變壓器差動保護投運注意事項

新投運變壓器差動保護問題分析及帶負荷測試方案改進摘要：文章針對變壓器差動保護在設計、安裝、整定過程中可能出現(xiàn)的各種問題，結合變壓器差動保護原理，簡單說明了差動保護帶負荷測試的內(nèi)容，分析了測試中可能出現(xiàn)的各種異常，并對傳統(tǒng)的帶負荷測試提出了一種比較簡單可行的調試方案，最后對一起差動保護異常的分析處理進行了簡單介紹。關鍵詞：帶負荷測試;新投運變壓器;差動保護輸配電設備網(wǎng)差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，一直用于變壓器做主保護，其運行情況直接關系到變壓器的安危和系統(tǒng)的穩(wěn)定。怎樣才知道差動保護的運行情況以及差動保護的整定、接線正確?唯有用負荷電流檢驗。但檢驗時要測哪些量，測得的數(shù)據(jù)又怎樣分析和判斷是本文探討的內(nèi)容。下面就針對這些問題做些討論：一、 變壓器差動保護帶負荷測試的重要性差動保護是利用基爾霍夫電流定理工作的，當變壓器正常工作或區(qū)外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當變壓器內(nèi)部故障時，兩側（或三側）向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流的和正比于故障點電流，差動繼電器動作。信息來自：輸配電設備網(wǎng)變壓器差動保護原理簡單，但實現(xiàn)方式復雜，加上各種差動保護在實現(xiàn)方式細節(jié)上的各不相同，更增加了其在具體使用中的復雜性，使人為出錯機率增大，正確動作率降低。比如許繼公司的微機變壓器差動保護計算Y-△接線變壓器Y側額定二次電流時不乘以系數(shù)，而南瑞公司的保護要乘以系數(shù)。這些細小的差別，設計、安裝、整定人員很容易疏忽、混淆，從而造成保護誤動、拒動。為了防范于未然，就必須在變壓器差動保護投運時進行帶負荷測試。信息來源:二、 變壓器差動保護帶負荷測試內(nèi)容信息來自：輸配電設備網(wǎng)要排除設計、安裝、整定過程中的疏漏（如線接錯、極性弄反、平衡系數(shù)算錯等），就要收集充足、完備的測試數(shù)據(jù)。帶負荷測試方案：（一）差流（或差壓）信息來自:輸配電設備網(wǎng)變壓器差動保護是靠各側CT二次電流和即差流工作的，所以，差流（或差壓）是差動保護帶負荷測試的重要內(nèi)容。電流平衡補償?shù)牟顒永^電器用鉗形相位表或通過微機保護液晶顯示屏依次測出三相差流，并記錄;磁平衡補償?shù)牟顒永^電器，用0.5級交流電壓表依次測出三相差壓，并記錄。信息來自：輸配電設備網(wǎng)（二）各側電流的幅值和相位只憑借差流判斷差動保護正確性是不充分的，因為一些接線或變比的小錯誤，有時不會產(chǎn)生明顯的差流，且差流隨負荷電流變化，負荷小，差流跟著變小。所以，除測試差流外，還要用鉗形相位表在保護屏端子排依次測出變壓器各側三相電流的幅值和相位（相位以一相PT二次電壓做參考），并記錄。一般情況下，對于新設備不推薦通過微機保護液晶顯示屏測量電流幅值和相位。變壓器潮流：通過現(xiàn)場或調度端電流、有功、無功數(shù)據(jù)，記錄變壓器各側電流大小，有功、無功功率大小和流向，為CT變比、極性分析奠定基礎。負荷電流越大越好，負荷電流越大，各種錯誤在差流中的體現(xiàn)就越明顯，就越容易判斷。然而，實際運行的變壓器，負荷電流受網(wǎng)絡限制，不會很大，但至少應滿足所用測試儀器精度要求，以及差流和負荷電流的可比性。若二次負荷電流只有0.2A而差流有65mA時，判斷差動保護的正確性就相當困難。三、變壓器差動保護帶負荷測試數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)收集完后，便是對數(shù)據(jù)的分析、判斷。數(shù)據(jù)分析是帶負荷測試最關鍵的一步，如果馬虎，或對變壓器差動保護原理和實現(xiàn)方式把握不夠，就會得出錯誤的結論。（一）看同一側三相電流大小、相位關系分別檢查差動保護每一側電流回路的正確性，由于差動CT二次回路有完全星形接線和三角形接線兩種接線方式，這兩種情況下發(fā)生同樣的CT接線錯誤或者回路故障時測出的數(shù)據(jù)時不一樣的。故要分別進行討論。完全星形接線測試中經(jīng)常發(fā)生的各種異常的分類分析，見表1：表1完全星形接線測試中經(jīng)常發(fā)生的各種異常的分類分析原因分類輔助判別依據(jù)整改方案電流缺相某一相CT二次電流回路開路兩相電流大小、相位正常，一相電流為0查出故障點并進行處理三相電流對稱，但相序錯CT二次電流回路某段電纜芯首尾接線不一致零線上基本沒有電流調整為正確接

