论文部分内容阅读
【摘 要】 本文分析了变压器差动保护，介绍了发生差动保护误动作的原因，并提出防止误动的有效措施。
【关键词】 变压器；差动保护；动作原因；分析方法
一、差动原理分析
变压器差动保护原理是基于基尔霍夫电流定律。根据基尔霍夫电流定律，电路中任一结点流入与流出的电流相量和为零。将流入元件的电流与流出元件的电流的相量和称为差动电流。差动保护被称为具有绝对选择性的快速保护。双绕组变压器的两侧装设了电流互感器（CT）。正常情况下或外部故障时，两侧的电流互感器产生的二次电流流入差动继电器的电流大小相等，方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动继电器不动作。当变压器内部或保护区域内的供电线路发生故障时，流入差动继电器的电流就会产生变化，当电流值达到设定值时，继电器就会动作。一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器两侧的电流不会正好相等，这是和变压器和电流互感器的变比和接线组别有关的。变压器在投入时，会产生高于额定电流6～8倍的励磁涌流，同时产生大量的高次谐波，其中以二此谐波为主。由于励磁涌流只流过变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流，引起差动保护动作。
二、电流互感器的极性
为确保变压器差动保护的正确性，变压器差动保护按照有关规定在保护投运前要严格检查电流互感器的极性、相序和连接。由于各种原因，现场确有电流互感器三相电路的错误接线，导致相序和极性的错误，造成变压器差动保护动作。
变压器差动继电器动作的条件就是一次电流与变压器二次电流之差，瞬时电流的方向是由电流互感器的极性决定的，因此对电流互感器的极性应引起重视，为保证继电器的正确动作，必须保证电流互感器的极性正确。在工程中电流互感器的极性应按减极性原则进行。既在一、二次绕组中，同时由同极性端子同入电流时，他们在铁芯中所产生磁通方向应相同。在实际工作中一般利用楞次定律进行判别（既直流判断法）。
三、励磁涌流
1、励磁涌流的特点
1）涌流含有数值很大的高次谐波分量（主要是二次和三次谐波），因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。
2）一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。
3）励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过（0.25～0.5）In。
4）励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。
2、减小励磁涌流的措施：
为防止励磁涌流的影响，目前国内广泛采用的一种方法是采用具有速饱和变流器的继电器。当内部故障时虽然速饱和变流器一次线圈的电流含有一定的非周期性分量，一般经过1.5～2个周波即衰减完毕，衰减得快，此后速饱和变流器一次线圈中通过的完全是周期性的短路电流，于是在二次线圈中产生很大的感應电动势，并使执行元件中的相应电流也较大，从而使继电器能灵敏地动作。外部故障时，所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快地单方面饱和，传变性能变坏，致使不平衡电流难于传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。
三、事故分析
某110kV变电站，站内配置有两台主变压器，#1主变运行期间发生两侧断路器跳闸的事故，事故发生前该站运行方式是#1主变在空载运行状态、#2主变在冷备用状态。事故发生后变电站运行人员到现场检查，现场#1主变的两侧断路器在分闸位置，查看主变保护装置，发现#1主变保护装置差动保护动作，装置显示报文“差动保护动作”，显示故障电流A相0.32A，B相0.35A，C相0.41A；查看#2主变保护装置，装置同样显示“差动保护动作”，故障电流A相0.39A，B相0.35A，C相0.38A；检查故障录波及其它监控装置无故障信息。
四、检查情况及原因分析
针对保护动作情况对现场进行全面检查分析，初步分析有以下几种原因可能会引起差动保护动作：①差动保护范围内的一次设备发生异常；②差动保护装置误动；③电流回路误接线。
