关于变压器差动保护研究报告——最终版

关于变压器差动保护装置接线的研究

杨利民炼钢作业部公辅区

摘要：文章就天车滑触线接地短路引起变压器差动保护动作故障，展开对差动保护的原理、变压器接线组别与差动保护CT接线关系以及如何测量变压器接线组别做了简要说明，同时着重从CT、二次线路、保护定值、谐波等方面介绍了防止差动保护误动的措施，最终归纳了差动保护动作后，排除故障的思路。

关键词：差动保护，变压器，CT，接线组别

THE INVESTIGATION ON WIRING OF TRANSFORMER DIFFERENTIAL PROTECTION DEVICE ABSTRACT：This paper makes a simple explain about the principle of differential protection,the relationsbetweenconnection mode of transformer and connection of CT,and how to measure connection mode of transformer on short circuittroubleof cranepower supplyline which works by touching leads to differential protecting of transformer, at the same time it introducesmethod of preventingprotection on CT, control line,protection fixed value, harmonic etc, at last concluding the way of getting rid oftrouble after differential protection.

KEYWORDS:DIFFERENTIAL PROTECTION,TRANSFORMER, CT, CONNECTION MODE 0 前言

继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。从2O世纪5O年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成发展的4个阶段，从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。

近年来随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，基于微机的差动保护应用越来越广泛，成为电力工程界越来越关注的课题。文章就施工中存在的真实案例谈一谈差动保护如何接线问题，并对差动保护的灵敏性、可靠性、选择性以及防止勿动的措施作简要的介绍。

1 差动保护误动的现象

炼钢作业部给480T天车供电2#变压器2008年正式投入运行，变压器容量10000kV A，20 08年12月12日、20日，2009年3月7日连续3次天车滑线接地放炮导致差动保护动作跳闸。期间对变压器、高压柜进行多次实验检查，均未发现异常。

2 差动保护误动原因分析

差动保护是继电保护的一种，是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的。它

把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进该接点的电流就等于流出的电流，差动电流等于零。当接点有故障时，流进的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护整定值时，保护动作，跳开被保护设备的各侧断路器，切断故障设备电源。

<1）差动保护原理 差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流<折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧<或三侧）向故障点提供短路电流，变压器两侧CT 感应二次电流和的正比于故障点电流，当电流和大于保护整定值时差动继电器动作。见图一，变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：I 2=I 1，流过继电器KD 的电流为0。 如果内部故障，如图d 2点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：I 1+I 2。当电流I 1+I 2大于动作电流，保护动作断路器跳闸。<2）保护误动原因查找

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。滑线放炮属于保护外故障，变压器差动保护不应该动作。因此，我们对变压器、开关柜及相关一次设备再次进行预防性实验检查，包括测试直流电阻、绝缘、泄漏、耐压等实验，各项数据都在《电力设备预防性实验规程》规定范围内。于是我们对变压器高低压侧电流互感器及二次回路进行检查，无发现故障。又对保护设备进行检查，仍无发现故障。再对保护做整组实验，当在做差动保护整组实验时保护动作。经检查发现，接在变压器高低压侧电流互感器进入保护的接线是Y/Y 接线，但是变压器本身是Y /△-11

接

图 一

线，这样导致进入综保原副边电流相差30度角度差，差动保护跳闸的原因即为电流互感器接线有误，从而导致流入综保的不平衡电流大于保护定值所引起。

3 变压器差动保护接线方法

<1）根据变压器铭牌标注变压器接线组别和CT极性，确定CT接线方式。

变压器的极性标注采用减极性标注。减极性标注是将同一铁心柱上的两个绕组在某个瞬间相对高电位点或相对低电位点称为同极性，标以同名端“A”、“a”或“·”．采用减极性标注后，当电流从原绕组“A”流入，副绕组电流则由“a”流出。变压器的接线组别是三相权绕组变压器原，副边对应的线电压之间的相位关系，采用时钟表示法。分别代表原边线电压相量，并且将分外固定指向12上，时针代表对应的副边线电压相量，指向几点即为几点钟接线。

这里且不考虑上述变压器接线组别种类，变压器可以分为Y/y接线、D/d接线、Y/d接线和D/y接线四大类，如果接线组别是Y/y或D/d的变压器，由于一、二次绕组对应相的电压同相位，故一、二次两侧对应相的相位几乎完全相同。而常用的Y/d11接线的变压器，由于三角形侧的线电压，在相位上相差30°，故其相应相的电流相位关系也相差30°，即三角形侧电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前30°，因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中也会出现不平衡电流。所以为了消除由于变压器Y/d11接线而引起的不平衡电流的影响，可采用相位补偿法，即将变压器星形

