（国网张掖供电公司）
摘要：本文阐述了一起主变差动保护误动作的事故分析及处理过程。通过对现场保护装置事故报文、复核现场定值计算、保护装置整组试验、主变压器差动回路二次接线及电流互感器特性试验等全面进行分析，指出了差动保护误动作的原因并采取了纠正措施，保证了电网的安全稳定可靠运行。
关键词：变压器；差动保护；误动作；TA试验
0 引言
变压器是变电站中的关键原件，是电力生产中极其重要的环节，其良好运行状态是保证电网安全稳定运行的必要条件。《继电保护和安全自动装置技术规程》要求：10MVA及以上容量的单独运行变压器、6.3MVA及以上容量的并联运行变压器或工业企业中的重要变压器，应装设纵差动保护；对于2MVA及以上容量的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，应装设纵差动保护。变压器差动保护为单元保护具有较高的灵敏性和速动性，但是必须保证其动作的选择性，不应再区外故障的情况下误动作。
2016年6月1日和3日，35kV南华变电站接连发生了两起由于10kV 111南华线线路两相短路，造成10kV 111南华线过流Ⅰ段保护动作跳闸，3#主变差动保护误动作出口，跳开3#主变高压侧3503开关和低压侧301开关的事故。
1 事故经过
2016年6月3日17时14分28秒，10kV 111南华线线路AB两相短路，造成111南华线过流Ⅰ段保护动作跳闸及3#主变差动保护误动作出口。111南华线TA变比为200/5，过流Ⅰ段动作电流为60.9A，得A；3号主变比率差动动作，，。下图2为111南华线线路AB两相短路时差动保护动作的录波图：
其中电流通道1、2、3分别为3#变压器差动回路高压测A、B、C三相电流，电流通道4、5、6分别为3#变压器差动回路低压测A、B、C三相电流。
有以上数据可以看出，111南华线故障短路电流较大，短路点较近，造成了3#变压器比率差动误动作，下面以6月3日的误动进行分析。
2 现场检查
2.1 111南华线路动作报告
该线路TA 变比为200/5，配置两相式电流互感器。
启动时刻：2016-06-03 17：14：28：081
状态量：018ms 过流Ⅰ段动作
072ms 过流Ⅰ段动作返回
1053ms 重合闸动作
1257ms 重合闸返回
动作电流：IA：60.9A
2.2 3#主变差动保护动作报告
该差动保护配置北京天能继保DSI5122型保护装置。高压侧TA变比300/5，低压侧TA变比500/5。
2016年6月3日17时14分28秒149
比率差动动作：，
根据动作时间111南华先于3#主变差动保护动作，111南华动作行为正确，且找到故障点位于线路1.4公里处。
2.3 3#主变差动保护正常时的极性及差流检查
（1）差流值
I1a=0.61A I1b=0.59A I1c=0.58A
I3a=1.30A I3b=1.25A I3c=1.27A
Ida=0.02A Idb=0.01A Idc=0.01
（2）极性检查
变压器投运后，以高压侧35kV母线二次电压UAN为基准，测量差动回路高压侧各相电流幅值、角度如下：UAN=61.7V，θ=0o
IAh=0.61A，θ=35.7o
IBh=0.59A，θ=279.5o
ICh=0.61A，θ=159.6o
以低压侧10kV母线二次电压UAN为基准，测量差动回路低压侧各相电流幅值、角度如下：UAN=57.9V，θ=0o
IAl=1.30A，θ=244.3o
IBh=1.25A，θ=123.6o
ICh=1.27A，θ=8.8o
