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微机变压器差动保护常见运行事故分析
任小建
刘太华
北京德威特电力系统自动化有限公司 北京
101318
摘要：本文介绍了微机变压器差动保护的保护安装调试情况、差动保护整定计算以及由于安装调试不当和运行管理方面出问题造成主变保护误动拒动情况。并针对这些问题，提出了相应的注意事项。
关键词：主变差动保护
整定计算 电流互感器TA
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前言
电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备，变压器本体及相关保护装置的正常可靠运行对一个变电站甚至整个电力系统的安全稳定至关重要。一旦发生故障造成设备损坏，因其检修难度大、周期长，势必要造成很大的经济损失。
差动保护为电力变压器的主保护之一得到广大保护工程师的高度重视。现主变压器差动保护原理的研究已经相当成熟，基本上没什么问题。根据现场反馈情况发现，经常造成主变压器保护误动拒动的原因不是因为保护装置本身原理问题，而是其他问题，主要有以下几点：
①
整定计算问题；
②
安装接线及调试不当，特别是TA二次接线问题；
③
其他一些辅助设备如电流互咸器、母线筒问题，设备运行管理问题等；
本文将针对上述这些问题，再结合现场实际发生的事故对这几个问题进行专门的探讨。
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常见的变压器保护装置动作分析
2.1
整定计算方面问题
在变电站继电保护运行中，保护整定计算的正确与否将直接影响到保护装置的可靠运行。据了解，有不少单位的电气主管工程师对过去老式的继电器保护整定计算比较熟悉，对微机保护整定计算就不如传统的继电器保护熟悉。
在微机变压器差动保护定值方面，我们曾遇到几次因整定计算不当导致在运行中保护误动：
①、2007年元月唐山一铁矿厂110KV变电站40000KVA主变在一次区外发生故障时意外跳闸，经到现场检查发现，由于保护工程师计算定值时不太了解现场TA二次接线，从而差动平衡系数计算错误，最终造成一次全厂的意外停电；
②、2004年7月北京一钢厂一台4000KVA三圈整流变压器，在运行中保护出现误动，经检查对TA二次接线不了解，致使平衡系数计算不对。
根据上述问题我们对主变压器差动保护定值的计算取值做简单介绍。一般与主变纵差保护有关的定值有差动电流速断值、差动电流启动值、平衡系数、二次谐波制动系数、比率制动系数及拐点电流等，这些定值大都可以根据主变压器额定容量、绕组接法、电流互感器二次接线方式计算，现简单陈述如下：
1）变压器差动电流速断保护
按躲过变压器空载投入时励磁涌流和外部短路时流入保护的最大不平衡电流整定一般取：
Idz=KIe/n
式中：Idz：差电流速断的动作电流
Ie：保护基准侧变压器的一次额定电流，以下相同
n：电流互感器变比，以下相同
K：倍数，常用取值范围为6—8
2）差动电流启动值
差保护最小动作电流的整定一般应大于变压器额定负载时的不平衡电流，由于按公式计算时其过程十分复杂，在工程实用整定计算中可选取：
Idz.min=（0.3~0.5）Ie/n
3）比率制动系数及拐点电流整定
在工程实用整定计算中比率制动系数可选取
K=0.3~0.7，
拐点电流（起始制动电流）值可选取
IZ＝(0.8～1.0)
Ie/n
注：当采用三折线比率制动差动保护时，差动保护具有较高的灵敏度和抗区外故障CT饱和的能力,但同时比率制动系数及折线拐点电流整定也比两折线的复杂。如下图所示：
在工程实用整定计算中可选取：
拐点1制动电流定值：
IzD1=(0.8-1.0)Ie/n
差拐点2制动电流定值：
IzD2=（2-3）Ie/n
差动比例制动系数K1:
K1=0.3—0.5
差动比例制动系数K2:
K2=0.5—0.7
4）二次谐波制动系数整定
在利用二次谐波制动来防止励磁涌流误动的纵差保护中，整定值可用差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值表示，通常称这一比值为二次谐波制动比。根据经验，二次谐波制动比可整定为15%～20%。
5）平衡系数计算
平衡系数的计算应当较为简单，但实际运行中还是有不少因为平衡系数计算不当造成主变差动误动作。计算平衡系数时首先要了解保护厂家基本侧电流选取，然后再根据变压器的额定参数、TA二次接线方式、TA变比等套用公式即可计算，这里不再做详细介绍。
2.2 TA二次接线方面问题
根据统计，在所有主变压器误动中，由于TA二次接线不对引起误动的次数最多，举例如下：
