动力变比率差动保护动作跳闸原因浅析

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摘要：差动保护是铝厂动力变压器的主保护，保护异常动作将使铝厂各个区域缺失动力电源，造成全厂失电，影响面极大。变压器差动保护动作时，我们需要注意到影响保护装置动作的各种因素，在保护设计、电流互感器的选用、保护整定等方面都要进行分析。本文结合工作中出现的差动保护异常动作情况，全面分析了变压器比率差动保护动作的原因及其防范措施，为变压器保护装置运行和保护整定提供了实际经验。

关键词：变压器 比率差动 动作原因 处理方法

0 引言

某铝厂#2动力变采用的是西安西变电气有限责任公司制造的有载调压电力变压器，型号：SFPZ—40000/

220，接线组标号YNd11。变压器设有二套差动保护装置，第一套保护选用深圳中电PMC-687A，第二套保护选用深圳中电SEL-587，变压器于2009年8月份投运后运行无异常。2011年8月5日，设备预防性试验后投运时第一套保护装置PMC-687A比率差动保护动作出口，第二套保护装置SEL-587动作告警。下面具体介绍动力变比率差动保护PMC-687A比率差动动作原因及处理方法。

1 差动保护装置PMC-687A原理概述

比率制动差动保护的动作电流是随着制动电流按比率增大，这样既能保证外部短路不误动，又能保证内部短路有较高的灵敏度。比率制动差动保护特性采用三段式折线：

图中：Iop.min为比率差动起动定值，Iop.up为差动速断动作定值，折线k1固定过原点，折线k2的拐点固定为5。比率差动保护按相判别，任意一相满足条件时保护动作，单相比率差动元件逻辑图如下：

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单相比率制动差动元件逻辑

说明：Iop.min：比率差动起动定值

Iop：差动电流 Ires：制动电流

k1：制动斜率1 k2：制动斜率2

装置通过电流信号中的二次和五次谐波分量来区分由内部故障和由励磁涌流以及过励磁引起的差动电流。变压器带负载运行后，自动将二次谐波制动比降低0.05，以增强抗励磁涌流及和应涌流的能力。二次谐波制动可选择按相闭锁或交叉闭锁（按相闭锁：只闭锁本相的比率差动元件，交叉闭锁：三相比率差动元件均闭锁），五次谐波制动将闭锁三相比率差动元件。二次谐波制动元件与五次谐波制动元件逻辑如下图：

说明：

Ioph2：差流中二次谐波分量 kh2：二次谐波制动比

Ioph5：差流中五次谐波分量 kh5：五次谐波制动比

2 变压器比率差动保护动作经过

电气检修人员对变压器进行春季预防性试验，按照规程要求对变压器、避雷器进行高压试验，对二次回路、保护装置及整定值进行校核、检验。检修工作结束后，变压器需要投入运行，运行值班员根据电力调度要求给变压器送电，当合上主变高压侧220KV开关时，差动保护动作，跳开220KV 开关，后台机显示比率差动保护动作。（后查

询保护动作电流值为：IopA=0.62A IopB=0.95A IopC=

1.44A）初步判断为励磁涌流所致，由于此前变压器一直正常运行，从未出现过此类情况，针对保护动作情况对现场进行全面检查分析，认为有以下几种原因可能会引起差动保护动作：①差动保护范围内的一次设备发生异常；②差动保护装置误动；③电流回路误接线。检修人员根据分析结果进行逐一检查：①对差动保护范围内的一次设备进行全面的检查未发现异常，相关试验项目合格；②用继电保护测试仪对差动保护装置进行全面的校验，并带断路器传动试验，保护装置正确动作；③检查差动保护CT二次接线、极性正确。以上检查项目均未发现异常。确认一次设备无异常现象。在征求总工程师意见后，运行调度让操作人员再次投运变压器，比率差动差动保护再次动作，（后查询保护动作值为：IopA=0.69A IopB=0.89A IopC=0.84A）。供电部门马上组织继电保护技术人员对保护系统进行认真分析，判断动作原因。

3 保护动作原因分析及处理

差动电流与制动电流的计算都是在电流幅值调整和相位校正的基础上进行，在进行电流幅值调整以及相位校正后，PMC-687A采用如下公式计算差动电流与制动电流：

差动电流：Iop=■H+■L

制动电流：Irds=■■H■L

现场保护装置PMC-687A保护整定值：

比率差动： 起动值：0.4 斜率1：0.4 斜率2：0.6

二次制动：投入 交叉闭锁：退出 二次制动比：0.15

经计算：第一次变压器冲击送电，保护动作时动作电流值：A=0.62A B=0.95A C=1.44A此时差动电流ICD.A=0.62A IZD.A=0.31A；ICD.B=0.95A IZD.B=0.48A；ICD.C=1.44A IZD.C=0.72A。可以看出A、B、C相差流都很大，但B、C相谐波含量大于15%，“按相闭锁”逻辑成功闭锁保护未出口；而A相谐波不足15%。固而“按相闭锁”逻辑不能启动，所以保护A相差动保护出口跳闸正确。

第二次保护动作时动作电流值：A=0.69A B=0.89 A C=0.84A此时差动电流ICD.A=0.69A IZD.A=0.34A；ICD.B=

0.89A IZD.B=0.44A；ICD.C=0.84A IZD.C=0.42A。分析结果，原因同上。

故障录波装置调出保护动作时的电流波形，如图：

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故障电流的波形为典型的变压器励磁涌流波形。

分析比率差动保护动作的原因：变压器在合闸冲击瞬间产生较大的励磁涌流，差动电流大于整定值，而此时二次谐波制动应能闭锁变压器在启动过程中，由于二次谐波引起的差流增大保护误出口的情况。很明显在上面的定值中二次谐波制动项：“按相闭锁”逻辑没有能起到闭锁其它相差动，导致谐波含量较少相差动保护误出口，应该修改定值中二次谐波制动项为：“交叉闭锁”。经过讨论并报请总工程师批准，将二次谐波制动原“按相闭锁”改为“交叉闭锁”（按相闭锁：只闭锁本相的比率差动元件，交叉闭锁：三相比率差动元件均闭锁）。改正后保护运行正常，试送变压器再没有出现误动现象。

4 结论

变压器励磁涌流中的谐波含量很大，冲击电流的初相角、保护接线、断路器三相不同期、变压器性能都是造成励磁涌流中二次谐波含量增大的原因。在处理此类故障时，首先要对相关一次设备全面排查，确认一次设备无问题，其次要根据故障录波数据对故障现象进行分析，考虑在冲击变压器时，出现因激磁谐波量过大而未能正确闭锁，从而使差动保护误动作的情况发生。继电保护人员要根据保护装置的动作原理和设定原则正确设定保护定值，防止差动保护误动。

参考文献：

[1]郭权利.《微机型比率差动制动式变压器保护原理及测试方

法》.沈阳工学院，2005.

[2]《发电厂、变电站二次系统及继电保护测试技术》.北京：中国电力出版社，2006.

[3]《PMC-687A电流差动保护装置操作使用说明书》.深圳市中电电力技术有限公司，2007.

作者简介：李朋辉（1973-），男，河南巩义人，职位：电气专业工程师，职称：助理工程师，研究方向：电气控制，继电保护。