根据分析结果进行逐一检查，并结合保护动作前后的系统运行情况分析判断如下：①对差动保护范围内的一次设备进行全面的检查未发现异常，绝缘测试合格，相关试验项目合格，且故障录波及其他监控装置无故障信息，从而可以确认一次设备无异常；②用继电保护测试仪对差动保护装置进行全面的校验，并带断路器传动试验，保护装置正确动作；③检查差动保护CT二次接线、极性正确。以上检查项目均未发现异常。最后将变压器高压侧接线端子箱CT接地点拆除后测量绝缘电阻，结果绝缘值显示为零，从而确定差动电流回路存在两点接地的情况。检查发现差动保护屏柜里处有第二个接地点。按照“继电保护反事故措施”要求电流互感器的二次回路必须分别并且只能有一点接地。独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路，宜在断路器场地实现一点接地。从差动保护两点接地电流流向图看，当电力系统发生接地故障时，有较大的接地电流流入变电站地网，两点间会产生较大的电位差，因为即使接地点处在同一接地网络，也并非是绝对等电位，所以在两点之间会出现电位差。差动保护电流二次回路两点接地时，因电位差产生的电流南高地电势通过差动继电器流向低地电势当此电流值大于差动继电器设定的定值时，无论变压器在何种状态（运行、空载、冷备用、热备用），都会引起差动保护误动作。所以差动保护电流的二次回路必须只能有一点接地。
从以上分析可以看出本次#1主变空载运行及#2主变在冷备用状态下，差动保护误动作原因是由于电流二次回路出现两点接地，同时由于系统发生接地故障，故障电流流过该变电站地网造成的。 五、处理措施
造成此次事故的直接原因，是由于#1、#2主变差动电流二次回路出现两点地接，在工程施工及验收过程中没有严格按照继电保护反事故措施要求执行，存在非常大的安全隐患，最后造成投运后变压器差动保护的误动作，针对以上的问题，结合分析情况，提出如下防范措施。
1、新建或扩、改建工程中对用于差动保护的电流二次回路必须认真把好图纸设计及图纸审查关，包括图纸的初设、会审等每一个环节都要认真审查，马虎不得。特别在保护改造或设备更换的工程中，应注意做好相关保护二次回路的更改设计，这是杜绝留下安全隐患的前提和基础。
2、施工调试过程中，应严格按照反事故措施、相关规程规定，做好施工人员的技术交底，对有错误的地方应及时提交工程联系单，杜绝“随意施工，野蛮施工”现象。
3、一、二次设备的接地必须分开，电流互感器的二次回路必须分别并且只能有一点接地。独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路，宜在断路器场地实现一点接地，确保继电保护装置与接地网的可靠连接，在继电保护室内敷设接地铜排网，接地铜排网与主接地网可靠连接。
4、在调试验收过程中，每一位调试人员、验收人员都应有严谨的工作态度，一丝不苟。对电流二次回路进行一点接地检查时，将接地点拆除测量绝缘电阻是否合格，检查结束后必须将回路恢复到正常状态下。
六、解决差动保护装置误动作的措施
1、应尽量减少微机保护装置二次回路的接线；提高微机保护装置工艺水平；插件集成化，元件贴片化，每个模块相对独立，以提高系统的稳定性。
2、将保护装置的强弱电引线分开布线，减小强电磁场对弱电信号的影响；在IC元件的电源引脚两端加装去耦电容，吸收IC元件高速动作时产生的高频信号；去耦电容要选用高频特性好的独石电容或瓷片电容，焊接引脚要短；对从高噪声区来的电流、电压信号与地间加装抗干扰电容，吸收浪涌电压和尖峰脉冲；对电源插件的输入、输出部分加装磁环，减小直流电源纹波电压的影响等措施。
3、利用电流互感器断线闭锁，当检测元件检出变压器高压侧审.派互感器二次侧引出线发生的断线时闭锁保护；有效地防止保护装置误动。
4、对牵引变电所电流互感器的变比进行校核，并对保护整定值进行校验，防止电流互感器实际变比与计算变比不一致而造成保護装置误动作。
5、对于专线牵引变电所，变压器低压侧真空断路器放电将引起变压器差动保护装置误动作。需要将差动保护中的2次谐波闭锁判据改为综合谐波闭锁，解决差动保护装置误动作的现象。
七、结语
差动保护误动作有效控制，将有利于整个电力系统的稳定运行，文章对比较综合性的对差动保护方误动作产生原因及控制方法进行分析，起到了整体概述的作用，在具体细节的处理及相关参数的计算，可以参照相关标准或者说明书进行操作，以保证发挥差动保护方式的效果。
参考文献：
[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3]都洪基.电力系统继电保护原理[M].南京：东南大学出版社，2007.
