摘要：变压器是变电站设备的主要组成，在电力系统中大量使用，变压器的差动保护属于变电站主保护，在发生故障时将对供电的可靠性与系统正常运行造成严重后果。因此，无论是哪种原因造成的保护误动，都需要仔细分析，找出根源，进而保证系统与设备得以安全运行。
关键词：差动保护；案例；故障分析
变压器作为电力网络中重要的电压变换设备，变压器故障对于电力供电的影响十分巨大，对于变压器的保护也有很多，其中《继电保护和安全自动装置技术规范GB14285-2006》要求电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用差动保护。对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用差动保护。差动保护作为变压器保护的主保护应用十分广泛，且灵敏度高，动作快速。
1变压器差动保护
1.1变压器差动保护原理
差动保护作为变压器的主保护主要防止变压器内部故障，采用基尔霍夫电流定理中节点电流法作为工作原理，将变压器等效为一个节点，同一时刻，流进节点电流和流出节点电流相同。即变压器在正常运行状况下平衡之后流进的电流和流出的电流相等，此时差动电流等于零，保护可靠不动作。当变压器正常工作或区外故障时，流入变压器的电流与流出电流（平衡后电流）相等，若电流互感器极性正确，计算差流为零，差动保护不动作；当变压器内部故障或区外故障时，则流入变压器的电流与流出电流不相等，当两者差流值超过整定值时，主变差动保护动作。
1.2变压器差动保护范围
变压器差动保护的保护范围，是变压器各侧的电流互感器之间的一次连接部分，主要反应以下故障：（1）变压器引出线及内部绕组线圈的相间短路。（2）变压器绕组严重的匝间短路故障。（3）大电流接地系统中，线圈及引出线的接地故障。（4）变压器CT故障。
1.3变压器差动保护跳闸原因
（1）主变压器及其套管引出线发生短路故障。（2）保护二次线发生故障。（3）电流互感器短路或开路。（4）主变压器内部故障。（5）保护装置误动
1.4变压器差动保护特性
（1）比率差动保护的动作特性。当变压器轻微故障时，例如匝间短路的圈数很少时，不带制动量，使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度。而在较严重的区外故障时，有较大的制动量，提高保护的可靠性。二次谐波制动主要区别是故障电流还是励磁涌流，因为变压器空载投运时会产生比较大的励磁涌流，并伴随有二次谐波分量，为了使变压器不误动，采用谐波制动原理。通过判断二次谐波分量，是否达到设定值来确定是变压器故障还是变压器空载投运，从而决定比率差动保护是否动作。二次谐波制动比一般取0.12～0.18。对于有些大型的变压器，为了增加保护的可靠性，也有采用五次谐波的制动原理。
（2）差动速断保护的动作特性。差动速断保护是在较严重的区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流，和最大运行方式下穿越性故障引起的不平衡电流，两者中的较大者。定值一般取（4～14）Ie。
2变压器差动保护故障案例分析
2.1变压器差动保护正确动作案例
（1）事故变电站概况
2017年01月31日21时21分，某地区供电公司110kV变电站主变低压侧套管相间短路放电，造成主变差动保护动作，主变三侧开关跳闸，造成两座35kV变电站及六条10kV出线失压。该站有4 0 MVA三相油浸自冷式变压器一台（SSZ9 -40000/110），主变三侧均为单母接线方式。事故发生前，主变110kV侧01开关接#1母运行；35kV侧31开关送35kV#3母线，3 5k V两回出线接#3 母线运行；10k V侧51 开关送10kV#5母线，10kV六回出线及所变接#5母线运行。
（2）故障经过
2017年01月31日21时21分，该变电站#1主变WBH-812A/R1变压器保护装置比率差动保护动作出口，主变三侧开关跳闸。35kV#3母线及两条出线失压；10kV#5母线、所变及六条出线失压。
（3）故障排查情况
运行人员接到通知后，立即赶往该变电站检查，主控室内警铃喇叭响，控制屏“差动保护动作”光字牌亮，1号主变三侧断路器绿灯闪光，1号主变三侧负荷指示为零。主变WBH-812A/R1变压器保护装置“跳闸”红灯亮，动作报文如下：
