電力變壓器差動保護誤動的原因及處理方法

電力變壓器差動保護誤動的原因及處理方法

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　　变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来保护变压器的匝间短路，保护区在变压器两侧所装电流互感器之间。

　　但是，在现场多次出现在变压器差动保护范围以外发生短路时，差动保护误动作，导致事故范围扩大，影响正常供电。

　　变压器差动保护误动作的原因及处理方法如下：

　　一、差动保护电流互感器二次接线错误

　　(一)常用的电流互感器二次接线

　　图1-101 常用的电流互感器二次接线

　　图1-101是工程上常用的一种接线方式。图中IA、IB、Ic及Ia、Ib、Ic分别为变压器高压测及低压侧电流互感器三次绕组三相电流。

　　对图l-101进行相量分析如下：

　　现假定变压器高、低压侧电流均从其两侧电流互感器的极性端子兀流入，T1流入。T2流出。

　　在正常运行情况下,先画出IA、IB、I c相量如图1-102(a)所示.根据图1-101可得： IA1=IA-IB;I`B=IB-IC;I`C=IC-IA.再作出I`A、I`B、I`C相量，如图l-102(b)所示。由图1-102(a)和图1-102(b)可以看出I`A、I`B、I`C分别当变压器组别为YN，dll时，变压器低压侧电流相图1-101常用的电流互感器二次接线位将超前高压侧电流相位30°，可作出c相量如图l-102(C)所示。

　　由图1-101可知，Ia= Ia`、Ib= Ib`、 Ic= IC `,故图 l-102(C)同样也适用于 Ia`、Ib`和IC `。

　　在上面的分析中，是假定一次电流均从变压器两侧电流互感器的T1流人、T2流出。如果变压器高压侧电流互感器的一次电流是从T1流入、T2流出，而低压侧电流互感器一次电流从T2流入、T1流出。那么图1-101中的Ia( Ia`)、 Ib(I`b)、 Ic( I `c)将与图l-102(c)中的相应相量反相。如图1–102(d)所示。此时对与I`a与I`A、、I`b与I`b、、I`c与I`c、 对与人分别反相，这样便满足了差动保护的要求。

　　图1-102相量图IA、IB、Ic 相量图;(b) I`A、I`B、I`C 相量图;(C)Ia、Ib、Ic 相量图;(d)图(C)中相量反相图当变压器高压侧电流互感器一次电流从T2流人、T1流出，而低压侧电流互感器一次电流从T1流入、T2流出时，按照上述分析，也可得出同样的结论，即当变压器内、外部短路时，均可满足差动保护的要求。

　　图1-102 相量图

　　在实际工程中，变压器高压侧电流互感器一次电流基本为又流T1、T2流出，而变压器低压侧总屏隔板上所装电流互感器上端为T1、下端为T2。这样，变压器低压倒电流通 道使为：主变压器低压侧→母线桥→电流互感器下端为T2→电流互感器器上端T1→开关→主母线。即低压侧电流互感器一次电流为T2流入、T1流出，与上述分析的条件相同。因此，采用图1-101所示的接线方式能适用于此种情况。

　　若变压器差动保护采用低压侧总屏内或母线桥上的其他电流互感器，且一次电流又从该电流互感器的T1流T2、T1流出(高压侧电流互感器一次电流仍为又流人、T1流出)，则可采用如下两个方法使电流互感器二次接线满足要求(实际也就是在图1-101的基础上，将任一组电流互感器二次绕组电流反相)。

　　(1)将变压器高压倒电流互感器二次接线保持不变，而将低压侧电流互感器的二次统组a`、b`、c`连接成中性点，再分别从x`、y`、z`处引出低压侧差动臂(即将图l-101中的a`与x`、b`与y`、c`与z`互换)。这样也相当于将图1-101中Ia`、Ib`、Ic`分别反相180°，使之与图1-102(d)相同，以满足要求。

　　(2)保持变压器低压侧电流互感器二次接线不变，将变压器高压倒电流互感器二次接线在囹 l–101的基础上使 a与 X、b与 y、c与 Z互换(也就是将 IA、IB、Ic的方向在图1–101的基础上反相)，并从X、y、Z处分别引出高压侧三个差动臂，如图1-103所示。

