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摘要: 变压器差动保护主要是为防御变压器绕组、引出线和套管的多相短路, 中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路, 以及绕组匝间短路, 其作为变压器主保护作用非常重要。提高主变差动保护乃至全站继电保护运行的可靠性, 防止主变差动保护误动故障。本文结合例子分析了几种容易出现的故障问题，并提出该问题相应防范措施及对其判断思路。供于业内人士参考。
关键词:变压器；差动保护；诊断方法；防范措施
电力变压器是电力系统中重要的设备之一，其运行正常与否直接关系到整个电网可靠性，因此要求变压器继电保护具有较高的可靠性。目前变压器保护动作正确率普遍不高，且有时候会出现一些原因不明的误动，传统的保护原理、保护方法面临严峻的挑战。
1 差动保护运行中容易出现的故障问题
变压器差动保护误动作分析举例:
例一：工作人员误倒换保护CT回路使差动保护误动作
（1）故障现象
某220kV变电站，投产不久，在一次变电站区外故障时，主变差动保护误动作，跳开主变三侧开关。
(2)变压器差动保护工作原理
如下图1为三绕组主变压器纵差保护的单相原理图。
图1 三绕组主变压器纵差保护的单相原理图
变压器正常运行或发生外部故障时，流入差动继电器(1DL- 3DL)的电流IⅠ+IⅡ+IⅢ≈0，差动继电器仅流进很小的不平衡电流，远远低于差动保护的整定值，所以差动保护不会动作，变压器能够继续正常运行。当发生变压器区内故障时， IⅠ+IⅡ+IⅢ＞IDZ(IDZ为差动保护整定值)，差动保护动作跳闸。
（3）检查过程及原因分析
在主变压器投产前，曾经做过主变保护带负荷测相位和差电压(或差电流)，以检查电流回路接线的正确性。但当时，主变压器1OkV侧(图1的3DL侧)只带站用变压器负荷，无其他负荷，因此负荷很小，变压器配置LCD-4型差动保护，施工单位侧试后认为差动保护二次回路接线正确，可以投入运行。正式投入运行后，由于系统发生过穿越性故障使得主变压器差动保护误动作跳闸，然后再做带负荷(10k侧负荷仍然只带站用变压器负荷)测相位和差电压(或差电流)，以检查电流回路接线的正确性。但仍然检查不出问题所在，直到第二次发生主变压器差动保护误动作事故，经过认真检查电流互感器电流回路，才发现110kV侧电流互感器变比接错，原要求接300/5，错接为600/5。
这个案例说明，变电站主变压器差动保护在投入运行前，由于新投产的变压器往往负荷较轻，负荷电流很小，(尤其是三卷变压器某侧负荷电流很小时，需要带较大的负荷才能保证测试结果的正确)导致投产前的差动保护带负荷测相位和差电压(或差电流)的结果不一定正确。
（4）防范措施
①对变电站值班人员来说，差动保护的二次接线是否正确，在运行中无条件检查，而且也不是值班人员的职责，但值班人员在CT一次接线错误时比较明显，变电站值班人员可以检查出。因此，变压器差动保护在投产前后变电站运行值班人员除了常规的检查外，还应该对照变压器保护整定通知单，根据通知单所列的差动保护各侧所使用的电流互感器一次侧的变比进行检查。防止电流互感器一次侧变比接错，而引起差动保护在运行中误动作；
②变电站现场运行规程应将值班人员检查电流互感器的连接情况(一次侧是串联还是并联)写入变电站现场运行规程条款中；
③变压器差动保护投入运行后应做到变压器负荷上升到带负荷测相位和差电压(或差电流)的结果能正确判断接线正确为止。
例二：差动保护倒换CT回路时，差动保护保护误动作
（1）故障现象
在主变差动保护由“大差动”改“小差动”操作时，主变动保护误动作跳开主变三侧开关。
（2）差动保护电流回路接线差动保护误动原因
