论文部分内容阅读
摘要：变压器内部电气故障的危害是非常严重的，立即会造成严重的损坏。变压器差动保护作为变压器的主保护，能够检测出绕组和绕组端部的短路和接地故障，快速的跳闸，切除故障。同时差动保护不应在保护区外的故障下误动作。本文通过对两起变压器差动保护动作案例进行分析，总结变压器差动保护动作分析的步骤和方法，为继电保护人员分析变压器差动保护动作原因提供一定的参考。
关键词：直流系统接地 拉路法 逐段排除法
引言
电力变压器是电力系统的重要电气设备，它广泛应用在电力系统的发电、输电、配电等各个环节，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。随着电力变压器容量的增大和电压等级的提高，对系统安全性的影响上了一个台阶，同时大容量变压器也是十分贵重的元件，因此对变压器保护的快速性、安全性、可靠性和灵敏性提出了更高的要求。
变压器差动保护是变压器保护最重要的保护之一。差动保护可以反映各侧引出线的相间短路故障、变压器各绕组的相间短路故障、直接接地侧引出线的接地短路故障以及直接接地侧绕组的接地短路故障。它能够快速可靠地切除故障变压器。
变压器差动保护的保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分，包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。
变压器内部电气故障的危害是非常严重的，立即会造成严重的损坏。绕组和绕组端部的短路和接地故障通常可被差动保护检测出。对应在同一绕组内导线间击穿的匝间故障，若短路的匝数较多，也可被检测出来。匝间故障是变压器电气保护中最难检测出来的绕组故障。差动保护作为变压器的单元保护，可以快速的切除故障变压器。同时差动保护不应在保护区外的故障下误动作。
1.变压器差动保护的构成原理及接线
变压器差动保护不会涉及有电磁感应关系的各侧电流，它的构成原理是磁势平衡原理。
以双绕组变压器为例，假设一次绕组电流为 ，二次绕组电流为 ，它们的正方向均为流入变压器，当变压器外部故障短路或者正常运行时有公式：
+ =
式中： 、 是1侧和2侧绕组的匝数。
如果忽略励磁电流 ，则：
+ =0
当变压器的变比和电流互感器的变比不匹配时，变压器两侧相电流的相位差将不一致，当通过合理的接线方式和补偿方式使得两侧电流的相位差保持一致时，如果变压器发生外部故障短路或者正常运行时，变压器两侧的电流将会相互抵消。即：
=0
因此，当变压器外部故障短路或者正常运行时，流过变压器差动保护装置的电流近似为零，不满足保护动作条件。
当变压器发生内部故障短路时，流过变压器差动保护装置的电流为短路电流，也为一次绕组和二绕组电流的向量之和，其差动保护动作，切除故障变压器。
图1-1画出了模拟的变压器差动保护的单相原理接线图。下面对正常运行或外部短路和内部短路两种情况进行分析来说明变压器差动保护的基本原理。
图1-1变压器差动保护的原理接线图
（a）正方向的规定；（b）正常运行与外部短路；（c）内部短路
1.1.正常运行与外部短路
当变压器各侧以流入变压器的电流为正方向时，如图 1-1（a） 所示，流入差动保护装置中的电流为 + 。在正常运行的情况下如果负荷电流是从上往下流的，或者如图1-1（b）所示的发生外部短路的情况下流过变压器的短路电流也是从上往下流的，那么此时图中 、 的电流方向将与规定的电流正方向刚好相反，差动继电器中的电流为二次绕组电流与一次绕组电流的向量差 。如果变压器和电流互感器的变比匹配，变压器的接线方式和电流互感器的接线方式符合实际要求，就可以使流入差动保护装置中的电流为零，即 =0，此时差动保护装置不动作。
因此当变压器里只流过穿越电流（负荷电流或外部短路时流过变压器的短路电流）时差动保护装置不动作。
1.2.内部短路
当变压器差动保护区内发生短路时，如图1-1（c）所示。由于两侧电源同时向故障点提供短路电流，这时短路电流的实际方向与规定的电流正方向是一致的，且幅值很大。如果把短路电流 归算到TA二次侧的话，流入差动保护装置的电流就等于短路电流，即 = >>0 ，这时差动保护装置动作，可以切除故障点。
2.案例分析