　　图1-103 高压侧电流互感器端子互换后的二次接线

　　下面再通过相量分析来说明其正确性。

　　在正常运行时，作出IA、IB、Ic的相量图，如图 1-104(B)所示。

　　从图1-103得：I`A=IB-IA;I`B=IC-IB;I`C=IA-IC。作出I`A、I`B、I`c的相量图如图1-104(b)所示。由图l-104(a)和图1-104(b)可以看出：I`A比IA、I`B比IB、I`c比Ic分别滞后 150°。

　　根据变压器 YN，dll接线组别的特点，作出I`a(Ia)、 I`b(Ib)、 Ic`( Ic)的相量图如图l-104(c)所示。

　　图1-104 相量图

　　比较图l-1O4(b)和图1-104(c)可知：I`A与I`a、I`B与I`b、I`c与Ic恰好反相，从而满足了要求。变压器内、外部短路时，均可满足差动保护要求。

　　依照以上分析，同样可以得出：当变压器高、低压侧电流互感器一次电流均从飞流人、又流出时，图1–103所示的接线可以满足要求。

　　综上所述，可以得出如下结论：当变压器高、低压侧电流互感器一次电流流向相对其各自极性端子T1、T2为相同时(即两侧均从T1流人、T2流出，或均从T2流人、T1流出)，则可采用图l-103所示的接线方式或上述方法(l)所述的接线方式。当变压器高、低压侧电流互感器一次电流流向相对其各自极性端子T1、T2为相反时(即一侧电流为飞流人、T1流出，而另一侧为T2流人、T1流出)，则可采用图1-101所示的接线。

　　(二)常见的错误接线

　　图1-105所示的接线是现场一种常见的错误接线。此种接线的特点是，变压器高压侧电流互感器二次绕组a连z、b连正、。连y，并且高压倒三个差动臂分别从a、b、c处引出。 在正常运行情况下，假定变压器高、低压侧电流互感器一次电流均从飞流入、T。流出，作出IA、IB、Ic的相量图如图l-106(a)所示。

　　根据图1-105可得，I`A=IA-Ic;I`B=IB-IA;I`C=Ic-IB.作出I`A、I`B、I`c的相量图如图 1-106(b)所示。由图 1-106(a)和图 1-106(b)可以看出，I`A比IA、I`B 比IB、I`c比I`c比Ic分别滞后 30°

　　图1-105 一种常见的错误接线

　　图1-106 相量图

　　根据变压器 YN，dll接线组别的特点，作出I`a(Ia)、 I`b(Ib)、 Ic`( Ic)的相量图如图l–106(c)所示。比较图1-106(b)和图1-1O6(C)可知，I`A与I`a、I`B与I`c、I`c与I`c分别相差60°，故不管哪侧电流互感器二次绕组倒相或极性接线变化均不能满足要求。外部故障时，短路电流流向与正常负荷电流流向一致，差动回路将流过很大的不平衡电流，使差别保护误动作。

　　(三)处理方法

　　在现场进行差动保护电流互感器二次回路接线时，首先必须核对变压器高、低压倒电流互感器一次电流流向相对其各自极性端子T1、T2是否相同，再核对设计图纸决定采用哪种接线方式。着设计图纸与现场实际不符，则根据上述分析原则确定接线方式，并修改倒计图。接线完毕后，再仔细进行复查，避免接成图1.105的方式。

　　变压器内部接线错误

　　(一)搭设接线分析

　　某公司有2台6300kVA、35/6kV变压器，设计接线方式为Y，dll。在运行过程中发现，当变压器二次例出线发生较大短路电流时，差动保护易产生误动作，严重时还烧坏了差动继电器线圈。经过反复检查，发现这2台变压器的内部接线不是Y，dll，而是Y，dll电流互感器的接线却仍按对Y，dll变压器方式接线。其接线如图l-107(a)，相量图如图1-107(b)所示。

