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摘要：变压器是电力系统运行中的重要元件，承担着电能在发电、输电、用电系统中转换电压等级的重要责任。变压器差动保护作为变压器保护的主保护，当保护区间内发生故障时，快速动作跳开主变三侧开关，隔离故障。本文从变压器差动保护原理出发，通过差动电流回路错误接线、差动电流回路两点接地、SV接收软压板未投入引起的差动保护误动作事例，阐述变压器差动保护误动作的防范措施。
关键词：差动保护；误动；错误接线；软压板；防范措施
0 引言
差动保护是反映变压器各侧电流差而快速动作的保护，它依据变压器在正常运行或者区外故障时，各侧电流折算后向量和为零，区内故障时，电流向量和不为零的原理。在变压器绕组发生相间故障、匝间故障、以及大电流接地系统中变压器绕组和引出线上接地故障时，主变差动保护快速动作跳开相应开关，切除故障。发生区外故障时，差动保护差流为零，保护不动作，由主变差动保护以外的其他元件保护动作跳开相应开关，切除故障。
1 主变差动保护原理
以双圈变压器为例，其动作原理如图1所示。在变压器两侧装有相同变比，相同型号的流变，当两侧流变的同极性端子在同一方向，则将流变异性端子串联构成回路，规定两侧极性端子均靠近各侧母线一侧，二次侧为同极性相串联，电流继电器并联在环路上。Ì1，Ì2为流入CT高、低压侧一次电流，Ì11，Ì22为高、低压侧折算后CT二次电流，则流入继电器的电流等于变压器高低压侧折算后二次电流之差，即Ìk=Ì11-Ì12。理想情况下，不考虑变压器变比误差、互感器误差、励磁涌流等造成不平衡电流因素，系统稳定运行或者区外故障时Ìk=0；当保护区内任一点发生短路时，Ìk≠0。差动保护具有原理简单、使用电气量单纯、不需要与区外元件动作配合，可以瞬时动作等优点，因此在工程中，差动保护作为变压器电气量保护主保护的首选。
2 主变差动保护误动事例.
分析主变差动保护原理可知，它的保护范围为各侧电流互感器之间。当故障发生在主变各侧CT所包含之间的任意点时，差动保护均能可靠快速动作，任何无故障或者故障点在各侧流变之外引起的主变差动保护动作，均为差动保护误动作。下面列举几个主变差动保护误动作的事例。
2.1 二次回路多点接地引起干扰电流造成差动保护误动
2013年10月20日，某110kV变电站在进行户外35kV开关大修安装期间，发生了一起#2主变差动保护动作跳闸事故，跳开#2主变高、低压侧开关。查看#2主变保护装置，发现保护装置动作行为为：2013年10月2日11：05：55：819 000000ms差动保护启动 00193ms 差动保护出口，故障录波显示35kV侧电流回路V相出现突变电流3.54A。从保护动作时的故障录波可以看出，35kV侧电流回路V相出现突变电流3.54A，从而引起差动电流大于动作值1.1A，满足保护动作出口条件。
35kV侧在大修期间没有设备投入运行，但V相出现突变电流，通过对#2主变中压侧差动二次电流回路检查发现，该回路除主变保护屏侧差动电流回路中性点N端接地外，在中压侧开关机构箱内还存在电流回路N端接地点。同时户外中压侧开关端子箱附近二次电缆沟内没有铺设二次抗干扰铜牌，一次设备、二次回路共同用接地扁铁接地。在#2主变保护跳闸时刻，检修人员、二次人员正常进行现场施工，外聘辅助焊工正在开展#2主变中压侧开关接地引线焊接工作。在电焊机只电焊了一次的情况下，就发生了#2主变动作，跳开高、低压侧两侧开关。
由于该变电站未采取二次回路抗干扰措施，存在除#2主变保护屏差动回路接地点外的第二个接地点，变电站的接地网并非理想的等电位面，在不同点会产生电位差，当电焊机点焊时，较大的电弧电流注入一次地网时，地网的电位差串入#2主变差动回路，形成了本不该存在的V相突变电流3.54A，从而引起#2主变差动保护误动。
2.2 主变差动保护各侧流变变比极性接线不一致引起差动保护误动
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。
通过图3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。
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。
2.3 智能变电站主变保护单侧SV接收软压板未投入引起的差动保护误动
2015年4月12日11时19分，某220kV智能变电站#2主变差动保护动作，跳开#2主变跳开主变2702、802、3602开关。差动保护装置动作情况如下：#2主变保护A柜：启动时间4月12日11点19分12秒，928 ms 纵差差动保护动作，跳开主变三侧开关。#2主变保护B柜：启动时间4月12日11点19分12秒；929 ms 纵差差动保护动作，跳开主变三侧开关，主变保护装置和故障录波波形分别如图4和图5所示。
