变压器差动保护误动因素分析及解决措施

广东省输变电工程有限公司 凌正茂

变压器保护常采用纵联差动保护和非电量保护作为主保护，当发生内部短路故障时，变压器两侧的电流互感器检测到差流，保护装置计算的差流值大于差动动作值时，保护发出跳闸命令。而当发生外部短路，正确配置的差动继电器在极端条件下由于不平衡电流、励磁涌流等干扰下，保护发生误动。本文在从理论上分析差动误动原因，求各种情况下流入继电器的不平衡电流，并提出措施减少不平衡电流的产生，从而提高差动保护的可靠性。

1 变压器差动保护原理

电力变压器作为电网系统中不同等级电压之间联系的纽带，广泛应用于电网系统各个环节，变压器的安全稳定运行牵涉面非常大，所造成损失往往难以估量。变压器在实际运行时除受自然环境影响，还受到承载负荷的瞬时扰动，长期运行的变压器容易出现各种故障和异常情况。作为变压器主保护的纵联差动(简称差动)保护和非电量保护，如果发生故障不能快速切除，不但会损坏变压器，甚至会引发系统事故或大面积停电事故。因此，变压器的继电保护历来是厂站保护中的重中之重，受到极大关注。

变压器差动保护的原理是：在变压器的各侧绕组装设电流互感器，二次绕组按照循环电流法接线，各侧CT端子引出线按同极性方向依次相连，同时串入差动继电器。此时差动继电器中流过电流是变压器二次电流差值。在正常运行和区外故障时流过差动继电器的差流应为零。变压器差动保护需要对数值进行如下几类处理：一是对变压器不同侧的差动互感器二次电流进行移相；二是滤除区外接地故障时流过变压器的零序电流；三是使变压器各侧差动互感器二次电流用平衡系数加以折算。

2 差动保护误动原因

提高变压器差动保护的可靠性，必须先对差动保护容易产生误动的原因进行分析，之后才能进一步找到解决问题的办法。

2.1 不平衡电流引起差动保护误动

正常运行状态下，变压器差动保护继电器不会检测到差流。但如果发生外部短路故障，外部流经一个非常大的短路电流，同时短路电流的暂态特性中含有大量非周期和谐波电流分量，使得励磁电流急剧增大。单相变压器参数折算后等效电路如图1所示：电流互感器流经的一次电流I1呈饱和状态，低压侧互感器的二次负载电流I2很难跟随一次值一致变化，从而出现较大的不平衡电流流入差动继电器，如果不平衡电流瞬时峰值达到差动动作值，差动继电器则会出口动作。研究如何减小该不平衡电流值，对提高保护动作可靠性有重要意义。

图1 双绕组单相变压器等效电路

2.2 CT二次回路断线引起差动保护误动

如果变压器不同侧的接线组别不一致，则由于高低压侧电流存在相位差，从而差动回路会产生不平衡电流。传统的差动保护对此的处理方法是：改变CT二次回路接线来实现一次组别的“相位补偿”。例如双绕组变压器最通常采用的是Y/dll接线，该种接线方法使得一次三角形侧电流相位超前一次星形侧300o，二次回路接线需将变压器星形侧的CT二次侧接成三角形，而三角形侧的CT接成星形，采用此方法调整后流入差动继电器的差流相位差恢复为零。目前变压器差动保护多采用软件移相法，无需对CT二次接线进行更改，对于任意接线组别的变压器，其CT二次回路都可以采用全星型连接，Y，d变换由微机装置进行“相位补偿”计算来实现内部移相，具体方法为“对称分量法” 经“矩阵变换”计算得出。

CT如果发生二次回路断线，最明显特征是电流会立刻下降。在微机保护中，若某侧电流只有一相或两相电流为零，剩余其他相电流与起动电流相等，故障相电流的突变量大于定值，同时满足上述条件则判定为CT断线。差动装置会闭锁差动，防止变压器差动保护误动作。

2.3 区外故障引起的差动保护误动

当变压器发生区外故障时，有如下几种原因容易产生差流：

（1）电流互感器(TA)本身存在误差或不同型号TA的转化差异较大，造成各侧电流不一致；当二侧互感器型号不一致，特别是发生短路故障的一侧使用P级互感器，保护级互感器，而短路电流小的一侧使用TPY级互感器，而此时短路电流较大，两侧的暂态特性差异使得一、二次侧传送差异非常大。

（2）当变压器进行有载调压操作时，分接头动作后电压发生波动产生不平衡电流。

3 减少差动误动可能性的措施

减少差动保护在区外故障下误动可能性，可从如下几方面着手，减小流入差动继电器的不平衡电流值，增大制动性能。

（1）在进行继电保护定值计算时，保护门槛定值不宜设置低，一般整定在0.4 In或以上较合适。

（2）两侧TA尽量选用同一型号的，可以同为P级或TPY级互感器，减少两侧TA的不平衡性，使用TPY级互感器效果较好。

（3）提高硬件的采样精确度和防抖精度。可以从编制的软件着手，来防止区外故障切除时对保护造成的误动。

4 结论

随着计算机水平的发展，保护装置硬件不断升级，软件计算逐步采用多种差动原理，采样精度和计算准确度也在提高。但仍存在诸多因素有可能造成变压器差动保护动作。本文从容易产生差动误动的原因分析入手，分析各种情况下流入继电器的不平衡电流，并提出措施减少不平衡电流的产生，从而提高差动保护的可靠性。我们只有在调试过程中把每一环节工作做细，严把质量关，及时多方沟通，可以保证差动保护的可靠性，最大程度的降低差动保护的误动作概率。