采用简易判断法，只要假设副边接有三相对称纯电阻负载，由电压与电流同相位的关系，作出电流电压相量图，根据同名相<如A相）的相电压的相位关系，很容易判断出为几点钟接线。然后根据测得变压器接线组别数据对保护进行接线。

<3）根据综保装置液晶显示数据调整CT接线。

由于电子技术、计算机技术的高速发展，目前差动保护设备均配有液晶显示装置，可以显示变压器高低压侧三相电流、相位等数据。假若接线前不方便测量变压器接线组别、CT极性或者知道这些数据但需要判断差动保护接线是否正确，我们可以利用这一点。通常情况，保护装置接线均以高压侧为基准，即高压侧三相角度为A：0°，B：-120°，C：+120°；变压器低压侧电流相位理论值应该为：a：-30°，b：-150°,c:+90°，根据差动保护矢量和为〇的原理，低压侧接入保护的接线应让保护装置显示低压侧电流相位为：a:-150°,b:+90°,c:-30°<其它变比设置不变，本例是采用综保内部补偿，假若采用外部接线补偿还要考虑接线组别不同所产生√3倍电流误差的问题）。假若低压侧a相显示-30°，则证明低压侧a相极性接错。总而言之，可以根据差动保护装置显示角度的不同判断CT接线的关系，然后将错误接线调换，最终得到正确的接线。

4 防止误动措施

<1）严格检查电流互感器。

①减小稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。

②减小电流互感器的二次负荷

这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度>；采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA>等。

③采用带小气隙的电流互感器

这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。

<2）严格检查保护接线。

保护接线必须正确。任意一相极性接反，都会产生不平衡电流而使保护误动作。因差动保护是反映变压器等被保护设备内部短路故障的主保护，在电流互感器二次侧应按循环电流法接线，两端电流互感器的同极性端子应朝向同一方向，即两只电流互感器的二次侧异极性相连，差动继电器电流线圈并联在两只电流互感器连线之间。同时，为减小暂态过程中最大不平衡电流的影响，差动保护<继电器）回路中应经中间速饱和变流器接入差动回路，非周期分量不易通过速饱和变流器传到二次侧，中间速饱和变流器可以成功地躲过外

部初始短路瞬间出现的最大不平衡电流中的非周期分量产生的影响。

<3）严格核定保护定值。

计算、校核保护定值时，要依据发电机差动保护不同类别来确定。采用常规的电磁型、半导体式保护，主要有比率制动式和有直流助磁特性的差动保护。比率制动式差动保护定值计算时，根据比率制动式差动保护动作的特性，要计算两个定值即最小动作电流和制动系数，最小动作电流不能小于继电器的固有动作电流，规程要求具有比率制动的发电机差动保护制动电流Idz=<0.1~0.3）IN，一般取0.2IN，制动系数建议取0.3~0.4。对有直流助磁特性的差动保护定值计算时，其动作电流要按躲过外部故障时的最大不平衡电流和电流互感器二次回路断线来整定，同时要整定电流回路断线信号。

<4）保护装置的投切、更换必须做预防性实验。

保护装置更换、升级后要对保护装置、二次回路进行检查实验。实验时要测试差动保护二次回路的直流电阻，检查其接线是否牢固，回路接线是否正确。安装和检修以后在投入运行前，要对电流互感器的极性进行校核，即一次侧电流从端子L1流入，而二次侧电流则从其同极性端子K1流出，采用直流法、交流法、仪表直接测量法对电流互感器的极性进行校核。

<5）采用比率差动保护。

比率差动保护是差动保护的一种。差动保护需采取比率差动的原理：防止在变压器区外故障<穿越性故障）时，高低压侧CT传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保证穿越性故障不误动。

5 结论

经过更改变压器电流互感器进入综保的接线方式后，当再次出现变压器以外故障时，变压器差动保护不再误动作，同时当变压器内部确实出现故障时，保护又能准确可靠动作，起到了保护变压器的作用。

变压器差动保护提高灵敏度和快速性必须建立在安全可靠的基础上，一旦发现发生保护动作跳闸故障后，要认真检查保护范围内的所有设备：首先从外部检查，查看二次回路接线、极性有无明显的接线错误，CT等设备有无损伤、烧毁现象；然后用检测设备进行预防性实验和保护实验，检查变压器内部是否有匝间短路现象。在没有查出原因前，不得轻易进行试送电。

参考文献

[1]苏贵标，变压器差动保护误动分析及对策，《中小企业管理与科技》，2009.

[2]王维俭，电气主设备继电保护原理和应用，北京：中国电力出版社，1996.

[3]朱声石，差动保护的暂态可靠性，继电器，Vol.30，NO.8，2002.

[4]实用继电保护. 北京：机械工业出版社 2002.