一起變壓器保護“差流越限”的原因分析和防范措施

陽 衛

（國網四川映秀灣水力發電總廠，四川 都江堰611830）

1 概述

××水電站裝機容量2×24.5MW，2臺機組和1號主變采用擴大單元接線，通過110kV 線路接入四川電網。

主接線及1號主變差動保護（單相）接線簡圖見圖1。

圖1 主接線及1號主變差動保護（單相）接線簡圖

其中，1號主變的技術參數見表1。

1號主變保護裝置采用主后保護分開配置的方式。其中，差動保護作為1號主變引出線、套管及內部的短路故障主保護，采用南瑞繼保PCS-9671D裝置，其接線特點如下：

（1）二次接線接入保護裝置時均采用Y 形接線；

（2）通過保護裝置內部軟件的相角補償（Y-△變換等）、幅值調整（即電流互感器變比調整）和零序電流消除完成變壓器各側電流互感器二次電流調整功能；

（3）變壓器高、低壓兩側電流互感器極性分別以線路側和變壓器側為極性端。

表11 號主變技術參數

2 現象描述

2017年6月電站投產，由于廠用側負荷很小，1號主變差動回路的電流幅值、相位等模擬量參數都無法在保護裝置內進行監視，差動保護運行正常，三相差流不超過0.05Ie，遠遠小于“差流越限”信號動作定值0.15Ie。

2018年4月從廠用分支接入一組3×2000kVA負荷，4月18日當廠用分支負荷逐漸升至4.67MW左右時，保護裝置發出“差流越限”信號，三相差流均在0.153Ie左右。減少廠用負荷后，故障信號復歸。

對于無載調壓的變壓器，兩側相位幅值不平衡、計算變比與實際變比不一致、電流互感器傳變誤差、勵磁涌流[1]、電流回路多點接地[2]及保護裝置交流插件采樣值不滿足精度要求[3]等都可能導致差動回路產生不平衡電流，導致變壓器“差流越限”，甚至造成變壓器差動保護誤動。

綜合分析上述情況，判斷導致1號主變“差流越限”的原因不在上述之列。采取安全措施后，帶“差流越限”信號對主變保護裝置模擬量參數進行檢查，差動回路各分支電流幅值和相位正常，其值如表2所示。

表2 差動回路各分支二次電流幅值和相位

進一步通過保護裝置對高壓側與低壓側各分支的夾角參數進行檢查，發現高壓側對廠用側的夾角異常，其值如表3所示。

表3 差動回路高壓側對低壓側各分支的夾角

3 分析處理

眾所周知，對于YNd11聯結組別的雙繞組變壓器，變壓器低壓側電流存在對應超前高壓側電流的固有相角30°，兩側實際運行的相位關系則由接線方式和電流方向確定。

即正常情況下，高壓側電流應超前機組分支的對應電流150°，但滯后廠用分支的對應電流30°，其相量關系如圖2所示。

圖21 號主變差動回路（A 相）兩側相量關系

從圖2中可以看出，當廠用側電流極性接反時，變壓器高壓側與廠用側的夾角就將由30°變成150°。因此，導致1號主變“差流越限”的原因是廠用分支電流互感器極性接反。

對差動回路廠用側的錯誤極性進行糾正后，1號主變的三相差流恢復正常。

4 經驗總結

該電站所在流域上下共分布著5座相同類型的水電站，本次事件后經排查發現，另外還有兩個電站的主變壓器差動回路廠用分支的電流互感器極性接反。

無一例外，這3個電站變壓器差動回路的設計圖紙均正確，但分別由不同的施工單位安裝后出現了廠用分支電流互感器極性接反的共性錯誤，并且在投入商業運行后又分別經歷了一次第三方的保護全檢也未發現，充分暴露出在施工安裝、投運投產和檢驗調試中存在著不少的問題。

這種在無電源分支中出現的共性錯誤將導致變壓器在正常運行和區外故障時差動保護發生誤動的風險，危害性大，安全隱患高。

為防止今后發生類似的不安全現象，應著重做好下面幾方面的工作：

（1）新機投運時要嚴格按DL/T507《水輪發電機組啟動試驗規程》的相關規定對發電機、廠用變、主變及其配電裝置進行短路升流試驗，在試驗過程中充分利用微機保護的實時監測功能，不僅要注意檢查各電流回路的通流情況、相關電流互感器二次電流的極性和相位，同時也要特別注意檢查通流回路中變壓器差動保護各分支之間的電流相位關系是否正確，不能只是孤立地關注于某一側的電流極性和相位就作出接線正確的判斷。

（2）在保護調試和檢驗時，要嚴格按照保護裝置說明書的要求，開展變壓器差動回路“差流平衡校驗”，通過測試儀模擬與運行狀態一致的負荷，檢查變壓器差動保護電流回路接線和整定值的正確性[4]。

（3）變壓器差動保護的同側電流互感器極性端（P1）的指向必須一致，對應的二次側電流的流出極性端按照“減極性標注”的原則進行接線，并保持同側二次接線一致，即發電機與廠用分支二次接線應一致，兩者與高壓側的二次接線則相反，如圖3所示。

（4）新安裝或變動過電流回路接線的差動保護在投入運行前必須進行帶負荷測試相位和差電流，以實際檢查電流回路的接線正確性。

（5）施工安裝、檢驗調試人員應掌握保護裝置的基本原理、二次回路的原理接線圖及保護裝置的接線要求，保證實際接線與設計圖紙、保護裝置對接線的要求相一致，特別是接線時發生疑問必須向設計人員詢問清楚。

圖31 號主變差動回路二次接線圖

（6）加強繼電保護的全過程管理和技術監督工作，進一步細化設計、施工、調試、驗收等工作程序和質量標準，使新設備投入和工程改造中的各項工作有章可循[5]。

5 結束語

主變壓器是水電站的主設備之一，差動保護是其電氣量主保護。差動保護是否正確動作直接關系到水電站和電網的安全穩定運行。因此必須高度重視變壓器差動保護設計、施工、運行和檢驗管理，工作中必須按圖施工，規范檢驗作業標準，各環節嚴格把關，保證保護裝置相關二次回路處于正確狀態，確保電網安全穩定運行。