梁辉
中铁电化运管公司西延维管处延安供电段 718000
摘要：牵引变电所作为电气化铁路的重要组成部分，直接担负着向电力机车供电的重要任务，而牵引变压器是牵引变电所所的心脏，其相关保护尤为重要。牵引变压器保护分为电量保护和非电量保护，电量保护分为差动保护和后备保护等，非电量保护分为瓦斯保护、温度保护和压力保护等。本文就牵引变压器差动保护日常运用进行探讨，重点就差动保护故障排除重点论述。
关键词：电气化铁路；牵引变压器；差动保护
1 差动保护范围、类型及原理
1.1 差动保护范围
差动保护的保护范围是牵引变压器高压侧电流互感器负荷侧至牵引变压器低压侧电流互感器电源侧之间的设备，包括牵引变压器绕组、牵引变压器高低压两侧至差动保护所采样的电流互感器之间的进出线及直接连接设备。
1.2 差动故障类型
差动故障分为因接地、短路等原因造成的真故障和因施工、设计等原因造成的假故障。
真故障分为牵引变压器器身内故障和牵引变压器器身外故障两种；器身内设备故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等，器身外故障包括套管和引出线上发生相间短路和接地短路故障。
假故障分为施工因素引发故障和设计因素引发故障两种；施工因素引发故障包括电流互感器极性接反、高低压电流互感器不对应、电流互感器二次多点接地等；设计因素引发故障包括保护定值整定计算不符合实际、电流互感器因容量小在大电流下磁饱和造成采样偏差、变压器励磁涌流超标等。
1.3 差动动作原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，对于牵引变电所来说，将牵引变压器高低压电流互感器之间的所有电气设备看成是一个接点，在正常运行状态下流入该 “点”的电流和流出的电流相等，此时差动电流等于零。当设备出现故障时，流进该“点”的电流和流出的电流出现明显差别，差动电流明显增大。当差动电流达到差动保护装置整定的动作值时，启动保护装置，接通跳闸出口，将被保护设备的两侧断路器跳开，使故障设备断开电源。牵引变电所变压器差动保护原理如下图所示（以南瑞PCS-9688 电铁变压器差动保护装置单相变接线为例）：
在对应变压器的高压侧A相或B相通入大小为 (Ir2+1)× Ie的电流；在对应变压器的低压侧α相将流出大小为(Ir2+1)× Iel的电流,当变压器高压侧A相电流为正向输入时，B相电流与A相电流相角相同，α相与A相方向相同此时相差180°，此时差动电流应为0。即 =0，但变压器在正常运行情况下，变压器高低压侧二次电流的幅值和相角因电流互感器的变比和接线方式的不同而不相同，这些差别应该在变压器正常运行情况下应该被消除。保护装置PCS-9688 电铁变压器差动保护装置通过内部的相角补偿及平衡系数调整进行相位和幅值的补偿，使差动电流为0。具体的差动保护平衡系数算法Kph=Ueh/nL/Uel/nH, （U eH 、U,eL、nh、nL分别为高、低压侧额定电压，高、低压侧电流互感器变比）。
当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这时流过继电器的电流为I1与I2向量和将变为绝对值之和，即 ≠0，当Ik＞差动保护定值时，差动保护动作。
当变压器外部接线错误时（以高压侧电流互感器极性接反为例说明），当I1极性接反后，高低压侧相角相等，角度为0 。此时的差动电流 ≠0，当Ik＞差动保护定值时，差动保护动作。
2 差动保护排查方法
随着变压器生产技术革新和生产工艺提升，设备本身质量较以往已明显提高，基本能够经受运行中各种情况下的检验，故此差动保护在开通运行前的检查尤为重要。牵引变压器在投入使用并输出负荷后正常运行状态下，当没有伴随瓦斯保护动作下差动保护动作，95%以上是由于器身外部设备发生接地、电流二次回路虚接、保护装置自身故障等原因造成，因此故障处置时应优先检查牵引变压器高低压两次连接设备有无烧伤痕迹，二次数据采集是否准确、保护装置状态是否正常；当差动保护和瓦斯保护同时动作，基本可以判定为变压器器身内部发生故障；当差动保护、瓦斯保护和压力释放同时动作，可以直接判定为变压器内部发生故障。通过故障现象和故障数据的分析判断，为故障查找制定优质高效的处置方案，能够有效提高故障处置效率，提高牵引供电安全供电可靠性。
2.1 在牵引变电所投入运行前，差动保护需通过如下方法进行排查隐患（前提条件是二次接线已完成，交直流电源装置已调整完毕）：
使用仪器仪表检查：使用继电保护测试仪分别在每相电流互感器差动线圈二次接线柱上施加0.5A电流，通过观察保护装置数据显示比对，确保施加绕组和施加数值在装置中显示一一对应且数据准确，从而排除线圈使用错误和二次漏接、错接隐患；再使用继电保护测试仪对保护装置特性校验，确认其性能良好、动作可靠。
