变压器零差保护相关技术探讨及一起主变零差保护误动分析

电力科技
2015.12︱229︱
变压器零差保护相关技术探讨及一起主变零差保
护误动分析
王自宏
（云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000）
【摘 要】针对一起主变零差保护误动事故，利用保护装置记录的波形，对事故的原因进行分析，并探讨变压器零差保护的相关技术及其对电流互感器的配置要求，提出针对本次事故总结出的解决方法。

【关键词】变压器；零差保护；电流互感器的饱和
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1006-8465（2015）12-0229-02
1 主变零差保护的应用 电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，它如果发生故障
将给供电和系统的安全运行带来严重的后果。

为了保证变压器的安全
运行和防止事故的扩大，变压器一般配置有瓦斯保护和差动保护。

变压器纵差动保护采用的电流是相电流，当变压器内部发生单相接地故障时灵敏度比较低。

且变压器差动保护区内本来就包含着原、副绕组的磁耦合，存在有励磁涌流和过激磁情况下的防止误动的问题。

励磁涌流分析复杂，加上电力系统静止补偿电容器的广泛应用，使内部短路暂态电流更难与励磁涌流区分。

变压器纵差动可能因为变压器的励磁涌流而误动作。

所以增设零序电流差动保护。

零序电流差动保护具有接地故障灵敏高；其动作电流与变压器调压分接头的调整无关；与励磁涌流的关系仅为间接影响，作用较小的优点。

2 事故发生的过程
某220kV 变电站在2011年3月30日18时29分10秒，110kV 出线发生单相接地故障，随后出线保护动作后，2号主变变A 套零差保护动作，1号主变零差保护及2号主变B 套零差保护启动未动作出口。

3 动作原因分析
零序差动保护原理接线图如下图图1所示，零序电流差动保护
要求各个电流互感器选取相同变比，若变比不一样会在区外接地故
障时产生不平衡电流致使零差保护误动作。

图1
零差保护采用的制动特性曲线方程为：
min op d I I ≥， 1s r I I <；
()11min k I I I I s r op d ∗−+≥， 21s r s I I I <≤；
()()22112min k I I k I I I I s r s s op d ∗−+∗−+≥， 2s r I I ≥。

I d
I op.min
d
I ---差动电流，r I ---制动电流，min op I ---最小动作电流；
1s I ---制动电流拐点1（取e I ）
，2s I ---制动电流拐点2（取3e I ）
； 1k ---斜率1（取0.5）
，2
k --斜率
2（取0.7）； e I ---基准侧额定电流（即高压侧）。

根据现场实际录波计算零差差流和制动电流：
图2 1号主变A 套零差差流及制动电流波形
图3 1号主变B 套零差差流及制动电流波形
图4 2号主变A 套零差差流及制动电流波形
Power Technology
︱230︱华东科技
图5 2号主变B 套零差差流及制动电流波形
上图中，Ih0为高压侧零序电流，Im0为中压侧零序电流，3I0
为公共绕组零序电流，id0为零差差流，ir0为零差制动电流。

从上图中可以看到，1号主变在故障整个过程中零序差流较小，零差差流最大峰值为0.6A （小于零差差流定值），1号主变两套保护装置均未动作出口。

2号主变在故障过程中，公共绕组零序电流（中性点零序）3I0的CT 有饱和现象，但此时最大故障电流约34A，如图中id0通道电流所示，饱和时间最大时约为5ms，饱和过程中，零序差流波形如图4及5所示，零差差流最大的峰值为21.771A。

保护装置的小CT 饱和通常会在故障电流为CT 二次额定电流25倍以上出现，且现象为削顶，而此次故障电流最大约为CT 二次额定电流的6倍，此时保护装置的小CT 通常不会发生饱和，而且两套装置采样的中性点零序电流波形基本相同，初步判别中性点零序CT 在故障时发生饱和。

对于2号主变，该变电站A 套保护和B 套保护所用的公共绕组零序电流取自CT 同一绕组，且串接进入保护装置，但实际故障过程中A 套保护动作出口，B 套保护仅启动，未动作。