【关键词】 变压器；差动保护；动作原因；分析方法
一、差动原理分析
变压器差动保护原理是基于基尔霍夫电流定律。根据基尔霍夫电流定律，电路中任一结点流入与流出的电流相量和为零。将流入元件的电流与流出元件的电流的相量和称为差动电流。差动保护被称为具有绝对选择性的快速保护。双绕组变压器的两侧装设了电流互感器（CT）。正常情况下或外部故障时，两侧的电流互感器产生的二次电流流入差动继电器的电流大小相等，方向相反，在继电器中电流等于零，因此差动继电器不动作。当变压器内部或保护区域内的供电线路发生故障时，流入差动继电器的电流就会产生变化，当电流值达到设定值时，继电器就会动作。一般来说，在电力变压器中有电流流过时，通过变压器两侧的电流不会正好相等，这是和变压器和电流互感器的变比和接线组别有关的。变压器在投入时，会产生高于额定电流6～8倍的励磁涌流，同时产生大量的高次谐波，其中以二此谐波为主。由于励磁涌流只流过变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流，引起差动保护动作。
二、电流互感器的极性
为确保变压器差动保护的正确性，变压器差动保护按照有关规定在保护投运前要严格检查电流互感器的极性、相序和连接。由于各种原因，现场确有电流互感器三相电路的错误接线，导致相序和极性的错误，造成变压器差动保护动作。
变压器差动继电器动作的条件就是一次电流与变压器二次电流之差，瞬时电流的方向是由电流互感器的极性决定的，因此对电流互感器的极性应引起重视，为保证继电器的正确动作，必须保证电流互感器的极性正确。在工程中电流互感器的极性应按减极性原则进行。既在一、二次绕组中，同时由同极性端子同入电流时，他们在铁芯中所产生磁通方向应相同。在实际工作中一般利用楞次定律进行判别（既直流判断法）。
三、励磁涌流
1、励磁涌流的特点
1）涌流含有数值很大的高次谐波分量（主要是二次和三次谐波），因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。
2）一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。
3）励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过（0.25～0.5）In。
4）励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。
2、减小励磁涌流的措施：
为防止励磁涌流的影响，目前国内广泛采用的一种方法是采用具有速饱和变流器的继电器。当内部故障时虽然速饱和变流器一次线圈的电流含有一定的非周期性分量，一般经过1.5～2个周波即衰减完毕，衰减得快，此后速饱和变流器一次线圈中通过的完全是周期性的短路电流，于是在二次线圈中产生很大的感應电动势，并使执行元件中的相应电流也较大，从而使继电器能灵敏地动作。外部故障时，所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快地单方面饱和，传变性能变坏，致使不平衡电流难于传变到差动继电器的差动线圈上，保证差动保护不会误动。速饱和变流器正是利用容易饱和的性能来躲过变压器外部短路不平衡电流和空载合闸励磁涌流的非周期分量影响。
三、事故分析
某110kV变电站，站内配置有两台主变压器，#1主变运行期间发生两侧断路器跳闸的事故，事故发生前该站运行方式是#1主变在空载运行状态、#2主变在冷备用状态。事故发生后变电站运行人员到现场检查，现场#1主变的两侧断路器在分闸位置，查看主变保护装置，发现#1主变保护装置差动保护动作，装置显示报文“差动保护动作”，显示故障电流A相0.32A，B相0.35A，C相0.41A；查看#2主变保护装置，装置同样显示“差动保护动作”，故障电流A相0.39A，B相0.35A，C相0.38A；检查故障录波及其它监控装置无故障信息。
四、检查情况及原因分析
针对保护动作情况对现场进行全面检查分析，初步分析有以下几种原因可能会引起差动保护动作：①差动保护范围内的一次设备发生异常；②差动保护装置误动；③电流回路误接线。