在我公司未采用微机变压器保护前，常规型的变压器差动保护，常常只配置了一套差动保护，为了扩大差动保护的保护范围，通常变压器的高压侧(或高、中压侧)电流互感器接于靠变压器高压侧开关母线侧，这种接法，我们简称“大差”，高侧开关如因检修等原因需要退出运行狀态，则要倒换变压器的差动保护高压侧电流互感器二次侧电流回路，由开关侧电流互感器改为由变压器高压侧套管电流互感器二次侧电流回路接入变压器差动保护，这种接法，我们简称“小差”，由于该项操作需要变电站值班人员带电在电流互感器二次回路上工作，容易造成电流互感器二次回路开路，可能危险的高电压危及人身安全。在倒换电流互感器工作完成后，盲目地投入差动保护还容易造成变压器差动保护误动作跳开变压器各侧开关的事故。
某220kV变电站运行值班人员在执行220kV旁路2030开关代#1主变变高2201开关运行操作时，操作到在#1主变保护屏上将SD1试验盒开关CT短接，将SD2试验盒套管CT开放运行，即“小差”保护运行，如图2所示。
图2
由于变电站运行值班人员对变压器差动保护原理了解不足，不明白变压器差动保护试验盒端子后面引线结线方式，想当然己经将SDl试验盒开关CT短接了，开放连片取不取下无所谓(确实也比较难操作)，造成切换端子连片时如图3所示，错将SD1该取下的端子连片保留。继续进行其它操作，结果造成差动保护误动作跳开主变压器三侧开关。
图3 （3）防范措施
①加强变电站值班人员的安全意识，变压器差动保护，在倒换主变差动保护回路前，必须先退出差动保护联接片；在倒换主变差动保护回路后，必须先量差动保护联接片两端误电压后，再投入变压器差动保护联接片；
②加强变电站值班人员对变压器充保护原理的学习；
③尽快采用微机变压器保护代替传统型的变压器保护，避免变电站值班人员进行变压器差动保护CT回路的倒换操作，可减少变压器差保护误动作的可能性。
例三：微机双重差动保护配置投退大差动时保护误动作
（3）故障现象
当主变正常运行中，由于运行方式改变，主变需要投(退)出大差动回路保护时，保护大差动保护回路投(退)不及时，造成变差动保护误动，跳开主变各侧开关。
(2)差动保护电流回路接线差动保护误动原因
随着计算机技术的迅速发展，电力系统也很快应用了微机变压器保护产品，目前，我们大量使用了微机变压器保护，而变压器保护我们配置了双重化的微机保护，对二套变压器差动保护而言，一套用于变压器“大差”范围，另一套用于变压器“小差”范围。微机变压器保护双重配置与常规保护相比较，变电站值班人员在变电站主变压器高压侧(或中压侧)开关需要退出运行状态，由旁路开关代路操作时，变压器差动保护不必进行电流互感器二次回路的倒换，直接推出一套动保护，保留一套小差动保护运行。这用做就避免了电流互感器二次回路开路的危险性。但是对变电站值班人员又提出了新的要求，也就是差动保护倒换运行的问题。例如某220kV变电站曾经因投退变压器差动保护时出现了误操作，发生过考核性事故，中断了全公司安全纪录。
其主要原因是在主变压器操作任务为“由旁路开关带主变高压侧开关状态转为由变压器高压侧开关恢复运行状态”操作时，一次侧尚在由旁路开关代路运行时就将大差动保护联接片投入运行，即将大差动保护投入运行。此时出现过差动保护差流越限告警，但是，未引起变电站值班人员重视，最终造成主变压器差动保护动作，跳主变压器三侧开关事故。
（3）防范措施
①加强变电站值班人员对变压器微机差动保护的配置，差动保护工作原理的学习；
②旁路开关带路时，大差动保护要先退出运行；
③要及时修改变电站微机变压器保护的运行规程。
例四：工作人员误接线导致变压器差动保护误动作
（1）故障现象
我公司220kV某变电站1#主变于2008年9月投入运行，错用测量组CT绕组，导致区外故障时差动保护误动作，跳开主变格侧开关。
