采取處理措施；應定期校驗電流互感器動、熱穩定電流是否滿足要求，如發現內部異常響聲時，應退出運行。電壓互感器如發現有裂紋等缺陷，要及時更換。

5.3 保護動作情況記錄保存

為方便事故分析，建議用戶妥善保存裝置的動作報告，收集充足、完備的測試數據，并下載保存。清除裝置報告或者頻繁試驗會覆蓋當時的故障信息，不利于今后進行事故分析。

在保護裝置進行傳動或試驗前，對裝置的內部存儲信息及后臺存儲的信息進行完整的保存或打印。保存的信息主要包括：裝置動作報告、自檢報告、故障錄波、裝置參數和定值以及各種操作記錄?，F場的其他信息包括：事故過程、保護裝置指示燈狀態、主界面顯示內容等。

5.4 加強運維人員技術培訓

加強對運維人員的技術培訓，掌握微機保護的基本原理、運行注意事項、事故處理、發生事故后的保護動作分析等提高運維人員的技術水平及分析處理事故的能力。如本次差動保護動作：①應對差動保護范圍內的一次設備進行檢查；②判斷由電流互感器發生故障引起，對電流互感器進行全面檢查，確?；ジ衅魍旰茫虎蹖χ髯兏邏簜瘸鼍€、廠用電支路進行檢查，有無放電痕跡；④保護動作是否正確，二次接線是否完好、正確；⑤根據以往經驗分析判斷，差動保護動作主要原因，進而查出設備存在問題。

5.5 電氣設備保護配置合理

電氣主接線由多種、多個設備組成一個整體，各設備保護定值設置一定要合理，避免越級跳閘。此過流是由于線路瞬時故障，引起鐵磁諧振，電壓互感器過流高壓保險熔斷，本體過流產生裂紋，此電流應該引起44DL速斷保護動作（設定值2.33 A）、過流保護（設定值0.12 A,延時1.5 s）動作跳閘，由于保護接線問題，44DL保護未動作。由于2201DL、11DL動作固有分閘時間不同，接線極性接反引起主變差動保護動作，切除故障電流。如差動保護接線正確，應該44DL速斷、過流保護動作切除故障；延時1.5 s故障電流未切除，引起44B電流保護動作；短路電流繼續存在引起1B后備保護過流保護動作，切除事故電流。

5.6 對電氣設備安全隱患排查整改

嚴格按照《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》及水利部《水利工程運行管理監督檢查辦法（2020年版）》等相關規定，對電氣設備進行安全隱患排查整改，對風險源進行辨識評價，查找出電氣設備存在的隱患及薄弱環節，及時消除安全隱患。如2201DL開關跳閘回路，原2套保護裝置作用1個跳閘線圈，根據十八項反措要求，2套保護分別接入2個跳閘線圈，確保開關跳閘絕對可靠。

6 結束語

一起主變差動保護動作，通過檢查測試，確定電流互感器接線極性接反引起的，如保護接線正確，保護動作正確可靠，不會造成主變差動事故跳閘，影響機組放水發電。從保護設計開始確保設計正確，施工滿足設計及設備實際要求，投運試驗嚴格按照說明書及調試大綱進行測試調試，日常加強保護檢查和維護。同時加強運維人員的技術培訓，從思想上認識到保護裝置的重要性，技術上能夠滿足維護管理的要求。