保护动作时间为启动后86ms，此时区外故障切除，在切除的暂态过程中，故障电流消失，零序差流的复式值（差流有效值计算采用复式算法，根据1个周波前的采样数据点到当前点的20ms 数据计算）也逐渐降低，在降低过程中，如果零序差流和制动电流满足制动特性曲线的动作区间，则保护就会动作出口，如图6所示，保护动作时刻A 套保护满足制动特性曲线的动作范围（临界点上方，未进入0.5斜率段，此时只要差流大于定值即动作），B 套保护未满足制动特性曲线的动作范围（临界点下方），故仅A 套保护动作出口。

A 套保护和
B 套保护使用取自同一组公共绕组零序CT 二次绕组，串接到保护装置，由于保护装置本身的小CT 采样数据会稍有差异，而实际动作点在临界点附近，故仅A 套保护动作出口，而B 套保护未动作出口。

1号主变在故障过程中，始终没有差流（零差差流始终小于差流定值），即使出现区外故障切除的暂态过程，也不会造成保护动作。

图6 2号主变A 套B 套零差差流及制动电流比率制动特性说明
4 结论及改进措施
由上述分析可知，此次该变电站2号主变A 套保护动作原因，由于在中性点CT 饱和后，零差差流的不平衡电流增大，在区外故障切除时的暂态过程中，零差差流满足制动特性曲线动作曲线，保护动作出口。

零差保护内的被保护对象均系电路连接，不包含磁耦合的独立绕组，从原则上，变压器励磁电流对零差保护而言是穿越性电流，没有不平衡电流。

目前微机差动保护的动作特性在初始阶段为了保证其灵敏度，差动保护的最小动作值、比率制动系数均整定较小，在变压器发生区外故障忠出现CT 饱和、区外故障切除再恢复的过程中、变压器空充时励磁的不一致使得CT 的暂态特性出现差异等情况下，零差保护会出现误动作。

根据动作上述分析结果，针对本次误动，建议采用以下措施： （1）零差保护在区外故障CT 饱和，区外故障切除时的暂态过程保护动作，虑TA 暂态特性对主变零差保护的可靠具有特别重要的意义，主变零差保护各侧CT 必须采用同类型的CT；
（2）修改零差保护软件逻辑。

提高零差保护装置在区外故障CT 饱和，且区外故障切除时躲过暂态过程的能力；
（3）零差保护装置置入CT 饱和检测程序并能在CT 饱和时可靠闭锁保护装置；
（4）条件允许时退出零差保护跳闸功能，改为信号功能。

参考文献：
[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护.2005.
[2]徐文懿.大型自耦变压器零序差动保护接线改进.全国电力主设备保护学术年会论文集.1988.
（上接第222页）
图3 CA 相间距离I 段比相图
其中：工作电压)*(zdI CA CA opCA Z I U U −=； 极化电压 11θj CA jCA e U U =；
图 3中的红线（红线为270°）以下为动作区，其动作区为：
°<<°27090jCA
opCA U U Arg
由于ZDI Z 定值很小（0.08Ω），且乙二醇
侧为弱电侧， 故障电流CA I 也较小
（约2A），因此工作电压opCA U 基本由CA U 决定。

而CA U 电压很低（约 2.5V）
，工作电压与极化的比相结果靠近动作区边界，在保护起动 230ms 以后进入相间距离Ⅰ段
阻抗元件动作区，导致距离Ⅰ段动作出口 。

4 经验与结论
在短线路中，由于线路较短，距离保护I 段整定值很小有时甚至没有保护区，考虑到距离保护元件精工电压的范围，此时应该退出距离I 段。

滕醇线保护RCS-943AMV 具备光纤纵差保护功能，距离Ⅰ段应该退出，江滕线如果退距离I 段，需要更换保护。

本案中两起距离I 段动作属于在过负荷时误动，线路距离保护在过负荷时误动是当今世界性难题，长期以来一直困扰着继电保护专业，目前国内多位知名继保专家和学者也针对性提出距离保护应对过负荷的策略，提出的算法已在国内主流继电保护装置中实现，现正处挂网试验验证阶段，不久的将来就会正式实施。

参考文献：
[1]许正压.输电线路新型距离保护[M].水利电力出版社,2002.
[2]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护典型故障分析[M].中国电力出版社,2001. 作者简介：
陈泽华，1972，男，湖北保康，国网宜昌供电公司，二次检修班班长，高级工程师/高级技师，主要从事继电保护工作。