变压器差动保护范围比较大，一旦动作，就会造成变压器停电甚至变电站全停的事故发生。因此分析变压器差动保护动作的原因，找出故障点，尽快恢复送电非常重要。下面通过两起我公司变压器差动保护动作实例进行分析，讨论如何分析变压器差动保护动作的原因。
2.1.案例1
2.1.1.现场情况介绍
故障前运行方式：112带全站负荷，145运行，111备用，1，2号主变并列运行，345运行，545备用；110kV备自投停用（运行方式要求）。
故障发生时当地气象条件：彩亭桥地区中到大雨，湿度很大。
开关跳闸情况：2012年4月24日12时26分，彩亭桥变电站2号主变差动保护动作，112、145、302、502开关掉闸，全站停电。
保护装置动作情况： 12时26分26秒949毫秒311过流1段保护动作
根据差动保护装置原理，流入变压器的故障电流应该等于流出的故障电流，通过波形分析我们可以看出高压侧的电流与中压侧的电流明显不一致，因此保护装置计算出很大的差动电流，大于0.5Ie的保护定值，差动保护动作。
根据保护动作情况及录波图分析发现：12时26分35秒214毫秒35kV5母发生接地故障，使相电压升高到线电压，瞬时相电压已经升高到将近100V。然后302 TA采样到的电流发生严重变形，不能正常的反映出故障电流。 对302 TA进行检查，发现302 TA主变侧有明显的放电痕迹，如图1-4所示：
2.1.3.结论
2012年4月24日，彩亭桥地区下起了中到大雨，12时26分35秒214毫秒发35kV5母接地信号，由于母线接地，导致非故障相电压升高到线电压。12时26分41秒602毫秒302 TA由于雨水顺着沟槽向下流，形成一个导流带，在电压升高后，绝缘降低，对地放电导致2号主变差动保护动作，全站停电。因此这次变压器差动保护动作是一次正确动作。
2.2案例2
2.2.1.现场情况介绍
故障前运行方式：111带全站负荷，145运行，112备用，1，2号主变并列运行，345运行，545备用；110kV备自投停用（运行方式要求）。
故障发生时当地气象条件：洒河地区暴风大雨，雷电活动频繁，湿度很大。
开关跳闸情况： 2012年8月20日16时20分，洒河变电站1号主变差动保护动作，111、145、301、501开关掉闸。
保护装置动作情况： 8月20日16时20分1号主变差动保护动作
8月20日16时20分2号主变高后备保护启动
8月20日16时20分2号主变中后备保护启动
2.2.2.变压器差动保护动作原因分析
1号主变差动保护故障录波图如图1-5所示：
通过分析主变差动录波图，发现高压侧和中压侧显示出故障电流，而且电流相位基本一致，而差动电流大小刚好差不多为高压侧电流与中压侧电流之和，因此可以判断为区内故障。而同一时间2号主变高、中后备同时启动，根据当时的运行方式，可以判断出2号主变也为短路点提供了故障电流。根据2号主变中后备的波形图可以看出是典型的AB相短路故障。故障时的情形可以由图5-6简单的看出。
对变压器差动保护范围内的一次设备进行检查，发现1号主变35kV套管与301开关之间的导线上有烧焦的铝塑纸的痕迹，同时地上有未燃烧完全的铝塑纸，如图1-8所示：
3.结论
2012年8月20日，洒河地区有暴风大雨，导致站外的铝塑包装纸被刮起，搭在类1号主变35kV套管与301开关之间的导线上，造成AB相短路，1号主变差动保护动作，全站停电。这是一起典型的大风刮起异物造成导线搭接短路，因此这次变压器差动保护动作是一次正确动作。
3.1.变压器差动保护动作的分析步骤
通过对两起变压器差动保护动作案例进行分析，在变压器差动保护动作后，建议按以下步骤进行分析：
3.1.1.向现场值班人员详细询问事故时的有关运行情况，例如运行方式、现场作业情况、保护动作信号、断路器实际位置等。
3.1.2.收集原始的、完整的保护装置动作值、故障录波报告、监控报告以及事故前、后的现场运行记录。
3.1.3.分析故障录波图，明确故障各个阶段有关保护感受到的电压、电流，尤其应注意各侧交流量的突变情况，确认保护装置是否为正确动作。
3.1.4.结合保护原理、各种保护动作、录波、故障信号、断路器动作情况等分析可能造成保护动作的原因，列出本次事故可能出现的故障点。
参考文献：
[1]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材，2009.4