線三相電流大小或相位相差大于10%變壓器負荷三相不對稱，一相電流偏大或一相電流偏小與測量回路反映一致，且零線上基本沒有電流無須調整1變壓器負荷三相對稱，但波動較大，由于各相的測量存在時差，造成測量三相電流幅值、相位時不平衡零線上基本沒有電流，參考同時刻的同相測量回路電流無須調整某一相CT變比錯，即二次繞組抽頭接錯或CT的一次線未按整定變比進行串聯(lián)或并聯(lián)零線上有電流，零線電流與某相電流接近同相或反相（都以流進保護單元為正）調整故障相CT變比，同相時調小變比，反相則調大變比某一相電流因電纜芯絕緣損傷存在寄生回路保護屏內(nèi)零線上有電流且相位與故障相接近同相位（都以流進保護單元為正）查出故障點進行處理，或更換電纜某一相CT二次極性端接反三相電流大小對稱，但零線上電流接近相電流的兩倍根據(jù)零線電流與故障相電流接近反相找出故障相CT，調換其首尾端2.三角形接線測試中經(jīng)常發(fā)生的各種異常的分類，見表2表2三角形接線測試中經(jīng)常發(fā)生的各種異常的分類分析因分類|輔助判別依據(jù) 整改方案電流缺相硬件補償三角形外某一相開路兩相電流大小相等、相位相反，一相電流為0在流變端子箱與保護屏之間查出故障點進行處理三相電流相序錯CT二次電流回路某段電纜芯首尾接線不一致三相電流對稱調整為正確接線三相電流大小或相位相差大于10%變壓器負荷三相不對稱，一相電流偏大或一相電流偏小與變壓器低壓側流變測量回路反映基本一致無須調整變壓器負荷三相對稱，但波動較大，由于各相的測量存在時差，造成測量三相電流幅值、相位時不平衡與變壓器低壓側流變測量回路反映基本一致無須調整某一相CT變比錯，即二次繞組抽頭接錯或CT的一次線未按整定變比進行串聯(lián)或并聯(lián)若硬件補償后的A、B兩相電流小于（大于）C相電流，或A、B兩相電流相位差顯著小于（大于）1200,則B相為故障相，其調整故障相CT變比，兩相電流偏小（或其相位差明顯小于1200）時調小變比，反之則調大他相依此類推。變比硬件補償三角形內(nèi)某相電流因該相流變電纜芯絕緣損傷存在寄生回路若硬件補償后的A、B兩相電流小于（大于）C相電流，或A、B兩相電流相位差顯著小于（大于）1200,則B相為故障相，其他相依此類推。在該相流變至其端子箱之間的電纜查出故障點進行處理，或更換電纜硬件補償三角形外某兩相電流因電纜芯相間絕緣損傷存在寄生回路若硬件補償后的A、B兩相電流小于C相電流，或A、B兩相電流相位差顯著小于1200，則AB相間故障，其他相依此類推。在流變端子箱與保護屏之間的電纜查出故障點進行處理，或更換電纜硬件補償三角形內(nèi)某相CT二次電流回路開路若硬件補償后的A、B兩相電流約為C相電流的0.6倍，或A相超前B相約600,則B相CT二次開路，其他相依此類推。在該相流變至其端子箱之間查出故障點并進行處理某一相CT二次極性端接反若硬件補償后的A、B兩相電流約為C相電流的0.6倍，或B相超前A相約600,則B相CT首尾接反，其他相依此類推。調換故障相首尾端（二）觀察兩（或三）側同名相電流相位，檢查差動保護電流回路極性組合的正確性信息來這里要將兩種接線分別對待，一種是將變壓器Y側CT二次繞組接成△，另一種是變壓器各側CT二次繞組都接成Y型。對于前一種接線，其兩側二次電流相位應相差180°（三圈變壓器，可分別運行兩側，來檢查差動保護電流回路極性組合的正確性），而對于后一種接線，其兩側二次電流相位相差角度與變壓器接線方式有關。比如一臺變壓器為Y-Y-^-11接線，當其高、低壓側運行時，其高壓側二次電流應超前低壓側同名相150°，而當其高、中壓側運行時，其高壓側二次電流和中壓側電流仍相差180°。