變壓器差動保護誤動的行為分析及防范措施

楊 萍，陳 鵬

（寧夏電力公司超高壓分公司，寧夏 銀川 750011）

1 引言

近年來，區(qū)外故障導致變壓器差動保護誤動的事故時有發(fā)生，極大地影響了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，因此，加強變壓器的安全可靠運行，采取切實有效的措施提高變壓器差動保護的可靠運行能力，防止變壓器區(qū)外故障誤動，對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

本文通過分析某220kV變電站區(qū)外故障導致220kV變壓器差動保護誤動的事故原因情況，從主變差動保護CT選型、差動保護原理改進、二次諧波定值合理整定等方面，提出相應的事故預防及改進措施，對防止變壓器差動保護誤動，保證變壓器安全穩(wěn)定運行起到了積極的作用。

2 變壓器區(qū)外故障誤動的事故概況及簡要分析

2.1 故障情況及主變保護裝置動作情況簡介

某220kV變電站35kV I段發(fā)生接地故障，35kV I段29311線路開關(guān)柜內(nèi)部上方B相CT發(fā)生故障炸裂，柜內(nèi)35kV母線處有明顯燒傷痕跡。對于1＃主變差動保護來說，上述故障是區(qū)外故障。但從故障錄波圖中可以清晰看到，1＃主變35kV側(cè)二次電流發(fā)生嚴重畸變（A、C相），1＃主變差動保護動作報告中（A屏），采樣顯示發(fā)生故障時，A相差流為 5.198A，C 相差流為 5.425A。這說明 A、C 相CT發(fā)生飽和導致二次電流無法如實反映一次電流，形成差流，導致1＃主變保護A屏（二次諧波原理）差動保護出口，但1＃主變保護B屏（波形對稱原理）差動保護沒有動作。如圖1所示為變電站一次接線圖。

2.2 分析故障時主變差流的形成原因

1＃主變C相CT飽和最為嚴重，下面以C相為例，分析CT飽和程度及差流形成原因。

圖1 變電站一次接線圖

從離線分析軟件的錄波圖中讀取數(shù)據(jù)，三側(cè)C相電流值如表1所示。

表1 1＃主變?nèi)齻?cè)C相電流值

從表1可以看出，高壓側(cè)、中壓側(cè)電流基本同相，說明高、中壓側(cè)同時為低壓側(cè)提供短路電流，而且理論上高、中壓側(cè)提供的故障電流之和應該等于低壓側(cè)故障電流。但是通過上述計算發(fā)現(xiàn)，高、中壓側(cè)電流之和遠大于低壓側(cè)電流，也就是說低壓側(cè)由于CT飽和的原因，已經(jīng)無法正確傳變數(shù)值很大的短路電流，缺失了很大一部分，而缺失的這部分電流就是差動保護感受到的差電流。差流計算結(jié)果（5.144A）基本和裝置打印報告中的差流值（5.425A）基本一致。

在故障后設備檢查過程中，發(fā)現(xiàn)1＃主變35kV側(cè)差動保護用CT繞組為B級。通過查閱相關(guān)資料，B級的電流互感器適用于一般保護（如線路保護等），而對于“差”動保護（即構(gòu)成差電流的保護）應該選用專用P級電流互感器。因為“差”動保護有其特殊性，由于正常運行過程中，是不可能有差電流的，只有故障時才會有差電流，因此“差”動保護的動作值往往很靈敏，這就對電流互感器提出了更為苛刻的要求，尤其對故障時流過極大故障電流的電流互感器，必須要求構(gòu)成差動保護電流互感器抗飽和能力非常強，顯然本次故障中B級電流互感器的表現(xiàn)是令人失望的。

2.3 主變兩套不同原理差動保護的動作過程

2.3.1 二次諧波制動原理差動保護（A屏）動作過程

從A屏打印出的故障報告中得到故障跳閘時的數(shù)據(jù)如下：

圖2 主變比率制動差動保護斜率圖

如圖2所示為主變比率制動差動保護斜率圖。根據(jù)故障數(shù)據(jù)，A、C相很明顯已經(jīng)落入比率制動差動保護動作區(qū)，因此符合動作條件。由于A、C相CT飽和，造成二次電流諧波分量很大，那么此時差動保護是否能夠出口跳閘，主要看諧波成分及二次諧波含量的大小。由故障數(shù)據(jù)可得：A相二次諧波含量為 1.405／9＝15.61%，B 相二次諧波含量為 0.013／0.279＝4.6%，C 相二次諧波含量為 0.918／9.405＝9.76%。經(jīng)現(xiàn)場分析與廠家分析得到的結(jié)論基本一致，二次諧波原理是一相制動三相，但故障電流中二次諧波的含量均未達到20%（保護定值整定為20%），因此差動保護開放，保護出口跳開主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。CT淺飽和情況下二次諧波含量比較大，深度飽和情況時二次諧波含量就會減小。

如圖3所示為1＃主變A屏差動動作波形圖，由此可以看出二次諧波三相均開放保護（CDBXB2A，CDB－XB2B，CDB－XB2C）。

圖3 1＃主變A屏差動動作波形圖

由以上分析可知，本次差動保護（二次諧波制動原理）動作原因是由于CT飽和，從而使差動保護感受到差流并落入保護動作區(qū)。并且二次諧波含量都小于定值，所以二次諧波保護也沒有可靠制動。