[2]南瑞继保电气有限公司.RCS-978变压器保护装置技术说明书（110kV版本）
[3]李素芯.论变压器差动保护.华北电力技术1988，（01）
关键词：直流系统接地 拉路法 逐段排除法
引言
电力变压器是电力系统的重要电气设备，它广泛应用在电力系统的发电、输电、配电等各个环节，其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。随着电力变压器容量的增大和电压等级的提高，对系统安全性的影响上了一个台阶，同时大容量变压器也是十分贵重的元件，因此对变压器保护的快速性、安全性、可靠性和灵敏性提出了更高的要求。
变压器差动保护是变压器保护最重要的保护之一。差动保护可以反映各侧引出线的相间短路故障、变压器各绕组的相间短路故障、直接接地侧引出线的接地短路故障以及直接接地侧绕组的接地短路故障。它能够快速可靠地切除故障变压器。
变压器差动保护的保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分，包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。
变压器内部电气故障的危害是非常严重的，立即会造成严重的损坏。绕组和绕组端部的短路和接地故障通常可被差动保护检测出。对应在同一绕组内导线间击穿的匝间故障，若短路的匝数较多，也可被检测出来。匝间故障是变压器电气保护中最难检测出来的绕组故障。差动保护作为变压器的单元保护，可以快速的切除故障变压器。同时差动保护不应在保护区外的故障下误动作。
1.变压器差动保护的构成原理及接线
变压器差动保护不会涉及有电磁感应关系的各侧电流，它的构成原理是磁势平衡原理。
以双绕组变压器为例，假设一次绕组电流为 ，二次绕组电流为 ，它们的正方向均为流入变压器，当变压器外部故障短路或者正常运行时有公式：
+ =
式中： 、 是1侧和2侧绕组的匝数。
如果忽略励磁电流 ，则：
+ =0
当变压器的变比和电流互感器的变比不匹配时，变压器两侧相电流的相位差将不一致，当通过合理的接线方式和补偿方式使得两侧电流的相位差保持一致时，如果变压器发生外部故障短路或者正常运行时，变压器两侧的电流将会相互抵消。即：
=0
因此，当变压器外部故障短路或者正常运行时，流过变压器差动保护装置的电流近似为零，不满足保护动作条件。
当变压器发生内部故障短路时，流过变压器差动保护装置的电流为短路电流，也为一次绕组和二绕组电流的向量之和，其差动保护动作，切除故障变压器。
图1-1画出了模拟的变压器差动保护的单相原理接线图。下面对正常运行或外部短路和内部短路两种情况进行分析来说明变压器差动保护的基本原理。
图1-1变压器差动保护的原理接线图
（a）正方向的规定；（b）正常运行与外部短路；（c）内部短路
1.1.正常运行与外部短路
当变压器各侧以流入变压器的电流为正方向时，如图 1-1（a） 所示，流入差动保护装置中的电流为 + 。在正常运行的情况下如果负荷电流是从上往下流的，或者如图1-1（b）所示的发生外部短路的情况下流过变压器的短路电流也是从上往下流的，那么此时图中 、 的电流方向将与规定的电流正方向刚好相反，差动继电器中的电流为二次绕组电流与一次绕组电流的向量差 。如果变压器和电流互感器的变比匹配，变压器的接线方式和电流互感器的接线方式符合实际要求，就可以使流入差动保护装置中的电流为零，即 =0，此时差动保护装置不动作。
因此当变压器里只流过穿越电流（负荷电流或外部短路时流过变压器的短路电流）时差动保护装置不动作。
1.2.内部短路
当变压器差动保护区内发生短路时，如图1-1（c）所示。由于两侧电源同时向故障点提供短路电流，这时短路电流的实际方向与规定的电流正方向是一致的，且幅值很大。如果把短路电流 归算到TA二次侧的话，流入差动保护装置的电流就等于短路电流，即 = >>0 ，这时差动保护装置动作，可以切除故障点。
2.案例分析
变压器差动保护范围比较大，一旦动作，就会造成变压器停电甚至变电站全停的事故发生。因此分析变压器差动保护动作的原因，找出故障点，尽快恢复送电非常重要。下面通过两起我公司变压器差动保护动作实例进行分析，讨论如何分析变压器差动保护动作的原因。