有以上测量数据可以看出，3#主变差动保护高压侧、低压侧电流均为正序分布（A相超前B相、B相超前C相、C相超前A相大约120度），且高压侧A、B、C相超前低压测A、B、C相均约为150度，变压器联接组别为YD11，高压侧A相电流落在第二象限P为正（流入极性端），低压侧A相电流落在第四象限P为负（流出极性端），两侧TA极性端均在各自母线侧，极性正确。若变压器高低侧差动电流均按负序接入，则原边超前副边应为210度。
3 事故分析
3.1 对主变压器差动保护整定值的分析
变压器容量为8000kVA，高压侧TA变比为300/5，低压侧TA变比为500/5。
定值单整定：差动启动定值1.1A，差流告警门槛0.55A，比率差动起始斜率0.12，最大斜率0.7，二次谐波制动系数定值0.17，差动速断电流定值15.84。
3.1.1 差动平衡系数的计算
主变压器高压侧平衡系数计算：差动保护平衡系数可以以任意侧为基准，本保护以主变高压侧二次电流为基准，所以高压侧平衡系数为1。
主变压器低压侧平衡系数计算，以该说明书为准：
主变高压侧额定电流
主变低压侧额定电流
低压测平衡系数
3.1.2 差动最小动作电流计算
变压器8000kVA，35/10kV，低压侧二次电流4.62A，乘以低压侧平衡系数后为2.2A。差动启动电流，通常取，其中是可靠系数取1.5～2；是TA的比误差10P型取0.03×2，5P取0.01×2；是变压器改变分接头或带负荷调压造成的误差；是其他误差（励磁电流等引起的误差）；是通道变换及调试误差取0.1。本差动保护差动启动定值为1.1A，实际取了额定电流的50%。符合要求。
3.1.3 比率制动、谐波制动系数和最小制动电流整定
比率差动起始斜率0.12，最大斜率0.7；谐波制动系数整定为0.17均符合技术说明书要求。
3.1.4 差流速断计算
差流速断按躲过变压器的励磁涌流、最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定，通常，一般取为4～8，对于容量为6300～31500kVA的变压器取4.5～7.0。本变压器实际保护速断动作电流整定值为15.84A，得为7.2基本符合要求。
由以上分析计算可知，主变压器差动保护整定值计算是正确的，不会引起保护动作。
3.2 对差动保护装置的试验
对差动保护装置最小动作电流、比率制动系数、二次谐波制动系数及差流速断动作电流进行全面试验，发现本装置二次谐波制动系数有2%的误差，定值整定为17%，实际制动为15%，将定值改为15%，实际制动效果为13%，根据规程要求，变压器二次谐波制动系数一般整定范围为15%-20%，系数越小制动效果越好，所以该定值不会造成区外故障时差动保护误动。其他试验均符合定值及说明书要求。
3.3 差动保护电流互感器接线情况的检查
对该变压器电流互感器进行核对，高压侧电流互感器铭牌信息：
中国大连北方互感器集团有限公司 2009年5月制造
经检查1绕组接计量，2绕组接测量，3绕组接差动，二次回路接线正确。
3.4 对差动保护动作录波波型的分析
经查阅111南华线线路故障时3#主变差动保护装置故障录波图，如图2所示。分析此录波图发现差动回路低压侧电流A、B、C三相的波形在90度附近出现一个尖顶波，此尖顶波高于正常情况下应当输出的电流最大值，以一周波为单位，0o-90o和180o-270o为近线性传变，90o-180o和270o-360o几乎垂直下来为非线性传变，且出现较长时间的间断角。
从主变差动保护动作时的录波图上可以看出差动保护误动作的原因是由于主变压器区外故障时，低压侧TA严重饱和，导致低压侧电流非线性传变，根据基尔霍夫电流定律主变差动保护中差流的计算实际是将各侧电流进行矢量相加，低压侧TA饱和导致参与差动计算的电流发生严重畸变，从而产生很大的差流，保护整定时考虑一定的抗TA饱和能力，同时为了保证变压器内部发生严重故障时保护能快速动作，差动保护中通常不再增设TA饱和判据，因此当111南华线线路发生严重短路故障时，3#主变低压侧TA严重饱和是造成3#主变差动保护误动作的真正原因。
