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摘要：差动速断保护是为了在变压器内部发生严重故障，一般的比率差动保护可能误判为涌流而失效时能够快速切除故障而设置的，高压厂用变压器（简称高厂变）等负荷变压器因低压侧区外故障电流互感器（TA）深度饱和引起的差动速断保护误动问题一直是实际运行中的难题。针对高厂变差动速断保护区外故障误动的案例，通过对TA ；饱和特性的分析，找到了常规差动速断保护误动的原因，提出了用工频量差动速断保护来解决高厂变和直配线路负荷变压器因低压侧TA ；饱和引起的差动速断保护误动问题的对策。
关键词：差动速断保护；故障；原因；对策
变压器内部发生严重故障时，差电流可能会因电流互感器（TA）饱和出现谐波，比率差动保护可能误判为涌流而失效，差动速断保护不加任何闭锁措施，没有制动特性，定值按躲过涌流整定，能够快速切除故障。但在实际运行中，由于高压厂用变压器（简称高厂变）低压侧的TA ；一般都安装在断路器屏内，受安装空间的限制，往往只能选用小容量的P ；级TA。当低压侧区外发生故障时，该TA ；很容易深度饱和，造成差动速断保护误动。为解决此误动问题，要抬高定值，但即便按7～8 ；倍的额定电流进行整定，也不一定能完全避免误动。本文针对一起误动案例，通过分析TA ；饱和时二次电流的特征，找到了常规差动速断保护误动的原因，提出了防误动对策，该对策同样适用于解决直配线路负荷变压器的差动速断保护误动问题。
1.现场典型事故案例
某电厂4 ；号机组（100 ；MW）厂用变压器低压侧B ；分支厂用电发生三相短路，差动速断保护动作出口。差动速断定值为8I ；e（I ；e ；为额定电流），图1、图2分别为高厂变高、低压侧三相电流波形，图3 ；为差流波形。对比图1、图2 ；的相位，发现高厂变高、低压侧同相电流之间的相位差大约为180°，说明短路点在区外。
从图1 ；可以看出，C ；相电流始终对称，波形没有畸变，说明C ；相电流不含直流分量，C ；相铁芯也没有饱和，TA ；传变性能良好；AB ；两相电流在短路初期严重偏于时间轴的一侧，说明短路电流的直流分量较大；AB ；两相电流在短路一个周期以后均发生了畸变，说明AB ；两相铁芯在一个周期以后就饱和了，该饱和可能是短路电流里的直流分量引起的，也可能是剩磁通与直流分量磁通共同作用的结果。 从图2 ；可以看出，AB ；两相电流在故障后第1 ；个峰值前就发生畸变，说明该两相铁芯的剩磁很严重，故障后不到5 ；ms ；就发生了严重饱和，TA ；传变故障电流的能力很差，于是就产生了很大的不平衡差流（见图3）。
图1 ； 高厂变高压侧电流波形
图2 高厂变B ；分支电流波形
图3 高厂变三相差流波形
图3 ；中三相差流的峰值分别为13.50I ；e，10.70I ；e，6.85I ；e，由半波积分法算得的三相差流的有效值分别为11.91I ；e，9.01I ；e，6.02I ；e，而差动速断保护的动作定值为8I ；e，显然，AB ；两相差流都大于差动速断保护定值，差动速断保护动作。
2.高厂变差动速断保护误动原因分析
2.1高厂变TA ；的特点
高厂变高压侧的TA ；通常都安装在户外，选型时没有太多的限制，可以选择容量适中、能满足短路电流水平要求的TA，故障时一般不易饱和。而低压侧的TA ；一般都要求安装在断路器屏内，受安装空间的限制，不易选到大变比、大容量的TA，而小容量的P ；级TA ；能够承受的短路电流水平又比较低，剩磁也比较严重，故障时很容易深度饱和，引起差动速断保护误动[1]。
2.2影响TA ；传变特性的因素
发生故障时，铁芯剩磁和一次电流非周期分量是引起TA ；深度饱和的两个重要因素，而TA ；一旦深度饱和就基本丧失了电流传变能力[2]。在短路初期的暂态阶段，一次电流里通常含有比较大的直流分量，波形偏于时间轴的一侧，由于TA ；铁芯磁通不能突变，于是在二次回路里也产生了一个自由分量电流。因此，在短路初始阶段，只要TA ；不饱和，它是能够准确传变一次电流的，二次电流波形与一次电流接近。随着时间的推移，一次电流的直流分量逐步进入励磁回路，于是铁芯里又多了一个非周期性分量磁通。如果剩磁通与非周期性分量磁通同向叠加后的磁通接近或大于饱和磁通，TA ；就饱和，励磁电流就急剧上升，二次电流就严重畸变，TA ；的传变特性就急剧恶化。假定TA ；的变比为1：1，并忽略变比误差，则TA ；严重饱和时的一、二次电流波形如图4 ；所示[3]。
