摘要：变压器主保护主要采用两种方式，分别是非电量保护和纵联差动保护。当发生内部短路故障时，变压器两侧的电流互感器检测到差流，保护装置计算的差流值大于差动动作值时，保护发出跳闸命令。而当发生外部短路，正确配置的差动继电器在极端条件下由于不平衡电流、励磁涌流等干扰下，保护可能发生误动。本文分析了差动保护误动原因以及在各种情况下流入继电器的不平衡电流，并提出相应的防范措施，以减少不平衡电流的产生，从而提高差动保护的可靠性。
关键词：变压器差动保护；误动因素；解决措施
引言
目前我国变压器差动保护比较规范，使用微机实现的比率差动保护已应用于35kV及以上电压等级的变压器。差动保护二次回路比较简单，当系统发生故障时，二次回路就会出现电流急剧增加，差动保护能够清晰的反应出故障发生情况并出口。然而，当变压器的主保护动作率在60%~70%时，对变压器的稳定运行是非常不利的，本文针对这种问题提出了相应的解决措施，以提高保护的可靠性。
1变压器主保护的作用
在电力系统中，变压器的差动保护装置主要对变压器的短路故障进行检测预防，该短路一般发生在变压器绕组内部和其引出线上，同时也会对变压器中的单相短路故障进行保护。电流互感器装置会接在变压器的两端，并且按循环电流的接法对二次侧进行相接，也就是说电流互感器的同极性端都向母线一侧涌入，则将同极性端子进行相连，并将电流继电器并联接入两接线之间，继电器中感受到的电流是两侧电流互感器的向量差值。理论上来讲，当变压器正常运行或者出现外部故障时，差动回路的电流是零（实际不为零）。
2变压器差动保护误动因素分析及解决措施
2.1CT二次回路断线引起差动保护误动
如果变压器不同侧的接线组别不一致，则由于高低压侧电流存在相位差，从而差动回路会产生不平衡电流。传统的差动保护对这种情况的处理方法是：改变CT二次回路接线来实现一次组别的“相位补偿”。例如双绕组变压器最通常采用的是Y/dll接线，该种接线方法使得三角形侧一次电流相位超前星形侧一次电流330度，二次回路接线需将变压器星形侧的CT二次侧接成三角形，而三角形侧的CT接成星形，采用此方法调整后流入差动继电器的差流相位差恢复为零。目前变压器差动保护多采用软件移相法，无需对CT二次接线进行更改，对于任意接线组别的变压器，其CT二次回路都可以采用全星型连接，Y，d变换由微机装置进行“相位补偿”计算来实现内部移相，具体方法为“对称分量法”经“矩阵变换”计算得出。CT如果发生二次回路断线，最明显特征是电流会立刻下降。在微机保护中，若某侧电流只有一相或两相电流为零，剩余其他相电流与起动电流相等，故障相电流的突变量大于定值，同时满足上述条件则判定为CT断线。差动装置会闭锁差动，防止变压器差动保护误动作。
2.2不平衡电流引起差动保护误动
正常运行状态下，变压器差动保护继电器不会检测到差流。但如果发生外部短路故障，外部流经一个非常大的短路电流，同时短路电流的暂态特性中含有大量非周期和谐波电流分量，使得励磁电流急剧增大。单相变压器参数折算后等效电路如图1所示：电流互感器流经的一次电流I1呈饱和状态，低压侧互感器的二次负载电流I2很难跟随一次值一致变化，从而出现较大的不平衡电流流入差动继电器，如果不平衡电流瞬时峰值达到差动动作值，差动继电器则会出口动作。研究如何减小不平衡电流值，对提高保护动作可靠性有重要意义。
图1双绕组单相变压器等效电路
2.3区外故障引起的差动保护误动及防范措施
当变压器发生区外故障的时候，两侧电流极不稳定，会产生强度很大的差流，这是由于两侧所使用的互感器型号不一样，从而它们的饱和特性和励磁特性也就不一样，并且非周期分量和谐波分量会包含在短路电流之中；当故障清除的时候，由于电流瞬间充满电路，使得电压恢复的过程中会出现恢复性涌流。在区外故障发生时一般情况下不会发生误动，但是往往在切除故障的瞬间会发生误动。根据数据显示，保护动作点在水平线上第一个拐点以内的位置，也就是表示差流高于门槛值，该制动电流的数值小于第一拐点以内的数值，如图2中C点所示。根据现场的数据显示，此种情况下必然存在保护动作。在故障发生的过程中，短路电流增大，并且短路电流中含有非周期分量和谐波分量，因此会产生不平衡的分量导致制动电流较大，如下图B所示，动作点会在非动作区内。在故障清楚的瞬间，互感器两侧减退的程度不一样会导致差流过大，动作点会移动到C的位置，这时候会发生差动保护的误动。因此这种情况下制动曲线不能保护制动。
对区外故障的保护措施包括：
（1）继电保护数值不得高于0.4Ιn;（2）对继电器两侧的装置选用同一型号的；（3）尽量提高样本的精确度和计算的准确度；（4）利用先进的原理对装置进行保护。
图2两段折线式比例制动
2.5励磁涌流引起变压器差动保护误动及防范
在正常运行的情况下，变压器励磁涌流的值很小，通常是额定电流的3%-5%，如图3所示，是变压器工作在磁通情况下的线性段。因为铁芯没有出现饱和，因此相对导磁率μ会非常大，相应的变压器中的励磁电感也会非常大。当外部发生短路的情况下，一般情况下不会发生误动，因此就可以不考虑励磁电流的情况。
图3Ψ和μ与Ι的关系曲线
当电压瞬间恢复正常后，变压器中间位置的铁芯中的磁通会急剧增加，导致铁芯饱和，μ值接近1，使得绕组电感也相应降低，并且励磁涌流的数值会增大，其中会包括很大的非周期分量和高次谐波，其中二次谐波占主要部分，它的数值是额定电流的6-8倍以上，会导致尖顶形状励磁涌流的形成。刚开始的时候励磁涌流的变化比较剧烈，但就其中小型的变压器而言，在1秒之后，就会降低到额定电流的0.25-0.5倍；大型机器的运行速度较慢，达到上述标准的时间较长一般是2-3秒，与此同时，励磁涌流的波形也会出现断裂。
结语
随着计算机水平的发展，保护装置硬件不断升级，软件计算采用多种差动原理，采样精度和计算准确度也在提高。但仍存在诸多因素有可能造成变压器差动保护动作。本文从容易产生差动误动的原因分析入手，分析各种情况下流入继电器的不平衡电流，并提出措施减少不平衡电流的产生，从而提高差动保护的可靠性。我们只有在调试过程中把每一环节工作做细，严把质量关，及时多方沟通，保证差动保护的可靠性，才能最大程度的降低差动保护的误动作概率。
参考文献:
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论文作者:杨奎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
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