（2）差动保护电流回路接线差动保护误动原因
在2009年2月12日的一次l0kV线路近区相间故障时，1#主变的小差动保护(用变压器套管CT)误动作，切除1#主变三侧开关，大差动保护(用开关CT)没有动作。
在事故后的检查中发现，小差动保护的变压器中压侧套管CT使用准确级为0.5级的绕组。当lOkV线路近区相间故障时，变压器流过较大的穿越性电流，导致变压器中压侧准确级为0.5级的套管CT饱和，二次电流不能准确反映一次电流，从而使得三侧电流之和大于差动电流整定值，导致差动保护误动作。
（3）防范措施
①在基建施工验收和保护第一次定检中，应进行CT准确等级的仔细核对，并做好记录。依靠变压器带负荷测试差电流或差电压是不能发现此类缺陷的；
②负荷电流太小影响测试结果，不能发现CT变比错误。
3减少主变压器差动保护事故的思路
（1）对变电站值班人员培训要到位，无论变压器保护是微机保护还是常规保护，要用通俗易懂的培訓方法让值班人员理解主变压器大小差动保护的电流互感器二次回路接线方式、差动保护的工作原理，这样才可能避免此类事故的发生；
（2）在旁路开关代路运行状态之前，主变大差动保护必须先退出运行，退出旁路开关代路操作之前，先合上主变压器高压侧或中压侧开关，再断开旁路开关后，才允许投入变压器大差动保护；
（3）大差动保护投入运行前，电流互感器回路倒换完毕，检查无误后，必须用高阻抗电压表测量差动保护联接片(LP)两端无电压后才能投入差动保护(LP)。否则，可能造成变压器差动保护误动作；
（4）及时补充修订现场运行规程；
（5）变压器差动保护跳闸后，变电站运行值班人员利用故障录波图可准确判断故障原因并快速处理事故。
4 结束语
电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务,变压器差动保护中诸多问题,不能够很好的解决该问题,就会直接影响变压器差动保护的性能,甚至造成变压器差动保护的误动或拒动。因此,确保变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:变压器；差动保护；诊断方法；防范措施
电力变压器是电力系统中重要的设备之一，其运行正常与否直接关系到整个电网可靠性，因此要求变压器继电保护具有较高的可靠性。目前变压器保护动作正确率普遍不高，且有时候会出现一些原因不明的误动，传统的保护原理、保护方法面临严峻的挑战。
1 差动保护运行中容易出现的故障问题
变压器差动保护误动作分析举例:
例一：工作人员误倒换保护CT回路使差动保护误动作
（1）故障现象
某220kV变电站，投产不久，在一次变电站区外故障时，主变差动保护误动作，跳开主变三侧开关。
(2)变压器差动保护工作原理
如下图1为三绕组主变压器纵差保护的单相原理图。
图1 三绕组主变压器纵差保护的单相原理图
变压器正常运行或发生外部故障时，流入差动继电器(1DL- 3DL)的电流IⅠ+IⅡ+IⅢ≈0，差动继电器仅流进很小的不平衡电流，远远低于差动保护的整定值，所以差动保护不会动作，变压器能够继续正常运行。当发生变压器区内故障时， IⅠ+IⅡ+IⅢ＞IDZ(IDZ为差动保护整定值)，差动保护动作跳闸。
（3）检查过程及原因分析
在主变压器投产前，曾经做过主变保护带负荷测相位和差电压(或差电流)，以检查电流回路接线的正确性。但当时，主变压器1OkV侧(图1的3DL侧)只带站用变压器负荷，无其他负荷，因此负荷很小，变压器配置LCD-4型差动保护，施工单位侧试后认为差动保护二次回路接线正确，可以投入运行。正式投入运行后，由于系统发生过穿越性故障使得主变压器差动保护误动作跳闸，然后再做带负荷(10k侧负荷仍然只带站用变压器负荷)测相位和差电压(或差电流)，以检查电流回路接线的正确性。但仍然检查不出问题所在，直到第二次发生主变压器差动保护误动作事故，经过认真检查电流互感器电流回路，才发现110kV侧电流互感器变比接错，原要求接300/5，错接为600/5。
