牵引变压器差动保护实例分析及处理方法

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关键字：差动保护作为变压器的主保护，其跳闸原因较多，历来都将其作为重点方向进行研究。本文以国电南自轨道交通工程有限公司研制的WBZ-651A型差动保护装置为例，结合作者多年的现场经验，对现场的跳闸实例进行分析。总结在实际运行过程中变压器发生跳闸的原因，为技术人员迅速、准确地分析和处理问题，提供一手的实践资料。

0 引 言

铁路牵引变压器不同于常规的电力变压器，是一种需要满足牵引负荷剧烈变化、外部短路频繁发生的特种变压器。我国铁路电气化实行的是单向工频交流电，且较多采用VV变、单相变、平衡变、SCOTT变等多种变压器，差动保护（又称二次谐波制动的比率差动保护）的判别原理和判别方式不尽相同，但差动保护作为牵引变压器的主保护，其重要性毋庸置疑。快速准确的解决差动跳闸问题，能够缩短故障时间，减少因故障跳闸造成的损失，挽回经济效益。本文将以国电南自轨道交通工程有限公司研制的WBZ-651A型差动保护装置为例，通过具体的跳闸实例，探讨故障可能发生的原因，为快速解决故障提供可靠的建议。

1 现场跳闸实例

1.1 实例1及分析

跳闸实例一：旧主变更换为平衡变压器后差动保护出口；

IA=0.80(0?)A, IB=1.6(166.9?)A, IC=0.81(334.3?)A, Ia=0.4(191.7?)A, Ib=1.3(344.2?)A

ICDA=1.68 A, IZDA=0.04 A

ICDB=3.28 A, IZDB=0.04 A

ICDC=1.67 A, IZDC=0.02 A

注：IA、IB、IC分别为高压侧A、B、C三相电流；Ia、Ib分别为低压侧a、b相电流；ICDA、ICDB、ICDC分别为A、B、C三相差动值；IZDA、IZDB、IZDC分别为A、B、C三相制动值。

WBZ-651A型差动保护装置的差动判据是高低压侧对应的两相电流的矢量差，因此，要求高低压侧电流互感器（以下简称流互）极性应保持同名端输入。在主变正常运行过程中，高低压侧对应相差动电流应为0，制动电流较大，且高低压侧对应相的电流角度基本相同。但本次跳闸数据中，各相差动电流较大，制动电流为0，高低压侧对应相的电流角度相差180度，可以判定，主变低压侧流互极性与高压侧流互极性相反，导致此次保护出口动作。处理方式，只需将主变低压侧两相流互的极性颠倒即可。此类故障一般发生于变电所新建和改造过程中，需要对流互的极性做出准确的判断。

1.2 实例2及分析

跳闸实例二：运行数年后的SCOTT主变差动保护出口；

IA=1.17(0°)A，IB=1.79(177.6°)A，IC=0.64(355.9°)A，Ia=0.66(1.5°)A，Ib=0.75(177.8°)A，KPH=2.667，ICD=1.447

ICDA=0.74A,IZDA=0.79A,

ICDB=1.45A,IZDB=1.06A,

ICDC=0.73A,IZDC=0.28A,

注：KPH为平衡系数，ICD为差动定值。

运行数年的变压器，一般是不会发生流互接线错误的问题。从数据上看，高压侧3相电流基本满足矢量和为0的要求，高压侧B相电流较大，低压侧b相电流偏小，可以判定b相数据采集偏小，导致的差动出口。

此类数据的明显特征为，高低压侧对应相的相位角基本相同，且一相电流值下降较快，明显偏小。导致其发生的原因较为多样：

① 可能由于流互回路接线时间较长，缺乏维护，松动脱落所致；

② 可能由于流互长久失修，运行时间超过其质保期，导致采样不准；

③ 可能由于保护装置内，对应的交流采样模块的损坏。

对于运行时间较长的设备，需要对其做定期的巡检和维护。在巡检中排查此类事故发生的安全隐患，可以大大降低在主变运行过程中发生跳闸事故的概率，有效地减少因此类事故跳闸而造成的损失。

1.3 实例3及分析

跳闸实例三：馈线213跳闸的同时，二号主变(Y/?-11)差动速断保护动作；

动作类型：差动速断出口；

IA: 1.770(0?) A IB: 31.310 (223.5?)A IC: 16.180(65.2?)A Ia: 1.330(1.6?)A Ib: 26.500(207.5?)A

ICDA : 0.070 A IZDA : 1.740 A

ICDB : 9.710 A IZDB : 32.570 A

ICDC : 22.110 A IZDC : 23.480 A

定值：ISD=15A，ICD=3A，IZD1=2.5A，KYL=0.2，KPH=0.77，主变类型：其它（yd11），主变容量S=40000KVA，nH=400/5, nL=1200/5；