图4 TA ；严重饱和时一、二次电流波形
2.3高厂变差动速断保护误动的原因
对于高厂变，当低压侧区外发生故障时，高压侧TA ；通常不易饱和，在故障初期，TA ；能够准确传变一次电流，二次电流波形与图4 ；中的红线很接近，含有很大的直流分量。低压侧TA ；在故障后几毫秒就深度饱和，其二次电流波形与图4 ；中的蓝线很接近，于是就在二次回路形成了很大的差流。常规差动速断保护都采用半波积分法计算差流，差流计算值与图4 ；中红线、蓝线间的面积成正比，数值很大，保护很容易误动。常规差动速断保护使用半波积分法计算差流的好处是实现简单、动作速度快，不足是差流计算值受TA ；饱和的影响较大。对于其他类型变压器，由于可以通过选择容量适中、能满足短路电流水平要求的TA ；来保证故障时不饱和或只有轻微饱和，区外故障时的差流计算误差并不大，加上差动速断保护定值又是按躲过励磁涌流整定的，因此不会误动。 3.工频量差动速断保护
工频量差动速断保护通过对变压器各侧电流的基波分量求差得到差流，基本不受直流分量和谐波影响。故障时，如果各侧TA ；都不饱和，则差流计算值与常规差动速断保护基本上是一样的。对于高厂变低压侧区外故障，尽管低压侧TA ；严重饱和会造成低压侧的电流工频量幅值有比较大的损失，但工频量差流计算值仍然比常规差动速断保护小得多，保护不容易误动[2]。
当工频量差动速断保护用于高厂变时，低压侧区外故障不会误动，区内严重故障时能够灵敏动作。因为高厂变通常是两绕组变压器，只有高压侧有电源，且高压侧TA ；不存在严重的饱和问题。区内故障时，低压侧TA ；由于不流过故障电流也不存在饱和问题，因此，工频量差流实际上就是高压侧二次电流的基波分量。对于一般性区内故障，完全可以由比率差动保护来切除。对于严重的区内故障，即使高压侧TA ；有轻微的饱和，工频量差流的幅值损失也不大，按正常要求整定的差动速断保护是能够灵敏动作的。所谓区内严重故障，一般是指高压侧绕组引出线或高压绕组端侧附近发生严重短路故障工频量差流算法计算值可见，当低压侧区外严重故障时，短路回路在包含高厂变短路阻抗的情况下，最大的工频量差流有效值就已达到5.47I ；e，区内严重故障时，短路回路里基本不含或只含很少一部分高厂变短路阻抗，因此，如果定值按7～8 ；倍的额定电流整定的话，差动速断保护的灵敏度是有保证的。
4.负荷变压器差动速断保护的防误动对策
4.1 ；高厂变差动速断保护的防误动对策
高厂变差动速断保护的误动问题由来已久，学术界也一直在研究对策。在实际运行中，如果低压侧TA ；剩磁很严重的话，其线性传变时间可能只有2～3 ；ms。由于高厂变低压侧TA ；在低压侧区外故障时很容易深度饱和的问题难以解决，笔者认为，可以用工频量差动速断保护替代常规的差动速断保护来解决低压侧区外故障的误动问题。
4.2 ；直配线路负荷变压器差动速断保护的误动问题
电力系统配电网中存在着大量的直配线路，相应的负荷变压器也存在着与高厂变类似的情况。由于低压侧电压等级较低时负荷电流很大，同时还受投资费用和安装空间等因素的限制，低压侧也是普遍采用小容量的P ；级TA。当低压侧区外发生严重短路故障时，低压侧TA ；也很容易饱和，差动速断保护也存在误动问题[3]。笔者认为，该问题也可以通过改用工频量差动速断保护来解决。
5.结语
由于高厂变低压侧TA ；一般都安装在断路器屏内，受安装空间的限制，只能选用P ；级小容量TA，低压侧区外故障时，在剩磁和非周期性分量电流的作用下很容易深度饱和，造成差动速断保护误动。本文通过一起差动速断保护误动的案例，分析了TA ；饱和时二次电流的特征及其对基于半波积分法的常规差动速断保护的影响，提出了改用工频量差动速断保护来解决因低压侧TA ；饱和引起的差动速断保护误动问题的思路，并通过对一组故障实例数据的对比计算，验证了该思路的合理性，具有一定的工程实用价值。
参考文献：
[1]邓祥力，王传启，张哲等.基于小矢量技术的快速差动电流速断保护[J].电力系统自动化，2012，36（14）：67-71.