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使用万用表进行多点接地检查：电流互感器二次绕组可靠接地，是一般的安全规范，是为了避免一次与二次之间绝缘击穿后，一次高压入侵二次回路，造成低压设备及人身安全问题。但电流互感器二次绕组不能两点或两点以上接地，因为电流互感器二次有两点或两点以上多处接地时，多个接地点之间形成回路，可导致分流，致使测量及保护不准确，由几组电流互感器二次组合的电流回路，应在有直接电气连接处单点接地。
判断多点接地方法：明确电流互感器二次回路中距互感器本体最近的接地点位置，安排专人在此处进行配合；使用万用表蜂鸣档一表笔接在电流互感器差动二次接线柱上，另一表笔接在与主地网连接的接地体上，此时蜂鸣报警，可判断为电流互感器二次已可靠接地；将已明确电流互感器二次接地点拆除并悬空，此时万用表蜂鸣档停止报警，可判断为单点接地。
低压通电系统检查：当保护装置及二次回路均无异常后，此时采用低压通电的方法对差动保护进行系统性检查，下面以包西线某牵引变电所为例详细说明具体操作方法。
（1）将变压器低压侧a、b母线分别设置临时接地点，并确认202A、202B断路器手车在工作位；
（2）将AC380V的三相临时电源分别引接在1022电源侧的高压引线上，闭合1023、1022、2522、2521、102DL。
（3）闭合202A，此时调出保护装置显示界面，差动和制动电流应分别为IcdA、IcdC和IzdA、IzdC，且从具体数据上看，IzdA远大于IcdA，IzdC远大于IcdC, IcdA≈IcdC，IzdA≈IzdC；
（4）断开202A，闭合202B断路器，此时调出保护装置显示界面，差动和制动电流应分别为IcdB、IcdC和IzdB、IzdC，且从具体数据上看，IzdB远大于IcdB，IzdC远大于IcdC, IcdB≈IcdC，IzdB≈IzdC；
（5）闭合202A，此时调出保护装置显示界面，差动和制动电流应分别为IcdA、IcdB、IcdC和IcdA、IzdB、IzdC，且从具体数据上看，IzdA远大于IcdA，IzdB远大于IcdB，IzdC远大于IcdC,IcdC≈(IcdA+IcdB) IzdC≈(IzdA+IzdB)。
（6）依次断开202A、202B、102DL、2522、2521、1023、1022后拆除AC380V的三相临时电源后，拆除变压器低压侧a、b母线分别设置临时接地。
2.2 在牵引变电所投入运行后，差动保护可通过如下方法进行排查：
首先按照本节开始所说，先判别为变压器内部故障还是外部故障，一旦确定为内部故障时，则需要对该变压器进行全面试验，排除故障，必要时解体检查处理，在此不展开介绍，下面就外部故障引发的差动保护动作进行简单论述。
差动保护动作后，通过故障数据分析，判别故障相别，即差动动作电流是由那个相别的回路引发。依据故障相别的选定首先应对该相别变压器外部相关设备进行全面巡查，不必盲目对变压器进行全面试验。查看变压器外部相关设备有无接地和短路现象，同时排查二次接线是否存在多点接地和虚接情况，由此排除外部环境或施工遗留隐患造成的差动动作因素，其次是分析故障电流是否超过电流互感器额定容量，结合电流互感器励磁特性曲线报告判断有无磁饱和造成采样异常情况。通过巡视、比对、分析等非试验手段也可以在尽短的时间内查找出故障原因，在提高供电可靠性和作业人员工作效率同时，大大降低作业人员的劳动强度。最后是采用低压通电法对整个差动系统进行复核，确保故障处理全面、彻底。
3 结语
综上所述，牵引变压器差动保护在管理中应注意以下几点：
（1）新线验开通，首先通过通断法排除电流互感器多点接地隐患，随后使用继电保护测试仪在电流互感器本体施加电量，在保护装置中进行复核，从而保障电流互感器二次流入保护装置的电流是真实和准确的；其次采用低压通电法检测电流互感器二次接线与牵引变压器连接组别是匹配的，高低压电流互感器是一一对应的；熟悉综自厂家的产品特点，复核保护装置的特性、平衡系数和保护定值与实际的一致性，确保在不平衡电流下差动保护动作是精准和正确的。
（2）设备运行后，注意积累馈线电流和牵引变压器低压侧电流数据，定期分析是否存在磁饱和情况，确保数据采集的正确性。
（3）积累以往跳闸数据，定期进行系统分析、对比，寻找跳闸规律，为处理故障积累资料。
（4）强化现场作业管理，严格执行试验标准化，防止因人为因素造成保护误动作。
论文作者:梁辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/24
标签：变压器论文; 差动论文; 故障论文; 电流论文; 电流互感器论文; 保护装置论文; 低压论文; 《防护工程》2018年第8期论文;