2017-01-31 21：21：20 525ms启动
1比率差动保护 24ms—>
报告量值：
1 A相差动电流 1.134A
2 B相差动电流 1.137A
3 C相差动电流 0.007A
4 A相制动电流 1.167A
5 B相制动电流 1.061A
6 C相制动电流 0.111A
7 第1侧A相电流 1.167∠000A
8 第1侧B相电流 1.061∠181A
9 第1侧C相电流 1.111∠163A
现场检查1号主变110kV侧01开关、35kV侧31开关、10kV侧52 开关确在断开位置，对站内一次设备仔细排查后发现：1号主变10kV套管A、B相软连接处均有放电灼伤痕迹，主变上部10kV套管处有一具黄鼠狼尸体，1号主变本体、调压油位正常、瓦斯继电器内部正常，引线上无漂浮物悬挂。01、31开关、CT 及机构箱无异常情况、51开关柜内无异常情况。其他一次设备、瓷质部分无损伤、放电现象和放电痕迹。初步判断为黄鼠狼爬上1号主变，造成1号主变10kV套管A、B相相间短路放电，引起主变差动保护动作出口跳闸。
（4）保护动作分析
三绕组变压器差动保护范围为主变三侧开关CT 以内，主要用来保护主变本体及其三侧进出线上发生的各种相间短路故障。从该变电站事故的保护动作行为、故障现象、试验结果三方面来看，本次事故为小动物造成的1号主变10kV侧套管AB相软连接处相间短路，为主变差动保护区内故障，故障电流大于整定值0.5A，保护正确动作。
2.2变压器差动保护误动
（1）故障经过
一起主变差动保护各侧流变变比极性接线不一致引起变压器差动保护误动，2014年6月27日，某110kV变电站#1主变在恢复送电的操作过程中，运行人员将#1主变保护跳闸压板停用，差动保护功能压板投入，#1主变带35kV母线正常负荷，准备许可带负荷向量测试工作时，#1主变差动保护动作，由于跳闸出口压板未投入，#1主变高、中压侧开关实际未跳闸。
（2）保护动作分析
通过图故障录波波形分析，可以看出，保护启动CPU至保护动作跳闸这段时间，高压侧与中压侧负荷均为正常负荷，不存在突变的故障相电流，但差动电流DI为0.3Ie，满足#1主变差动保护动作条件，延时160ms动作。进一步观察发现高压侧与中压侧电流波形相位一致，该现象与主变各侧负荷特性不符。正常情况下，受端变电站变压器作为降压变时，高压侧保护电压与中压侧保护电压同相位，变压器不耗能特性决定了，高压侧为电能送端，中压侧为电能受端，负荷方向相反，反映在电流上时电流方向应相差180°。因此，可以初步判定高压侧流变极性与中压侧流变极性接线不一致。
（3）故障排查情况
通过现场认真检查，发现该站35kVⅠ段母线开关柜升级改造过程中，Ⅰ段母线开关闸刀及流变全部更换，在设备验收环节，由于所有线路开关流变P1均是以母线为极性端，流变极性校验时，验收人员疏忽误以为所有流变都是以母线侧为流变P1端，流变一、二次极性均为同极性。实际由于主变中压侧引线接线方式引起的P1指向变压器与规定以母线侧为极性相反，造成中压侧流变极性实际上与高压侧、低压侧不一致的错误接线，从而导致保护装置差动电流由负荷电流向量和变成标量和，当负荷电流达到一定程度时，引起主变差动保护误动作。
3结束语
差动保护作为变电站变压器保护的核心组成部分，得到了广泛应用，且其正确动作对变电站的安全、稳定运行具有十分重要的意义。因此，相关技术人员要对变电站的变压器继电保护装置误动原因进行分析，采取合理、有效的解决方案处理，从而确保变压器继电保护装置的正确动作，保障电力系统的安全、稳定运行。
参考文献：
[1] 于永源.杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社
[2]高金梅.35kV主变差动保护动作可靠性的分析和研究.华北电力大学.2012.3
论文作者:李瑞荣,赵猛,柴海涛,李慧
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/21
标签：变压器论文; 电流论文; 差动论文; 故障论文; 动作论文; 母线论文; 变电站论文; 《电力设备》2018年第28期论文;