若兩側同名相電流相位差不滿足上述要求（偏差大于10°），在排除以上所羅列的各種原因外，在三相基本平衡且相序正確的情況下則有可能：信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)將CT二次繞組組合成△時，三相極性或相別同時弄錯，比如Y-Y-^-11變壓器在組合Y側CT二次繞組時，組合后的A相電流應在A相CT極性端和B相CT非極性端的連接點上引出（即IA-IB），則錯誤情況有三種（僅就A相分析，B、C相依此類推）：（1）三相CT二次極性端同時接反，則組合后的其高壓側二次電流滯后低壓側同名相30°;（2）三相CT二次極性正確，但組合后的三相電流變?yōu)锽CA（或者CAB），組合后的其高壓側二次電流超前低壓側同名相30°（或滯后低壓側同名相90°）;（3）上述兩種錯誤的組合，比如A相電流在A相CT極性端和C相CT非極性端的連接點上引出（即IA-IC），就是CT三相極性接反，且相序為CAB兩種錯誤的組合。一次側CT二次繞組極性接反。在安裝CT時，變壓器各側CT的一次極性端都應該在母線側，如果某側CT一次極性未能按圖紙擺放時，二次極性要做相應顛倒，如果二次極性未顛倒，就會發(fā)生這種情況。（三）看差流（或差壓）大小，檢查整定值的正確性

對勵磁電流和改變分接頭引起的差流，變壓器差動保護一般不進行補償，而采用帶動作門檻和制動特性來克服，所以，測得的差流（或差壓）不會等于零。那用什么標準來衡量差流（或差壓）合格呢?在變壓器實際分接頭位置和計算分接頭位置一致時，對于差流我們不妨用變壓器勵磁電流產(chǎn)生的差流值為標準。比如一臺變壓器的勵磁電流（空載電流）為1.2%，基本側額定二次電流為4.5A，則由勵磁電流產(chǎn)生的差流等于1.2%X4.5=0.054A，0.054A便是我們衡量差流合格的標準。對于差壓，我們引用《新編保護繼電器校驗》中的規(guī)定：差壓不能大于150mV。如果變壓器差流不大于勵磁電流產(chǎn)生的差流值（或者差壓不大于150mV），則該臺變壓器整定值正確;否則，有可能是：變壓器實際分接頭位置和計算分接頭位置不一致。對此，我們有以下證實方法：根據(jù)實際分接頭位置對應的額定電壓或運行變壓器各側母線電壓，重新計算變壓器各側額定二次電流，再由額定二次電流計算各側平衡系數(shù)或平衡線圈匝數(shù)，再將計算出的各側平衡系數(shù)或平衡線圈匝數(shù)整定在差動保護上，再次測量差流（或差壓），如果差流（或差壓）滿足要求，則說明差流（或差壓）偏大是由變壓器實際分接頭位置和計算分接頭位置不一致引起，保護整定值正確，如果差流（或差壓）不滿足要求，則整定值還存在其它問題。亦可根據(jù)變壓器實際變比、負荷計算出各側CT二次電流，再乘上各自的平衡系數(shù)整定值后計算理論差流，如果和測得的差流基本一致，則整定值正確。信息來變壓器Y側額定二次電流算錯。由于微機變壓器差動保護在“計算Y側額定二次電流乘不乘”問題上沒有統(tǒng)一，所以，整定人員容易將Y側額定二次電流算錯，從而造成平衡系數(shù)整定錯。平衡系數(shù)算錯。計算平衡系數(shù)時，通常是先將基本側平衡系數(shù)整定為1，再用基本側額定二次電流除以另側額定二次電流得到另側平衡系數(shù)，如果額定二次電流算錯或誤用另側額定二次電流除以基本側電流，平衡系數(shù)就會算錯?；緜菴T變比選擇不合適，偏小。因為差流是在各側電流都折算到基本側后再進行相加的，在變壓器實際變比、負荷一定的情況下，差流與基本側CT變比成反比，變比越小則差流越大，故當基本側CT變比太小時，差流很容易越限。三（一）和三（二）中列舉的很多因素都會最終造成差流（或差壓）不滿足要求，但我們只要按照三（一）和三（二）依次檢查，就會將這些因素一個個排除，此處就不再贅述。（四）某變電所差動保護異常分析某變電所一臺運行中的35kV5000kVA主變（變比為38.5±3X2.5%/10.5kV），其差動保護頻繁發(fā)“差流越限”報文，經(jīng)現(xiàn)場檢查，差動保護高壓側CT二次電流采用軟件補償，變壓器實際負荷約3700kVA。