变压器差动保护动作分析

刘晓明

【摘  要】在电力系统中，变压器是最为常见的、重要的元件之一，如果发生故障将会影响电网的稳定性、供电的可靠性。因此在建设电力系统的过程中，需要根据变压器的重要程度以及容量等多种因素，将适当的继电保护装置安装在其中。本文将简单介绍变压器的故障类型、保护配置及基本原理，分析差动保护动作、误动作的原因及处理措施，以提高变压器运行的稳定性。

【关键词】变压器;差动保护;动作;误动作

1 变压器的故障类型

1.1油箱外故障：引出线的相间短路;绝缘套管闪络或破坏;引出线通过外壳发生的单相接地故障。

1.2油箱内故障：各相绕组之间的匝间短路;单相绕组部分线匝之间的匝间短路;单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障。

1.3变压器的不正常运行状态：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地引起的中性点过电流、过电压;由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。

对于变压器来说，这些故障都是十分危险的，特别是油箱内故障时将产生巨大热量，引起绝缘物质的剧烈气化，从而引起爆炸。

2变压器保护配置及基本原理

2.1差动保护

变压器差动保护是按比较被保护的变压器各侧电流的数值和相位的原理实现的。正常运行及外部故障时，流入差动继电器中的电流为零，区内故障时，流入差动继电器中的电流为变压器各侧流向短路点的短路电流二次值之和。正常运行与外部故障时有很多因素使得流入差动继电器的电流不为零，该电流我们叫做不平衡电流，为了保证选择性，差动继电器动作电流应按躲过外部故障时出现的最大不平衡电流来整定[1]。变压器差动保护的保护范围，是变压器各侧的电流互感器之间的一次连接部分。

2.2瓦斯保护

瓦斯保护是变压器内部故障的主保护。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧作用使变压器油及绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，瓦斯保护就是利用这种气体或液体流动而实现的保护。瓦斯保护对变压器匝间保护、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及絶縁劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。

2.3零序电流保护

中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过电流保护的最大特点是只反映接地故障，不反应三相和两相短路，在正常运行和系统发生震荡时也没有零序分量产生。

2.4过电流保护

作为瓦斯保护和差动保护的后备保护。

3 变压器差动保护动作分析

3.1差动保护动作检查项目及处理

记录动作情况，打印故障录波报告;检查变压器套管有无损伤、有无闪络放电痕迹变压器本体有无因内部故障引起的其他异常现象;差动保护范围内所有一次设备瓷质部分是否完好，有无闪络放电痕迹变压器及各侧刀闸、避雷器、瓷瓶有无接地短路现象，有无异物落在设备上;差动电流互感器本身有无异常，瓷质部分是否完整，有无闪络放电痕迹，回路有无断线接地;差动保护范围外有无短路故障，差动保护二次回路有无接地、短路等现象，跳闸时是否有人在差动二次回路上工作。

3.2差动保护动作现象及原因分析

差动保护动作跳闸的同时，如果同时有瓦斯保护动作，即使只报轻瓦斯信号，变压器内部故障的可能性大;差动保护动作跳闸前如变压器套管、引线、CT有异常声响及其他故障现象，则说明一次故障可能性较大;差动保护动作跳闸的同时，如果主变后备保护也启动，则说明差动保护范围内一次设备故障的可能性较大;差动保护动作后，如其他保护未启动，而当时差动保护回路及二次回路上有人工作，则可能属于人为因素误动;先发生直流一点接地后，如差动保护再动作而其他保护未动作，则说明直流两点接地短接了差动保护跳闸接点的可能性较大;如差动保护动作前巡视电流互感器时有异常声响或差动二次回路上有打火现象则说明差动电流互感器二次开路的可能性较大;如差动保护动作后，经一次、二次检查无异常，也无工作人员作业，则保护装置误动的可能性较大;如差动保护动作后，如有线路保护动作，经差动回路一次、二次检查无异常，则保护定值整定不当或二次接线错误的可能性较大[2]。

3.3差动保护与瓦斯保护区别

差动保护作为变压器内部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护，同时对变压器内部绕组的匝间短路也能反映。但是差动保护对变压器内部铁芯过热或者因绕组接触不良造成的过热无法反映，当绕组匝间短路时短路匝数很少时也可能反映不出。而瓦斯保护虽然能反映变压器油箱内部的各种故障，但对于套管引出线的故障无法反映，因此差动保护与瓦斯保护共同组成变压器的主保护。

4 变压器差动保护误动作因素分析[3]

不平衡电流是引起差动保护误动的最重要因素之一，产生变压器不平衡电流有以下几个原因：

4.1变压器励磁涌流产生的不平衡电流

励磁涌流主要是由于在变压器空投时产生的含有大量高次谐波含量的电流，其中以二次谐波为主。变压器差动保护可利用二次谐波制动来防止此原因造成的差动误动。

4.2变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流

由于变压器常常采用Y，d11的接线方式，因此两侧电流相位相差30°。如果差动保护采用按相差动，则电流互感器二次侧电流将有相位差，会产生很大的不平衡电流。将变压器Y侧的电流互感器采用△型接线，变压器△侧的电流互感器采用Y型接线，这样变压器两侧的二次电流相位便可一致了。以上是老式传统继电器差动保护的基本原理，它是通过差动互感器的接线方式不同来进行角度校正的。现如今电力系统中大多都使用微机保护装置，而一般接入保护装置的电流互感器接线全都是星型接法，然后通过软件移相进行角差校正。

4.3计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流

通过上面的办法可使两侧电流相位一致，但是两侧电流的大小仍不同，为使正常运行及外部故障时流入差动继电器的电流等于零，则应将高压侧的电流互感器变比加大 倍。由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，因此变压器的实际变比很难满足计算变比的要求，此时差动回路中将有电流流过。当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，通常都是利用它的平衡线圈来消除此电流的影响。微机保护则是通过平衡系数来进行电流大小补偿。

4.4两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流

由于两侧电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁特性也就不同，因此在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。

4.5变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流

带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比。如果差动保护已按照某一变比调整好，则当分接头该换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。对此而产生的不平衡电流，应在差动保护的整定值中予以考虑。

5 结语

综上所述，在变压器运行中，差动保护起着至关重要的作用，但是一旦差动保护发生误动现象，将失去其自身的作用。继电保护专业人员需要分析差动保护误动的因素，然后采用合理的方式进行预防，避免差动保护出现误动问题，保障变压器运行的稳定性。

参考文献：

[1]刘佰龙，陈焕，付雪丽，顾雁飞.变压器差动保护的基本原理分析[J].南方农机，2017，48（23）：167.

[2]陈吉庆.核电机组主变压器分侧差动保护误动缺陷原因分析及对策[J].核动力工程，2017，38（S2）：93-96.

[3]蔡明.变压器差动保护误动事故的原因分析[A].安徽省电机工程学会.第二十届华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术讨论会论文集[C].安徽省電机工程学会：安徽省科学技术协会学会部，2012：4.

（作者单位：国电电力发展股份有限公司和禹水电开发公司）