4 TA分析
4.1 TA饱和原因
稳态饱和：当电流互感器通过的稳态对称短路电流产生的二次电动势超过一定值时，互感器铁心将开始出现饱和。这种饱和情况下的二次电流特点是：畸变的二次电流呈脉冲形，正负半波大体对称。对于反应电流值的保护，如过电流保护和阻抗保护等，饱和将使保护灵敏度降低。对于差动保护，差电流取决于两侧互感器饱和特性的差异。
暂态饱和：短路电流一般含有非周期分量，这将使电流互感器的传变特性严重恶化。原因是电流互感器的励磁特性是按工频设计的，在传变等效频率很低的非周期分量时，铁心磁通（即励磁电流）需要大大增加。非周期分量导致互感器暂态饱和时二次电流波形是不对称的，开始饱和的时间较长。但铁心有剩磁时，将加重饱和程度和缩短开始饱和时间。
4.2 TA不满足时的解决措施
（1）选择大容量的TA；
（2）加大连接二次回路电缆的截面积，减小连接电缆的阻抗；
（3）在保护装置对TA的二次接线方式没有特殊要求时，可以改变其接线方式以调整接线系数。将不完全新型接线改为完全新型接线，将三角形接线改为新型接线，这样使接线系数调整为1；
（4）提高TA变比，增大励磁阻抗，这样在同样的短路电流情况下，短路电流倍数将减小；
（5）将同一TA相同变比的两个二次绕组串联使用，减小互感器励磁电流，这将使其串联后的伏安特性增加，容量增大。
（6）改用伏安特性较高的绕组，提高励磁阻抗。
（7）采用TP类暂态型电流互感器。
5 结论
（1）根据3#主变差动故障录波分析，3#主变差动误动是由于低压侧TA饱和致使参与差动计算的电流发生畸变和间断，导致差动保护误动作。
（2）根据3#主变低压侧TA伏安特性曲线及10%误差曲线，该组TA不满足铭牌数据要求。
（3）根据3#主变低压侧TA二次回路负荷实测和计算，该组TA二次额定输出容量不能满足该差动回路的要求。
（4）根据3#主变低压侧TA伏安特性曲线拐点电压计算的实际允许故障电流倍数均小于该组TA标称准确限制电流倍数10，更远小于实际可能出现的最大短路电流倍数。
若该组TA不更换，则在10kV任意一条线路近区故障或10kV母线故障时都极有可能造成3#主变差动保护误动作，这和6月1日、3日误动事故是一样的。
综上所述建议对该组TA进行整体更换。选用变比、伏安特性满足要求，且二次额定容量≧20VA的电流互感器。
6 结束语
通过对故障录波波形的分析，确定TA饱和是导致差动保护误动的原因。TA进行试验和计算确定TA不满足该差动保护的要求，提出对该组TA进行整组更换，以满足要求，消除该主变差动保护误动作的隐患，提高电网设备可靠稳定运行水平。
针对这一问题，很多专家也进行了研究，提出了有效的方法来避免此问题的发生，如二次谐波制动、TA饱和闭锁差动等。但是由于电力系统的复杂性，区外故障TA饱和致使差动保护动作的情况时有发生，因此在这一方面还有很大的研究空间。
参考文献：
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[5] 国家电力调度中心.电力系统继电保护实用技术问答.北京：中国电力出版社，2000.
作者简介：
韩兴翀（1988），男，甘肃张掖，本科，技师，从事继电保护工作。
邓 昊（1990），男，甘肃张掖，本科，助工，从事继电保护工作。
曹正斐（1991），男，甘肃张掖，本科，助理工程师，从事继电保护工作。
论文作者:韩兴翀,邓昊
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：差动论文; 电流论文; 变压器论文; 南华论文; 低压论文; 动作论文; 系数论文; 《电力设备》2016年第18期论文;