根据分析结果进行逐一检查，并结合保护动作前后的系统运行情况分析判断如下：①对差动保护范围内的一次设备进行全面的检查未发现异常，绝缘测试合格，相关试验项目合格，且故障录波及其他监控装置无故障信息，从而可以确认一次设备无异常；②用继电保护测试仪对差动保护装置进行全面的校验，并带断路器传动试验，保护装置正确动作；③检查差动保护CT二次接线、极性正确。以上检查项目均未发现异常。最后将变压器高压侧接线端子箱CT接地点拆除后测量绝缘电阻，结果绝缘值显示为零，从而确定差动电流回路存在两点接地的情况。检查发现差动保护屏柜里处有第二个接地点。按照“继电保护反事故措施”要求电流互感器的二次回路必须分别并且只能有一点接地。独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路，宜在断路器场地实现一点接地。从差动保护两点接地电流流向图看，当电力系统发生接地故障时，有较大的接地电流流入变电站地网，两点间会产生较大的电位差，因为即使接地点处在同一接地网络，也并非是绝对等电位，所以在两点之间会出现电位差。差动保护电流二次回路两点接地时，因电位差产生的电流南高地电势通过差动继电器流向低地电势当此电流值大于差动继电器设定的定值时，无论变压器在何种状态（运行、空载、冷备用、热备用），都会引起差动保护误动作。所以差动保护电流的二次回路必须只能有一点接地。
从以上分析可以看出本次#1主变空载运行及#2主变在冷备用状态下，差动保护误动作原因是由于电流二次回路出现两点接地，同时由于系统发生接地故障，故障电流流过该变电站地网造成的。 五、处理措施
造成此次事故的直接原因，是由于#1、#2主变差动电流二次回路出现两点地接，在工程施工及验收过程中没有严格按照继电保护反事故措施要求执行，存在非常大的安全隐患，最后造成投运后变压器差动保护的误动作，针对以上的问题，结合分析情况，提出如下防范措施。
1、新建或扩、改建工程中对用于差动保护的电流二次回路必须认真把好图纸设计及图纸审查关，包括图纸的初设、会审等每一个环节都要认真审查，马虎不得。特别在保护改造或设备更换的工程中，应注意做好相关保护二次回路的更改设计，这是杜绝留下安全隐患的前提和基础。
2、施工调试过程中，应严格按照反事故措施、相关规程规定，做好施工人员的技术交底，对有错误的地方应及时提交工程联系单，杜绝“随意施工，野蛮施工”现象。
3、一、二次设备的接地必须分开，电流互感器的二次回路必须分别并且只能有一点接地。独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路，宜在断路器场地实现一点接地，确保继电保护装置与接地网的可靠连接，在继电保护室内敷设接地铜排网，接地铜排网与主接地网可靠连接。
4、在调试验收过程中，每一位调试人员、验收人员都应有严谨的工作态度，一丝不苟。对电流二次回路进行一点接地检查时，将接地点拆除测量绝缘电阻是否合格，检查结束后必须将回路恢复到正常状态下。
六、解决差动保护装置误动作的措施
1、应尽量减少微机保护装置二次回路的接线；提高微机保护装置工艺水平；插件集成化，元件贴片化，每个模块相对独立，以提高系统的稳定性。
2、将保护装置的强弱电引线分开布线，减小强电磁场对弱电信号的影响；在IC元件的电源引脚两端加装去耦电容，吸收IC元件高速动作时产生的高频信号；去耦电容要选用高频特性好的独石电容或瓷片电容，焊接引脚要短；对从高噪声区来的电流、电压信号与地间加装抗干扰电容，吸收浪涌电压和尖峰脉冲；对电源插件的输入、输出部分加装磁环，减小直流电源纹波电压的影响等措施。
3、利用电流互感器断线闭锁，当检测元件检出变压器高压侧审.派互感器二次侧引出线发生的断线时闭锁保护；有效地防止保护装置误动。
4、对牵引变电所电流互感器的变比进行校核，并对保护整定值进行校验，防止电流互感器实际变比与计算变比不一致而造成保護装置误动作。
5、对于专线牵引变电所，变压器低压侧真空断路器放电将引起变压器差动保护装置误动作。需要将差动保护中的2次谐波闭锁判据改为综合谐波闭锁，解决差动保护装置误动作的现象。
七、结语
差动保护误动作有效控制，将有利于整个电力系统的稳定运行，文章对比较综合性的对差动保护方误动作产生原因及控制方法进行分析，起到了整体概述的作用，在具体细节的处理及相关参数的计算，可以参照相关标准或者说明书进行操作，以保证发挥差动保护方式的效果。
参考文献：
[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，2005.
[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3]都洪基.电力系统继电保护原理[M].南京：东南大学出版社，2007.