这个案例说明，变电站主变压器差动保护在投入运行前，由于新投产的变压器往往负荷较轻，负荷电流很小，(尤其是三卷变压器某侧负荷电流很小时，需要带较大的负荷才能保证测试结果的正确)导致投产前的差动保护带负荷测相位和差电压(或差电流)的结果不一定正确。
（4）防范措施
①对变电站值班人员来说，差动保护的二次接线是否正确，在运行中无条件检查，而且也不是值班人员的职责，但值班人员在CT一次接线错误时比较明显，变电站值班人员可以检查出。因此，变压器差动保护在投产前后变电站运行值班人员除了常规的检查外，还应该对照变压器保护整定通知单，根据通知单所列的差动保护各侧所使用的电流互感器一次侧的变比进行检查。防止电流互感器一次侧变比接错，而引起差动保护在运行中误动作；
②变电站现场运行规程应将值班人员检查电流互感器的连接情况(一次侧是串联还是并联)写入变电站现场运行规程条款中；
③变压器差动保护投入运行后应做到变压器负荷上升到带负荷测相位和差电压(或差电流)的结果能正确判断接线正确为止。
例二：差动保护倒换CT回路时，差动保护保护误动作
（1）故障现象
在主变差动保护由“大差动”改“小差动”操作时，主变动保护误动作跳开主变三侧开关。
（2）差动保护电流回路接线差动保护误动原因
在我公司未采用微机变压器保护前，常规型的变压器差动保护，常常只配置了一套差动保护，为了扩大差动保护的保护范围，通常变压器的高压侧(或高、中压侧)电流互感器接于靠变压器高压侧开关母线侧，这种接法，我们简称“大差”，高侧开关如因检修等原因需要退出运行狀态，则要倒换变压器的差动保护高压侧电流互感器二次侧电流回路，由开关侧电流互感器改为由变压器高压侧套管电流互感器二次侧电流回路接入变压器差动保护，这种接法，我们简称“小差”，由于该项操作需要变电站值班人员带电在电流互感器二次回路上工作，容易造成电流互感器二次回路开路，可能危险的高电压危及人身安全。在倒换电流互感器工作完成后，盲目地投入差动保护还容易造成变压器差动保护误动作跳开变压器各侧开关的事故。
某220kV变电站运行值班人员在执行220kV旁路2030开关代#1主变变高2201开关运行操作时，操作到在#1主变保护屏上将SD1试验盒开关CT短接，将SD2试验盒套管CT开放运行，即“小差”保护运行，如图2所示。
图2
由于变电站运行值班人员对变压器差动保护原理了解不足，不明白变压器差动保护试验盒端子后面引线结线方式，想当然己经将SDl试验盒开关CT短接了，开放连片取不取下无所谓(确实也比较难操作)，造成切换端子连片时如图3所示，错将SD1该取下的端子连片保留。继续进行其它操作，结果造成差动保护误动作跳开主变压器三侧开关。
图3 （3）防范措施
①加强变电站值班人员的安全意识，变压器差动保护，在倒换主变差动保护回路前，必须先退出差动保护联接片；在倒换主变差动保护回路后，必须先量差动保护联接片两端误电压后，再投入变压器差动保护联接片；
②加强变电站值班人员对变压器充保护原理的学习；
③尽快采用微机变压器保护代替传统型的变压器保护，避免变电站值班人员进行变压器差动保护CT回路的倒换操作，可减少变压器差保护误动作的可能性。
例三：微机双重差动保护配置投退大差动时保护误动作
（3）故障现象
当主变正常运行中，由于运行方式改变，主变需要投(退)出大差动回路保护时，保护大差动保护回路投(退)不及时，造成变差动保护误动，跳开主变各侧开关。
(2)差动保护电流回路接线差动保护误动原因