其他參數(shù)見表3：表3差動保護相關參數(shù)一覽表CT變比A相B相高壓100/5C相平衡系CT變比A相B相高壓100/5C相平衡系A相電B相電C相電數(shù)差流（A）變壓器實際變比0.3338.5+3X2.5%/10.5kV4.53A.56A4.50A.390.42側低壓側300/51.424.87A4.904.82經(jīng)計算，差動保護平衡系數(shù)整定正確，各相電流顯示正確。差流越限定值為0.25，可是為什么會出現(xiàn)這么大的差流呢?對此我們分析如下：設主變負荷為S(kVA)，主變高壓側檔位為：38.5+3X2.5%kV即變壓器實際變比為41.3875kV/10.5kV，則補償后高壓側額定電流為：S/(41.3875*20)=S/827.75(A)信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)經(jīng)平衡系數(shù)后低壓側電流為：1.42*S/(J3*10.5*60)=S/768.45(A)信息來自：輸配電設備網(wǎng)差流為：S/827.75-S/768。45=9.31S*10-5(A)可算出S>2685kVA時差流大于0.25A，最大差流發(fā)生在S=5000kVA時，差流為0.466A，故在這種情況下發(fā)“差流越限”報文完全正常。由上述分析可知，差流大小與四個因素有關：變壓器高壓側檔位。兩側CT變比。信息來自:輸配電設備網(wǎng)變壓器負荷。兩側平衡系數(shù)。變壓器高壓側檔位是由監(jiān)控中心無功優(yōu)化系統(tǒng)自動隨時調節(jié)的，人為固定在額定檔位是不適宜的，也因此平衡系數(shù)不可能隨時調整。限制變壓器負荷更不可能，因此只有改變兩側CT變比，而在計算差流時，各側電流都歸算至變壓器高壓側CT二次側，因此差流與低壓側CT變比無關，在負荷、變壓器實際變比一定的情況下，差流只取決于高壓側CT變比。要保證變壓器滿負荷時差流不越限，則高壓側CT變比計算如下(S=5000kVA，高壓側CT變比為，低壓側CT變比為KCT?L，變壓器變比：41.3875kV/10.5kV信息來源:低壓側平衡系數(shù)KPH：(J3*10.5*60)/(38.5*KCT?H)高壓側補償后電流：5000/(41.3875*KCT?H)低壓側平衡后電流：5000/(41.3875*KCT?H)*KPH即：5000/(38.5*KCT?H)差流：|5000/(41.3875*KCT?H)-5000/(38.5*KCT?H)|=9.06/KCT?H如果要求差流＜0.25A，則有KCT?H〉36.24所以高壓側CT變比應選擇200/5，才能保證變壓器滿負荷時差流不越限。之后我們將該主變高壓側CT變比更換為200/5，問題得到了徹底的解決。在這個案例里，保護回路二次接線沒有任何錯誤。對于35kVCT二次回路采用完全星形接線來說，100/5的CT可以承受6MVA多一點的負荷，10kV300/5的CT可以承受5.4MVA的負荷，在主變由3.15MVA更換為5MVA時，認為高壓側CT變比100/5能滿足要求，不需更換。所以對于設計、安裝調試和定值整定人員來說，充分了解保護原理，熟悉相關理論計算，對于保證一、二次設備的安全可靠運行是非常必要的。四、變壓器帶負荷測試方法的改進無論差動保護電流回路在投運前經(jīng)過多少道工序檢查，都要通過帶負荷測試才能最終驗證其正確性。由于投運之前的測試都是在各側分別進行，不能直接比較各側電流之間的相位關系，所以在帶負荷測試時常常還是發(fā)現(xiàn)這樣那樣的接線錯誤，需將變壓器停下來進行CT二次接線整改，然后再將變壓器帶上負荷重新進行帶負荷測試，直至最終測試正確。這樣不但使啟動過程變得漫長，更給系統(tǒng)運方調整和操作人員帶來很大麻煩。在對常規(guī)的調試方法和保護原理進行分析后，提出了一種新的調試思路，可以克服上述不足。如圖1所示，對于一臺50MVA、110/10.5kV變壓器，如果高壓側CT變比為500/5，低壓側變比為3000/5，則在差動保護接線正確的情況下，如果將變壓器高低壓側同名相短接(此處設為A相，對于三卷變，可以分別按高中壓側、高低壓側分兩次短接試驗)，主變高低壓側CT同名相進行串聯(lián)升流，則高壓側CT二次側組合后的A、C相電流大小相等，方向相反，低壓側CT二次側B、C兩相電流為0，且高壓側CT二次側組合后的A相電流Ish2與低壓側CT二次側A相電流Isl2方向相反，且Ish2是Is