　　图1–107 错误接线及其相量图

　　(a)信设接线图(b)一次和二次相量图;(c)IA相量图

　　由于二次测变压器三角形接法发生了变化，电流互感器电流I`a、I`b、Ic分别与Ial、Ib1、Ic1反相。由相量图图 1-107(C)可得

　　IA=IAY+IB=IAYej30+Iae-j30°+IAYe-j30°=Iae-j90°

　　即流过A相差动继电器电流IA大小与IAY、Ia相等，相位超前IA190°。同理IB=Ib=IBZ Ic=Ic=Icx也就是说，流过差动继电器大小与流过电流互感器的电流始终相等，而不是零。

　　当变压器二次测出线流过短路电流时，电流互感器也感应出较大的电流，流过差动继电器线因电流也随之增大，便引起了差动保护误动作，当该电流很大时，就会烧坏继电器线圈。

　　(二)处理方法

　　由于更正变压器内部接线错误十分困难，所以可采用变更电流互感器接线的方法，变更后的接线及其相量图如图1-108所示.

　　图1-108 变更后的接线及其相量图(a)接线图;(b)相量图

　　由图1-108(a)可见，主要是变更了变压器一次测电流互感器三角形接线。A2、B2、C2不是分别接于Y2、Z2、X2。而是分别接于Z2、X2、Y2。这样使流过A相差动继电器的电流

　　IA=IAY+Ia=0

　　同理 IB=IBZ+Ib=0

　　Ic变更接线后，差动保护的设动作被消除。

　　差动保护电流回路断线引起误动

　　(一)断线特征

　　变压器差动电流回路接线如图l-109所示，变压器各侧一、二次电流示于图中。下面根据各种断线情况对断线特征进行分析。

　　l.K1(K2、K3)处断线

　　此时 I`by=0，=0

　　Iay=I`cy-I`by=0

　　Iby=I`by-I`cy=-I`cy

　　Icy=I`cy-I`ay

　　图1-109 变压器差动电流回路接线图

　　流入差动保护中的负序电流(以A相电流为例)为

　　Ia2=(Iay+aaIby+aIcy)/3

　　=(I`ay-aaI`cy+aI`cy-aI`ay)/3

　　式中 a__运算符，a=ej120°，aa= ej120.不同。

　　其相量图如图1-110所示。负序电流值为|Ia2|=|Icy|/3=Ixy/3

　　式中 Ixy__星形绕组侧电流互感器二次未断线时的线电流。

　　图1-110 K1处断线相量图 图1-111 K4处断线

　　2.K4(K5、K6)处断线

　　此时 Iay=0

　　I`ay=0

　　Iby=I`by-I`cy=I`ay-I`cy

　　Icy=I`cy-I`ay=-Iby

　　流入差动保护中负序电流(以 A相为例)为

　　Iaz=(Iay+aaIby+aIcy)/3

　　=(aaIby-aIby)/3

　　=(aa-a)Iby/3

　　其相量图如图1-111所示，图中I`ay较正常时滞后60°，I`by较正常时超前60°，因此时 A、B相电流互感器较正常时负担重得多，故马、I。，较正常时小，其大小用X·I`p表示 (I`p为相电流，0<1，X随负荷电流增大而增大)。< P>

　　负序电流值为

　　|IB2|=√3|Iby|/3

　　=(l+ X )|Ixy|/3

　　3.K7(K8、 K9)处断线

　　此时Iad=0,Ibd、Icd为正常值。流入差动保护中的负序电流(以A相为例)为

　　Ia2=(Iad十aaIbd十aIcd)/3

　　负序电流值为

　　|Ia2|=Ixd/3

　　其值为相(线)电流的1/3。

　　由上述分析可知，变压器差动电流回路任何一侧的任何一处发生断线时，该侧的三相 电流均会发生不平衡，即会产生负序电流。

　　(二)防止措施

　　由于在正常情况下，系统无(或很小)负序和零序分量，变压器差动电流口路只有很小的平衡电流，其值不足以使保护动作。而当系统中有关元件故障时，系统会出现负序或零序分量(其分量类型及大小随故障类型及远近不同而不同)。根据这些特点，提出阶防止措施如下： 1.变压器差动电流回路断线误动闭锁