从录波波形分析可以看出，自保护启动至保护动作这段时间928ms内，高压侧A相电流为正常负荷电流、BC相电流大小基本相等、方向相反，差动电流大于整定定值0.5Ie，差动保护动作跳闸，可以判断系统发生了BC相间短路故障；中压侧电流幅值相当，相位依次相差120°，为正常负荷电流特性；主变保护录波低压侧三相电流波形Ia、Ib、Ic为一条直线，即无故障电流特性，也无负荷电流特性，但故障录波器所录波形为低压侧BC相间短路故障特性，故障电流4.4A，该站主变差动保护与故障录波器所用低压侧电流取自同一个合并单元的同一个保护流变绕组，因此判定主变差动保护装置录波电流有误。
通过调取#2主变两套装置故障录波数据，发现录波均有差流，分析保护装置数据，发现#2主变两套装置低压侧电压和电流采样均为0，且无零漂，而故障录波器却有相关采样数据。通过调阅保护装置SOE变位信息，发现#2主变差动保护动作时，两套保护装置“低1分支电流”、“低1分支电压” SV软压板在退出位置，造成低压侧采样数据异常。
综上所述，本次差动保护动作的原因是主变低压侧母线设备（包括线路）发生BC相间短路故障，由于#2主变高压侧差动电流受低压侧穿越性故障电流的影响引起剧增，而#2主变差动保护低压侧电流未采集到区外的故障电流，因此产生了差动电流，在主变差动保护逻辑计算中，满足保护动作条件，引起差动保护误动作。
3 差动保护误动防范措施
通过以上主变差动保护误动作的事例分析与推断，可以发现，主变差动保护误动作的原因有多种，但是归根结底有一个共同特性，就是打破了系统稳定运行或区外故障时主变各侧电流向量和为零的规则。本文根据上述误动案例提出以下防范措施：
1）加强二次回路抗干扰措施，应严格按照《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》继电保护专业重点实施要求，沿二次电缆的沟道敷设截面不小于100mm2的裸铜排，构建室外的等电位接地网。开关场的就地端子箱内应设置截面不小于100mm2的裸铜排，并使用截面不小于100mm2的铜缆与电缆沟道内的等电位接地网连接。公用电流互感器二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜内一点接地。
2）加强现场各类一、二次交叉作业管控，明确要求只有待二次专业人员检查回路无异常后，方能开展各类电焊作业，防范可能带来的安全风险。
3）技改大修工程中，在涉及电流二次回路工作时，应彻底断开保护装置电流端子连接片或做好其他隔离措施，在电流绕组进行一、二次通流工作，严禁工作人员使用临时接地线，若必须使用临时接地线时，必须征得二次专业人员的同意，并做好相应的安全措施后，方可进行，防止干扰信号注入差动保护装置，导致差动保护误动作。
4）制定统一的变压器差动保护用电流互感器极性接线规则，所有变压器各侧电流互感器极性均以母线侧为极性，当电流互感器一次P1（L1）指向母线侧，P2（L2）指向主变侧时，二次S1（K1）为极性端，S2（K2）为非极性端并短接，验一次与二次同极性，并在差动保护柜一点接地。
5）加强设备验收工作管理，凡是与主变有关的技改运维中存在电流互感器二次回路变动的工作时，在恢复送电前，必须进行极性试验工作。防止因电流互感器极性接反，引起主变差动保护误动作的情况发生。
6）规范主变差动带负荷向量测试工作，在主变带负荷之前，由运维人员操作将主变差动保护压板停用，防止差动保护在带负荷向量测试许可之前因故动作。
7）加强智能变电站保护装置的“SV投入”软压板的管理。严格执行智能变电站保护装置的“MU投入”软压板（即“SV采样”软压板）随一次设备的投入（退出）而投入（退出）原则。运维人员在操作过程中，应严格执行操作票制度，将保护装置的“SV投入”软压板的操作情况列入操作票内，当开关拉开时，与该开关对应的“SV投入”软压板退出；当开关合上时，与该开关对应的“SV投入”软压板投入，防止遗留下开关投入运行而与其对应的“SV投入”软压板在退出的设备隐患。
4 结语
本文通过对变压器差动保护原理的分析，结合工程实际中出现差动电流回路错误接线、差动电流回路两点接地、SV接收软压板未投入引起的差动保护误动作事例，进行了详细的原因分析和探讨，如果这些问题不引起重视，不制定有效的解决方案，会对变压器造成损害以及影响整个电网的安全稳定运行。最后，针对现场的实际情况，从工程设计、施工调试、运行维护等多个环节提出几种防止差动保护误动的防范措施。
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作者简介：
赵德阳（1983年月生），男，安徽阜阳人，工程师，主要从事变电站继电保护专业运行维护工作，华北电力大学在职研究生。
论文作者:赵德阳
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/1
标签：电流论文; 差动论文; 极性论文; 回路论文; 变压器论文; 故障论文; 动作论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;