[2]景敏慧.变电站电气二次回路及抗干扰[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3]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.
关键词：差动速断保护；故障；原因；对策
变压器内部发生严重故障时，差电流可能会因电流互感器（TA）饱和出现谐波，比率差动保护可能误判为涌流而失效，差动速断保护不加任何闭锁措施，没有制动特性，定值按躲过涌流整定，能够快速切除故障。但在实际运行中，由于高压厂用变压器（简称高厂变）低压侧的TA ；一般都安装在断路器屏内，受安装空间的限制，往往只能选用小容量的P ；级TA。当低压侧区外发生故障时，该TA ；很容易深度饱和，造成差动速断保护误动。为解决此误动问题，要抬高定值，但即便按7～8 ；倍的额定电流进行整定，也不一定能完全避免误动。本文针对一起误动案例，通过分析TA ；饱和时二次电流的特征，找到了常规差动速断保护误动的原因，提出了防误动对策，该对策同样适用于解决直配线路负荷变压器的差动速断保护误动问题。
1.现场典型事故案例
某电厂4 ；号机组（100 ；MW）厂用变压器低压侧B ；分支厂用电发生三相短路，差动速断保护动作出口。差动速断定值为8I ；e（I ；e ；为额定电流），图1、图2分别为高厂变高、低压侧三相电流波形，图3 ；为差流波形。对比图1、图2 ；的相位，发现高厂变高、低压侧同相电流之间的相位差大约为180°，说明短路点在区外。
从图1 ；可以看出，C ；相电流始终对称，波形没有畸变，说明C ；相电流不含直流分量，C ；相铁芯也没有饱和，TA ；传变性能良好；AB ；两相电流在短路初期严重偏于时间轴的一侧，说明短路电流的直流分量较大；AB ；两相电流在短路一个周期以后均发生了畸变，说明AB ；两相铁芯在一个周期以后就饱和了，该饱和可能是短路电流里的直流分量引起的，也可能是剩磁通与直流分量磁通共同作用的结果。 从图2 ；可以看出，AB ；两相电流在故障后第1 ；个峰值前就发生畸变，说明该两相铁芯的剩磁很严重，故障后不到5 ；ms ；就发生了严重饱和，TA ；传变故障电流的能力很差，于是就产生了很大的不平衡差流（见图3）。
图1 ； 高厂变高压侧电流波形
图2 高厂变B ；分支电流波形
图3 高厂变三相差流波形
图3 ；中三相差流的峰值分别为13.50I ；e，10.70I ；e，6.85I ；e，由半波积分法算得的三相差流的有效值分别为11.91I ；e，9.01I ；e，6.02I ；e，而差动速断保护的动作定值为8I ；e，显然，AB ；两相差流都大于差动速断保护定值，差动速断保护动作。
2.高厂变差动速断保护误动原因分析
2.1高厂变TA ；的特点
高厂变高压侧的TA ；通常都安装在户外，选型时没有太多的限制，可以选择容量适中、能满足短路电流水平要求的TA，故障时一般不易饱和。而低压侧的TA ；一般都要求安装在断路器屏内，受安装空间的限制，不易选到大变比、大容量的TA，而小容量的P ；级TA ；能够承受的短路电流水平又比较低，剩磁也比较严重，故障时很容易深度饱和，引起差动速断保护误动[1]。
2.2影响TA ；传变特性的因素
发生故障时，铁芯剩磁和一次电流非周期分量是引起TA ；深度饱和的两个重要因素，而TA ；一旦深度饱和就基本丧失了电流传变能力[2]。在短路初期的暂态阶段，一次电流里通常含有比较大的直流分量，波形偏于时间轴的一侧，由于TA ；铁芯磁通不能突变，于是在二次回路里也产生了一个自由分量电流。因此，在短路初始阶段，只要TA ；不饱和，它是能够准确传变一次电流的，二次电流波形与一次电流接近。随着时间的推移，一次电流的直流分量逐步进入励磁回路，于是铁芯里又多了一个非周期性分量磁通。如果剩磁通与非周期性分量磁通同向叠加后的磁通接近或大于饱和磁通，TA ；就饱和，励磁电流就急剧上升，二次电流就严重畸变，TA ；的传变特性就急剧恶化。假定TA ；的变比为1：1，并忽略变比误差，则TA ；严重饱和时的一、二次电流波形如图4 ；所示[3]。
图4 TA ；严重饱和时一、二次电流波形