①、2005年5月，河北磁县一变电站主变差动误动。经现场检查对差动保护装置做实验无问题，模拟对主变高低压侧加电流，保护装置可动作。在主变高压侧互感器二次回路查线，发现三相互感器均有一点接地，使互感器就地就构成回路，后来拆除多余接地线后，保护一直运行正常。
②、2004年4月，湖北利川一水泥厂在一台大容量电机启动时主变差动保护误动，经现场查线发现主变高压侧的电流互感器二次线极性与相序都不对，造成在正常运行时就有较大的差流，后来重新接线后至今运行正常；
由于TA二次接线不对引起主变差动误动的次数很多，经过分析主要问题大多为电流互感器TA接线的相序、极性和接地问题以及二次线接线松动引起的TA二次断线问题。
变压器差动保护按照有关的规程规定在保护投运前要严格检查输入保护装置的电流互感器TA接线回路的相序和极性，特别是在变压器送电运行后必须要做一项很重要的试验，即带负荷测量一、二次电流向量（另一种说法叫画六角图），以判断差动电流回路接线是否正确，这些都是为了确保变压器差动保护的正确工作。但是工程实践反映，由于现场各种各样的原因，或者设备不具备条件等，现场总有接错变压器各侧电流互感器二次接线，导致相序和极性错误的情况发生，最终造成变压器差动保护不应有的误动。
为尽量减少此类问题的发生，也建议微机保护生产厂家，在研制开发新型主变差动保护装置时，装置上最好可以直观显示变压器各侧电流量的相对相位角度和幅值，在变压器投运并带有一定负荷的情况下，现场的继电保护技术人员通过观察变压器差动保护装置测量显示的变压器各侧电流量和差流的情况，绘出变压器各侧电流量的相量图，这样就可以直接分析验证变压器各侧电流互感器TA二次接线是否正确。
变压器差动保护的TA二次电流回路接线的另外一个值得注意的问题是：接地问题。在继电保护相应规程中有明确的规定：电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近经端子排接地。但对于有几组电流互感器联接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地。但是工程实践中，确有将接入变压器差动保护装置的电流互感器二次回路多点接地的情况发生，造成变压器差动保护装置误动。解决这一问题一方面靠严格执行有关的规程进行施工外，另一方面同样在变压器投运后带有负荷的情况下，由现场的保护技术人员通过观察变压器差动保护装置测量显示的差流的情况分析解决。如果变压器差动保护装置测量显示的差流不正常，在排除了TA相序接线错误和装置本身整定值错误的情况下，要考虑检查电流互感器TA二次回路是否有多点接地的情况存在。
2.3
其他一些辅助设备如电流互感器及设备运行管理问题等
在现场实际运行中，除上述常见的两个问题外，还有就是一次设备选择、运行管理不善出问题，最后导致主变保护误动。举例如下：
①、2006年8月，湖南新化电力公司一个110KV变电站送电运行不久，在对一条长线路送电过程中，主变压器差动保护误动，当时检查TA二次接线都正常，后来查出主变高压侧TA选择的不是差动专用TA，而是普通0.5级的测量TA，在长线路送电过程中由于充电电流较大，致使TA饱和，差动保护也因此误动作；
②、2004年4月，山东海化一变电站主变压器差动速断动作，停运检查发现A相互感器炸裂造成相间短路故障。该变压器刚停运检修过，检修人员没严格按照试验规程对一、二次设备做预防性试验，最终导致了全场停电事故的发生；
③、2006年12月，唐山一钢厂110KV变电站在一次区外故障中差动保护动作，致使全厂停产。对主变差动保护装置及二次回路检查没发现异常，后来分析动作时的波形发现，在故障时主变高压侧电流波形出现严重的畸变，由此判断可能是高压侧电流互感器问题，经过试验检查发现TA伏安特性不好，在有较大故障电流通过时互感器很快饱和，差流过大达到差动保护起动值使保护动作。
此类问题引起主变压器差动保护动作的情况还有很多，这就给我们一个提示，要管理好一个变电站，保证变电站安全稳定地运行，无论在变电站建设或设备选型方面，还是在后期的运行维护方面，都必须加强管理，特别是在一些关键点上一定要严格按照电力系统相关规程和规定工作，不能存在任何侥幸思想。
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结语
以上举例分析了主变压器差动保护的多种异常动作情况，这些异常情况每次都企业安全生产造成了严重影响，希望广大继电保护和变电站运行管理人员能以此为戒，加强设备检查和维护，特别是对主变压器这种非常重要的设备，一定要从设备选型、安装接线、日常运行管理等多方面着手，坚决杜绝这些不该出现的问题。
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