随着计算机技术的迅速发展，电力系统也很快应用了微机变压器保护产品，目前，我们大量使用了微机变压器保护，而变压器保护我们配置了双重化的微机保护，对二套变压器差动保护而言，一套用于变压器“大差”范围，另一套用于变压器“小差”范围。微机变压器保护双重配置与常规保护相比较，变电站值班人员在变电站主变压器高压侧(或中压侧)开关需要退出运行状态，由旁路开关代路操作时，变压器差动保护不必进行电流互感器二次回路的倒换，直接推出一套动保护，保留一套小差动保护运行。这用做就避免了电流互感器二次回路开路的危险性。但是对变电站值班人员又提出了新的要求，也就是差动保护倒换运行的问题。例如某220kV变电站曾经因投退变压器差动保护时出现了误操作，发生过考核性事故，中断了全公司安全纪录。
其主要原因是在主变压器操作任务为“由旁路开关带主变高压侧开关状态转为由变压器高压侧开关恢复运行状态”操作时，一次侧尚在由旁路开关代路运行时就将大差动保护联接片投入运行，即将大差动保护投入运行。此时出现过差动保护差流越限告警，但是，未引起变电站值班人员重视，最终造成主变压器差动保护动作，跳主变压器三侧开关事故。
（3）防范措施
①加强变电站值班人员对变压器微机差动保护的配置，差动保护工作原理的学习；
②旁路开关带路时，大差动保护要先退出运行；
③要及时修改变电站微机变压器保护的运行规程。
例四：工作人员误接线导致变压器差动保护误动作
（1）故障现象
我公司220kV某变电站1#主变于2008年9月投入运行，错用测量组CT绕组，导致区外故障时差动保护误动作，跳开主变格侧开关。
（2）差动保护电流回路接线差动保护误动原因
在2009年2月12日的一次l0kV线路近区相间故障时，1#主变的小差动保护(用变压器套管CT)误动作，切除1#主变三侧开关，大差动保护(用开关CT)没有动作。
在事故后的检查中发现，小差动保护的变压器中压侧套管CT使用准确级为0.5级的绕组。当lOkV线路近区相间故障时，变压器流过较大的穿越性电流，导致变压器中压侧准确级为0.5级的套管CT饱和，二次电流不能准确反映一次电流，从而使得三侧电流之和大于差动电流整定值，导致差动保护误动作。
（3）防范措施
①在基建施工验收和保护第一次定检中，应进行CT准确等级的仔细核对，并做好记录。依靠变压器带负荷测试差电流或差电压是不能发现此类缺陷的；
②负荷电流太小影响测试结果，不能发现CT变比错误。
3减少主变压器差动保护事故的思路
（1）对变电站值班人员培训要到位，无论变压器保护是微机保护还是常规保护，要用通俗易懂的培訓方法让值班人员理解主变压器大小差动保护的电流互感器二次回路接线方式、差动保护的工作原理，这样才可能避免此类事故的发生；
（2）在旁路开关代路运行状态之前，主变大差动保护必须先退出运行，退出旁路开关代路操作之前，先合上主变压器高压侧或中压侧开关，再断开旁路开关后，才允许投入变压器大差动保护；
（3）大差动保护投入运行前，电流互感器回路倒换完毕，检查无误后，必须用高阻抗电压表测量差动保护联接片(LP)两端无电压后才能投入差动保护(LP)。否则，可能造成变压器差动保护误动作；
（4）及时补充修订现场运行规程；
（5）变压器差动保护跳闸后，变电站运行值班人员利用故障录波图可准确判断故障原因并快速处理事故。
4 结束语
电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务,变压器差动保护中诸多问题,不能够很好的解决该问题,就会直接影响变压器差动保护的性能,甚至造成变压器差动保护的误动或拒动。因此,确保变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。