2.1.案例1
2.1.1.现场情况介绍
故障前运行方式：112带全站负荷，145运行，111备用，1，2号主变并列运行，345运行，545备用；110kV备自投停用（运行方式要求）。
故障发生时当地气象条件：彩亭桥地区中到大雨，湿度很大。
开关跳闸情况：2012年4月24日12时26分，彩亭桥变电站2号主变差动保护动作，112、145、302、502开关掉闸，全站停电。
保护装置动作情况： 12时26分26秒949毫秒311过流1段保护动作
根据差动保护装置原理，流入变压器的故障电流应该等于流出的故障电流，通过波形分析我们可以看出高压侧的电流与中压侧的电流明显不一致，因此保护装置计算出很大的差动电流，大于0.5Ie的保护定值，差动保护动作。
根据保护动作情况及录波图分析发现：12时26分35秒214毫秒35kV5母发生接地故障，使相电压升高到线电压，瞬时相电压已经升高到将近100V。然后302 TA采样到的电流发生严重变形，不能正常的反映出故障电流。 对302 TA进行检查，发现302 TA主变侧有明显的放电痕迹，如图1-4所示：
2.1.3.结论
2012年4月24日，彩亭桥地区下起了中到大雨，12时26分35秒214毫秒发35kV5母接地信号，由于母线接地，导致非故障相电压升高到线电压。12时26分41秒602毫秒302 TA由于雨水顺着沟槽向下流，形成一个导流带，在电压升高后，绝缘降低，对地放电导致2号主变差动保护动作，全站停电。因此这次变压器差动保护动作是一次正确动作。
2.2案例2
2.2.1.现场情况介绍
故障前运行方式：111带全站负荷，145运行，112备用，1，2号主变并列运行，345运行，545备用；110kV备自投停用（运行方式要求）。
故障发生时当地气象条件：洒河地区暴风大雨，雷电活动频繁，湿度很大。
开关跳闸情况： 2012年8月20日16时20分，洒河变电站1号主变差动保护动作，111、145、301、501开关掉闸。
保护装置动作情况： 8月20日16时20分1号主变差动保护动作
8月20日16时20分2号主变高后备保护启动
8月20日16时20分2号主变中后备保护启动
2.2.2.变压器差动保护动作原因分析
1号主变差动保护故障录波图如图1-5所示：
通过分析主变差动录波图，发现高压侧和中压侧显示出故障电流，而且电流相位基本一致，而差动电流大小刚好差不多为高压侧电流与中压侧电流之和，因此可以判断为区内故障。而同一时间2号主变高、中后备同时启动，根据当时的运行方式，可以判断出2号主变也为短路点提供了故障电流。根据2号主变中后备的波形图可以看出是典型的AB相短路故障。故障时的情形可以由图5-6简单的看出。
对变压器差动保护范围内的一次设备进行检查，发现1号主变35kV套管与301开关之间的导线上有烧焦的铝塑纸的痕迹，同时地上有未燃烧完全的铝塑纸，如图1-8所示：
3.结论
2012年8月20日，洒河地区有暴风大雨，导致站外的铝塑包装纸被刮起，搭在类1号主变35kV套管与301开关之间的导线上，造成AB相短路，1号主变差动保护动作，全站停电。这是一起典型的大风刮起异物造成导线搭接短路，因此这次变压器差动保护动作是一次正确动作。
3.1.变压器差动保护动作的分析步骤
通过对两起变压器差动保护动作案例进行分析，在变压器差动保护动作后，建议按以下步骤进行分析：
3.1.1.向现场值班人员详细询问事故时的有关运行情况，例如运行方式、现场作业情况、保护动作信号、断路器实际位置等。
3.1.2.收集原始的、完整的保护装置动作值、故障录波报告、监控报告以及事故前、后的现场运行记录。
3.1.3.分析故障录波图，明确故障各个阶段有关保护感受到的电压、电流，尤其应注意各侧交流量的突变情况，确认保护装置是否为正确动作。
3.1.4.结合保护原理、各种保护动作、录波、故障信号、断路器动作情况等分析可能造成保护动作的原因，列出本次事故可能出现的故障点。
参考文献：
[1]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材，2009.4
[2]南瑞继保电气有限公司.RCS-978变压器保护装置技术说明书（110kV版本）
[3]李素芯.论变压器差动保护.华北电力技术1988，（01）