變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

劉曉明

【摘 ?要】在電力系統(tǒng)中，變壓器是最為常見的、重要的元件之一，如果發(fā)生故障將會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性、供電的可靠性。因此在建設(shè)電力系統(tǒng)的過程中，需要根據(jù)變壓器的重要程度以及容量等多種因素，將適當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)裝置安裝在其中。本文將簡(jiǎn)單介紹變壓器的故障類型、保護(hù)配置及基本原理，分析差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、誤動(dòng)作的原因及處理措施，以提高變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】變壓器;差動(dòng)保護(hù);動(dòng)作;誤動(dòng)作

1 變壓器的故障類型

1.1油箱外故障：引出線的相間短路;絕緣套管閃絡(luò)或破壞;引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障。

1.2油箱內(nèi)故障：各相繞組之間的匝間短路;單相繞組部分線匝之間的匝間短路;單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障。

1.3變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)：由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地引起的中性點(diǎn)過電流、過電壓;由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。

對(duì)于變壓器來說，這些故障都是十分危險(xiǎn)的，特別是油箱內(nèi)故障時(shí)將產(chǎn)生巨大熱量，引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化，從而引起爆炸。

2變壓器保護(hù)配置及基本原理

2.1差動(dòng)保護(hù)

變壓器差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器各側(cè)電流的數(shù)值和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器中的電流為零，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器中的電流為變壓器各側(cè)流向短路點(diǎn)的短路電流二次值之和。正常運(yùn)行與外部故障時(shí)有很多因素使得流入差動(dòng)繼電器的電流不為零，該電流我們叫做不平衡電流，為了保證選擇性，差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流應(yīng)按躲過外部故障時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流來整定[1]。變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍，是變壓器各側(cè)的電流互感器之間的一次連接部分。

2.2瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于電弧作用使變壓器油及絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，從油箱向油枕流動(dòng)，其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同，瓦斯保護(hù)就是利用這種氣體或液體流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的保護(hù)。瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器匝間保護(hù)、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絶縁劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。

2.3零序電流保護(hù)

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路，將產(chǎn)生很大的零序電流，利用零序電流分量構(gòu)成保護(hù)，可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過電流保護(hù)的最大特點(diǎn)是只反映接地故障，不反應(yīng)三相和兩相短路，在正常運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)生震蕩時(shí)也沒有零序分量產(chǎn)生。

2.4過電流保護(hù)

作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)。

3 變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

3.1差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作檢查項(xiàng)目及處理

記錄動(dòng)作情況，打印故障錄波報(bào)告;檢查變壓器套管有無損傷、有無閃絡(luò)放電痕跡變壓器本體有無因內(nèi)部故障引起的其他異常現(xiàn)象;差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)所有一次設(shè)備瓷質(zhì)部分是否完好，有無閃絡(luò)放電痕跡變壓器及各側(cè)刀閘、避雷器、瓷瓶有無接地短路現(xiàn)象，有無異物落在設(shè)備上;差動(dòng)電流互感器本身有無異常，瓷質(zhì)部分是否完整，有無閃絡(luò)放電痕跡，回路有無斷線接地;差動(dòng)保護(hù)范圍外有無短路故障，差動(dòng)保護(hù)二次回路有無接地、短路等現(xiàn)象，跳閘時(shí)是否有人在差動(dòng)二次回路上工作。

3.2差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象及原因分析

差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí)，如果同時(shí)有瓦斯保護(hù)動(dòng)作，即使只報(bào)輕瓦斯信號(hào)，變壓器內(nèi)部故障的可能性大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘前如變壓器套管、引線、CT有異常聲響及其他故障現(xiàn)象，則說明一次故障可能性較大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí)，如果主變后備保護(hù)也啟動(dòng)，則說明差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)一次設(shè)備故障的可能性較大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，如其他保護(hù)未啟動(dòng)，而當(dāng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)回路及二次回路上有人工作，則可能屬于人為因素誤動(dòng);先發(fā)生直流一點(diǎn)接地后，如差動(dòng)保護(hù)再動(dòng)作而其他保護(hù)未動(dòng)作，則說明直流兩點(diǎn)接地短接了差動(dòng)保護(hù)跳閘接點(diǎn)的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作前巡視電流互感器時(shí)有異常聲響或差動(dòng)二次回路上有打火現(xiàn)象則說明差動(dòng)電流互感器二次開路的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，經(jīng)一次、二次檢查無異常，也無工作人員作業(yè)，則保護(hù)裝置誤動(dòng)的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，如有線路保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)差動(dòng)回路一次、二次檢查無異常，則保護(hù)定值整定不當(dāng)或二次接線錯(cuò)誤的可能性較大[2]。