注：ISD为差动速断定值，ICD为差动定值，KYL为二次谐波制动系数，nH为高压侧流互变比，nL为低压侧流互变比。

图一中显示，在断路器213跳闸的瞬间，电压下降为很快，并且产生了较大的故障电流，因含有较多的非周期分量和谐波分量，使得波形发生了畸变，导致图二中主变b相电流互感器发生饱和，主变b相电流很大，但由于二次谐波电流也很大，抑制了差动保护动作，因此差动速断保护发生动作。

从定值上来看，IeH=S/( ×UH)=40000/( ×110)=209.9A，IeH’= IeH×Kjx/nH =209.9*1.732/80=4.54A（其中IeH为高压侧额定电流，IeH’ 为高压侧额定电流变换至装置侧的值），而根据差动速断电流整定原理ISD=6×IeH’ =27A来看，差动速断定值明显偏小，需调整差动速断电流定值。

此类的保护动作为典型的区间外故障产生的差流，而引起的原因主要有以下几种：

① 变压器正常运行时各侧的额定电流不一致；

② 电流互感器由于不同的型号和折旧问题而存在的误差；

③ 当变压器一侧带有分节头调节时，电压发生变化产生不平衡电流；

④ 不同类型的负载致使各侧电流相位发生偏差；

⑤ 谐波和非周期分量的影响。

为了防止区间外故障引起的差动保护误动作，可以采取以下几条措施：

① 两侧的流互尽量选用同一型号；

② 提高保护装置硬件的采样精度和计算准确度；

③ 采用先进的保护原理；

④ 精确计算继电保护定值，一般来说差动定值为额定电流的0.5~0.7倍，而差动速断定值一般为额定电流的5~6倍。

此外，对于因变压器空投或者故障切除后电压恢复时产生的励磁涌流而引起的变压器差动保护动作，由于含有很大成分的非周期分量和高次谐波分量，并以二次谐波为主，在一次设备不变的情况下，也可以通过调整二次谐波制动系数和差动定值来防止保护装置发生误动作。

1.4 实例4及分析

跳闸实例四：变电所为SCOTT变压器。由于外线路故障引发馈线跳闸，重合失败后，故障电流仍有5000多安，30多秒后主变差动发生跳闸。

IA=2.6(0?) A, IB=4.62(185.9?) A, IC=2.06(13?) A, Ia=0.79(323.2?) A, Ib=1.20(299?) A

ICDA=2.46 A, IZDA=1.37 A

ICDB=4.91 A, IZDB=2.2 A

ICDC=2.46 A, IZDC=0.91 A

定值：KPH=2.133 S=75MVA nH=800/5 nL=1500/5

根据国电南自WBZ-651A型差动保护装置说明书中关于SCOTT变压器的数据计算，在正常的情况下，低压侧b相电流Ib应为8.53A，对应的一次侧电流为2559A，而此数据中Ib为1.20A，对应的一次侧电流只有360A，明显低于正常值。由于主变高压侧三相电流矢量和为0，可以排除因流互故障或接线问题造成的电流采集不准而导致的差动跳闸，因此可以判定此次差动动作是由于馈线短路引发的主变内部故障跳闸。

变压器内部因相间短路、单相接地短路、匝间短路等故障引起的差动保护，电流变化较为灵活、复杂，不易判断，需技术人员根据故障报告和故障录波，结合变压器实际运行状况，综合判断为佳。

3 结论

尽管主变差动动作原因依旧是多方面的，但近年来，随着主变差动微机保护装置和综合自动化系统的应用日趋广泛，保护原理不断更新，加之技术人员的技术水平也不断提高，这些都对主变差动跳闸的判断和处理，提供了快捷而准确的信息。虽然本文为技术人员在查找和处理差动跳闸事故提供了一些思路，但是我们只有在安装调试过程中，按照检验条例和相关规程规定，把每一个环节工作做细，严把整组实验关，并且在例行的排查和维护的工作中，做到认真细致，一丝不苟，是可以极大限度的避免差动保护在运行中的误动作，减少由此带来的损失，提高铁路的运行效率。

参 考 文 献

[1] WBZ-65A微机变压器保护测控装置技术说明书[M]. 南京：国电南自，2008．

[2] 诸晓锐．牵引变压器差动保护装置误动作统计与对策[J].电气化铁道，2008，1：14-16．

[3] 熊洁，黄利华．变压器差动保护误动作原因分析[J].铜业工程，2006，2:35-36．

[4] 郭英林，程晓萍．变压器比率差动保护误动作分析.科学技术，2010：79．

作者简介：

刘 桐(1983—)，男，硕士研究生，研究方向为继电保护、微机保护。

陈颖娣(1983—)，女，硕士研究生，研究方向为分布式发电、电力市场。