2.3.2 波形對稱原理差動保護（B屏）

圖4 1＃主變B屏差動不動作波形圖

如圖4所示為1＃主變B屏差動不動作波形圖。B屏故障錄波圖和A屏完全一致，其A、C相比率制動差動保護動作行為與圖4相同。但不同的是，差動保護能否動作取決于故障電流波形對稱度判別結(jié)果。如前所述，由于CT飽和，二次電流發(fā)生嚴重畸變（A、C）相，不符合波形對稱的判據(jù)，此時保護裝置判定此電流是空投變壓器時的勵磁涌流，因此閉鎖了本套差動保護。

圖5 1＃主變B屏差動啟動波形圖

如圖5所示為1＃主變B屏差動啟動波形圖。從以上錄波波形圖也可看出，A，C發(fā)生畸變，也可從保護開關(guān)量CDB－XB2A，CDB－XB2C看出波形不對稱（虛線為不對稱），B相CT無飽和現(xiàn)象，故區(qū)外故障時差流為0。波形對稱原理差動保護是通過判別電流波形的對稱度，從而區(qū)分該電流是故障電流還是勵磁涌流。本次故障中，由于CT飽和造成二次電流發(fā)生嚴重畸變，電流波形明顯不對稱，保護裝置判定為勵磁涌流，因此閉鎖該套差動保護，故未動作。

由以上分析可知，由于兩套保護差動原理不同，導致保護A屏動作，B屏不動作，而波形對稱原理的差動保護防飽和能力遠遠好于二次諧波原理的保護。對于差動保護來說，主要靠比例制動元件和二次諧波制動元件來區(qū)分區(qū)外故障還是區(qū)內(nèi)故障，但是，二次保護的可靠性還需要一次CT的傳變電流的準確性來保障。如果故障時CT深度飽和，將會造成很大的傳變電流誤差，導致故障電流無法正常傳變給保護裝置，從而導致保護裝置誤動。

3 事故防范及改進措施

本次故障造成主變差動保護動作的根本原因在于CT飽和后產(chǎn)生很大的差流。差動保護對防止CT飽和的能力是有限的，雖然微機差動保護中比率制動可以在一定程度上防止CT飽和造成的保護誤動，但本次故障中由于低壓側(cè)故障電流太大，CT飽和后形成的很大差流已經(jīng)超越了比率制動保護的制動能力。

根據(jù)以上錄波及現(xiàn)場情況的分析，針對保護來說，區(qū)外故障時，差動應該不會動作。由于低壓側(cè)CT的A、C相飽和，反應到保護的二次電流失真，出現(xiàn)很大的差流，造成比例制動元件無法閉鎖。A屏差動保護選用二次諧波原理的差動，故障時二次諧波含量也均小于定值開放保護，造成A屏保護動作。而B屏保護為波形對稱原理差動，比例制動元件也是無法閉鎖，但故障時波形不對稱，保護判為涌流現(xiàn)象，故閉鎖保護。這樣就出現(xiàn)了現(xiàn)場主變保護區(qū)A屏動作，B屏不動作的現(xiàn)象。保護區(qū)外故障時差動保護主要靠比例制動元件進行制動，而不是靠二次諧波原理進行制動。

通過以上分析，主要考慮采取以下防范措施。

（1）考慮主變35kV側(cè)選用P級或抗飽和能力更強的電流互感器。

現(xiàn)場低壓側(cè)所選用的CT為B級互感器，B級互感器的抗飽和能力較差，現(xiàn)在一般變電所早已不使用B級互感器，而選用抗飽和能力更強的P級互感器。因此建議變壓器低壓側(cè)選用P級或抗飽和能力更強的電流互感器。

圖6 CT飽和特性圖

（2）改進差動保護程序，提高保護抗CT飽和能力，如圖6所示為CT飽和特性圖。發(fā)生故障后，電流互感器需要經(jīng)過一定時間才飽和，在互感器線性工作期間，外部故障保護裝置感受到的差流是很低的?；ジ衅黠柡秃螅盍骺赡茱@著增加。區(qū)外故障時，互感器周期性處于線性工作區(qū)時沒有差流，處于飽和區(qū)時有差流。而區(qū)內(nèi)故障時，不管互感器在線性區(qū)還是處于飽和區(qū)，始終都有差流。利用這個特點，即可以判別互感器是否飽和。建議保護廠家根據(jù)這個特點，改進差動保護抗CT飽和能力。

（3）調(diào)整保護定值項里的二次諧波定值為15%。更改此定值項也不會影響保護區(qū)內(nèi)故障時保護動作的靈敏性，因為區(qū)內(nèi)故障時保護的差流要大得多，二次諧波含量所占的百分比就比較小，不會降低保護的靈敏度。但是區(qū)外故障其制動能力將會增強，能很好地防止變壓器區(qū)外故障誤動。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實際運行證明，通過上述改進措施，對于防止變壓器區(qū)外故障差動保護誤動方面起到了積極的作用。

［1］繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.（GB／T14285－2006）.

［2］繼電保護和安全自動裝置檢驗規(guī)程［S］.（DL／T995－2006）.

［3］電力系統(tǒng)繼電保護規(guī)定匯編［M］.北京：中國電力出版社，1997.