　　用复合电压元件的常开接点闭锁差动起动出口的回路，这样，在变压器无故障的情况下，着其基动电流囫路断线，即使差动元件动作，但因复合电压闭锁元件不动，也不会使差动起动出口回路接通，从而保证了电流国路断线时差动不误动。

　　2.电流回路断线监测

　　根据差动电流回路断线后产生负序电流的特点，采用负序电流继电器对断线进行监测，并用其常开接点起动中央信号台警，对电流国路断线进行相应处理。 对差动电流回路断线的监测也可用基动元件本身的接点起动中央信号，因为差动电流，回路断线后差动元件将会动作。

　　自耦交流器升流补偿作用引起误动

　　(一)原因;

　　为平衡电流互感器二次电流接人的自耦变流器，若升流效果差，起不到升流补偿作用。会造成流入差动继电器中的三例二次电流不平衡，从而引起差动保护误动。例如，某台容量为 8000/8000/8000(kVA)、额定电压力 110/35/6.3kV的主变压器，选用二次偕波制动带比率制动接线的差动保护。差动继电器为LCD一5A型。由于在35kV测装设的自耦交流器降流效果好、升流效果差，起不到升流补偿作用，造成差动保护误动作。

　　(二)处理方法

　　1.采用降流补偿

　　针对自耦交流器升流效果差、降流效果好的特点，可采取取消35kV例自耦交流器，在主变压器的110、6.3kV例分别各装设一级自耦交流器，作为降流补偿措施。上述主变压器，作此改进后，一直未发生误动作现象。

　　2.注意主变压器差动保护设计造型

　　(l)对三统组变压器，宜在三测装设自耦交流骼，以方便现场改接线。

　　(2)对双绕组变压器，自耦交流器立设备在二次电流较大的一侧。

　　(3)签定计算时，应选用自耦交流器降流补偿方式进行。 差动继电器元件误动引起的差动保护误动

　　(一)瞬前元件误动作

　　整流型变压器差动继电器由瞬动元件和基动元件两部分组成。当发生短路故障时，为了避免在大电流情况下，电流互感器炮和所产生的高次谐波起误制动作用，故设置瞬动元 件，在短路电流达到4～10倍额定电流时，能快速动作跳闸。

　　若差动保护瞬动元件能躲过外部短路故障时的穿越电流，则不应该误动作。否则应检 查差动元件是否误动作。

　　(二)差劲元件误动作

　　差动元件包括基动工作回路，谐波制动回路，比率制动回路和直流比较回路。差动工作回路对二次谐波进行抑制，作为工作量;谐波制动回路对基波进行抑制，作为制动量，以实现高农谐波制动，避免变压器空载投入时因励孩源流而误动作。比率制动回路便继电器具有如因1-112所示的特性曲线，斜率可在0.15～0. 6范围内调整，以保证在内部故障电流较小时，有较高的灵敏度，尽量降低差动电流动作值，使匝间短路也能可靠地动作;而在外部故障时，能躲过不平衡电流，便继电器不误动作。

　　现场运行经验表明。比率制动囫路只作保护内部故障时，有较高的灵敏度，而不能躲开外部故障时的不平衡电流，所以要误动作。

　　图1-112制动特性曲线

　　(l)、(2)、(3)、(4)分别表示甲、乙、丙、丁站的动作电流。

　　(三)改进措施

　　1.调整瞬动元件

　　瞬动元件的动作电流，应按变压器额定电流的4～10信进行选择，避免误动范围扩大。

　　2.调整比率制动回路

　　对无制动区的动作电流可适当增大。如某电业局将无制动区动作电流Id由1.5A调整为2A如图1-112所示。防止差动保护误动作。

　　由于无制动区动作电流提高。制动区增大，动作区减小，灵敏度降低了。如图1-112可将比率制动系数K。由0.5调整到0.3，尽量降低差动保护动作电流，减小制动区，扩大动作区，以提高其灵敏度。

　　除上述外，二次回路阻抗差别大，电流互感器特性不良、误差太大、二次负担过重，继电器调试质量不良、误碰、误整定、误操作等均可能引起差动保护误动作。对不同情况，应采用不同的处理方法或措施。