2.3高厂变差动速断保护误动的原因
对于高厂变，当低压侧区外发生故障时，高压侧TA ；通常不易饱和，在故障初期，TA ；能够准确传变一次电流，二次电流波形与图4 ；中的红线很接近，含有很大的直流分量。低压侧TA ；在故障后几毫秒就深度饱和，其二次电流波形与图4 ；中的蓝线很接近，于是就在二次回路形成了很大的差流。常规差动速断保护都采用半波积分法计算差流，差流计算值与图4 ；中红线、蓝线间的面积成正比，数值很大，保护很容易误动。常规差动速断保护使用半波积分法计算差流的好处是实现简单、动作速度快，不足是差流计算值受TA ；饱和的影响较大。对于其他类型变压器，由于可以通过选择容量适中、能满足短路电流水平要求的TA ；来保证故障时不饱和或只有轻微饱和，区外故障时的差流计算误差并不大，加上差动速断保护定值又是按躲过励磁涌流整定的，因此不会误动。 3.工频量差动速断保护
工频量差动速断保护通过对变压器各侧电流的基波分量求差得到差流，基本不受直流分量和谐波影响。故障时，如果各侧TA ；都不饱和，则差流计算值与常规差动速断保护基本上是一样的。对于高厂变低压侧区外故障，尽管低压侧TA ；严重饱和会造成低压侧的电流工频量幅值有比较大的损失，但工频量差流计算值仍然比常规差动速断保护小得多，保护不容易误动[2]。
当工频量差动速断保护用于高厂变时，低压侧区外故障不会误动，区内严重故障时能够灵敏动作。因为高厂变通常是两绕组变压器，只有高压侧有电源，且高压侧TA ；不存在严重的饱和问题。区内故障时，低压侧TA ；由于不流过故障电流也不存在饱和问题，因此，工频量差流实际上就是高压侧二次电流的基波分量。对于一般性区内故障，完全可以由比率差动保护来切除。对于严重的区内故障，即使高压侧TA ；有轻微的饱和，工频量差流的幅值损失也不大，按正常要求整定的差动速断保护是能够灵敏动作的。所谓区内严重故障，一般是指高压侧绕组引出线或高压绕组端侧附近发生严重短路故障工频量差流算法计算值可见，当低压侧区外严重故障时，短路回路在包含高厂变短路阻抗的情况下，最大的工频量差流有效值就已达到5.47I ；e，区内严重故障时，短路回路里基本不含或只含很少一部分高厂变短路阻抗，因此，如果定值按7～8 ；倍的额定电流整定的话，差动速断保护的灵敏度是有保证的。
4.负荷变压器差动速断保护的防误动对策
4.1 ；高厂变差动速断保护的防误动对策
高厂变差动速断保护的误动问题由来已久，学术界也一直在研究对策。在实际运行中，如果低压侧TA ；剩磁很严重的话，其线性传变时间可能只有2～3 ；ms。由于高厂变低压侧TA ；在低压侧区外故障时很容易深度饱和的问题难以解决，笔者认为，可以用工频量差动速断保护替代常规的差动速断保护来解决低压侧区外故障的误动问题。
4.2 ；直配线路负荷变压器差动速断保护的误动问题
电力系统配电网中存在着大量的直配线路，相应的负荷变压器也存在着与高厂变类似的情况。由于低压侧电压等级较低时负荷电流很大，同时还受投资费用和安装空间等因素的限制，低压侧也是普遍采用小容量的P ；级TA。当低压侧区外发生严重短路故障时，低压侧TA ；也很容易饱和，差动速断保护也存在误动问题[3]。笔者认为，该问题也可以通过改用工频量差动速断保护来解决。
5.结语
由于高厂变低压侧TA ；一般都安装在断路器屏内，受安装空间的限制，只能选用P ；级小容量TA，低压侧区外故障时，在剩磁和非周期性分量电流的作用下很容易深度饱和，造成差动速断保护误动。本文通过一起差动速断保护误动的案例，分析了TA ；饱和时二次电流的特征及其对基于半波积分法的常规差动速断保护的影响，提出了改用工频量差动速断保护来解决因低压侧TA ；饱和引起的差动速断保护误动问题的思路，并通过对一组故障实例数据的对比计算，验证了该思路的合理性，具有一定的工程实用价值。
参考文献：
[1]邓祥力，王传启，张哲等.基于小矢量技术的快速差动电流速断保护[J].电力系统自动化，2012，36（14）：67-71.
[2]景敏慧.变电站电气二次回路及抗干扰[M].北京：中国电力出版社，2010.
[3]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.