3.3差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)區(qū)別

差動(dòng)保護(hù)作為變壓器內(nèi)部以及套管引出線相間短路的保護(hù)以及中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)的單相接地短路保護(hù)，同時(shí)對(duì)變壓器內(nèi)部繞組的匝間短路也能反映。但是差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器內(nèi)部鐵芯過熱或者因繞組接觸不良造成的過熱無法反映，當(dāng)繞組匝間短路時(shí)短路匝數(shù)很少時(shí)也可能反映不出。而瓦斯保護(hù)雖然能反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障，但對(duì)于套管引出線的故障無法反映，因此差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)共同組成變壓器的主保護(hù)。

4 變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作因素分析[3]

不平衡電流是引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的最重要因素之一，產(chǎn)生變壓器不平衡電流有以下幾個(gè)原因：

4.1變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流

勵(lì)磁涌流主要是由于在變壓器空投時(shí)產(chǎn)生的含有大量高次諧波含量的電流，其中以二次諧波為主。變壓器差動(dòng)保護(hù)可利用二次諧波制動(dòng)來防止此原因造成的差動(dòng)誤動(dòng)。

4.2變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流

由于變壓器常常采用Y，d11的接線方式，因此兩側(cè)電流相位相差30°。如果差動(dòng)保護(hù)采用按相差動(dòng)，則電流互感器二次側(cè)電流將有相位差，會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡電流。將變壓器Y側(cè)的電流互感器采用△型接線，變壓器△側(cè)的電流互感器采用Y型接線，這樣變壓器兩側(cè)的二次電流相位便可一致了。以上是老式傳統(tǒng)繼電器差動(dòng)保護(hù)的基本原理，它是通過差動(dòng)互感器的接線方式不同來進(jìn)行角度校正的?，F(xiàn)如今電力系統(tǒng)中大多都使用微機(jī)保護(hù)裝置，而一般接入保護(hù)裝置的電流互感器接線全都是星型接法，然后通過軟件移相進(jìn)行角差校正。

4.3計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流

通過上面的辦法可使兩側(cè)電流相位一致，但是兩側(cè)電流的大小仍不同，為使正常運(yùn)行及外部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流等于零，則應(yīng)將高壓側(cè)的電流互感器變比加大 倍。由于兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標(biāo)準(zhǔn)的變比，因此變壓器的實(shí)際變比很難滿足計(jì)算變比的要求，此時(shí)差動(dòng)回路中將有電流流過。當(dāng)采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器時(shí)，通常都是利用它的平衡線圈來消除此電流的影響。微機(jī)保護(hù)則是通過平衡系數(shù)來進(jìn)行電流大小補(bǔ)償。

4.4兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同產(chǎn)生的不平衡電流

由于兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同，它們的飽和特性、勵(lì)磁特性也就不同，因此在差動(dòng)回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。

4.5變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流

帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭，是電力系統(tǒng)中采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器來調(diào)整電壓的方法，實(shí)際上改變分接頭就是改變變壓器的變比。如果差動(dòng)保護(hù)已按照某一變比調(diào)整好，則當(dāng)分接頭該換時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡電流流入差動(dòng)回路。對(duì)此而產(chǎn)生的不平衡電流，應(yīng)在差動(dòng)保護(hù)的整定值中予以考慮。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在變壓器運(yùn)行中，差動(dòng)保護(hù)起著至關(guān)重要的作用，但是一旦差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象，將失去其自身的作用。繼電保護(hù)專業(yè)人員需要分析差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的因素，然后采用合理的方式進(jìn)行預(yù)防，避免差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)問題，保障變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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（作者單位：國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司和禹水電開發(fā)公司）