浅谈海洋石油平台变压器差动保护误动原因

张利霞1任冬2

（1湛江南海西部石油勘察设计有限公司广东湛江524057；

2中海石油（中国）有限公司湛江分公司广东湛江524057）

摘要：随着我国海上油气田的开发和利用，海上油气田规模在逐步扩大，海洋石油平台电力系统的供电范围也逐步扩大，对电力系统设计的可靠性要求也越来越高，而变压器是作为电力系统的重要组成部分，它的正常运行及工作是电力系统正常运行的有力保障，起了极大的积极作用。当然，在变压器的各个部件中，差动保护对其作用是非常明显的，变压器的主保护也是由它担任的。差动保护有着使用原理简单，保护范围清晰等优势，但是在差动保护的日常运行中，难免会因为各种原因而出现一些无法避免的差动保护误动现象。基于此，本文针对变压器差动保护误动原因进行了分析与探讨。

关键词：海洋石油平台；变压器；差动保护；误动原因

1变压器差动保护基本原理

1.1基本原理

一般情况下，变压器正常工作或者有区外故障发生时，由基尔霍夫电流定律可知，变压器的电流是不会发生变化的，因此，差动继电器装置是不会发生动作的。但是当变压器的内部发生故障时，变压器内部的电流就会发生故障，差动保护装置接触到的二次电流之和和故障点的电流成正相关，这时，差动继电器保护装置就会发生动作。

1.2主要作用

在海洋石油平台电力系统中变压器的差动保护装置主要对电路上的短路故障进行检测预防，该短路一般发生在双绕组变压器绕组内部和其引出线上，同时也会对变压器中的单相匝中的短路故障进行保护。电流互感器装置会接在变压器的两端，并且按循环电流的接法对二次侧进行相接，也就是说电流互感器的同极性端都向母线一侧涌入，则将同极性端子进行相连，并将电流继电器并联接入两接线之间。继电器中感受到的电流是两侧电流互感器值的差值，这也说明差动回路上进行差动继电器的连接。根据前文可知，理论上来讲，当变压器正常运行或者出现外部故障时，差动回路的电流是零。但是实际情况中，两侧机器存在系统误差，特性并不是完全一样，当正常运行或出现外部故障时，仍然会出现细小的不平衡电流Iumb（Ik=I1-I2=Iumb）经过。虽然该误差是无法避免的，但是应该确保该电流应该尽量的小，继电器的保护装置不会出现误动。当出现内部故障时，差动回路中的I2改变了以前的方向或为零，这个时候继电器中流过的电流为I1和I2之和，这个时候就会使继电器稳定的工作。

1.3保护范围

变压器差动保护的电流互感器中间的电气设备以及连接这些设备的导线构成了差动保护的范围。差动保护的操作较为简单，不需要和相邻元件之间进行配合。

2差动保护误动的原因分析

2.1励磁涌流引起变压器差动保护误动及防范

在正常运行的情况下，变压器励磁涌流的值很小，通常是额定电流的3%～5%，如图1所示，是变压器工作在磁通情况下的线性段。因为铁芯没有出现饱和，因此相对导磁率μ会非常大，相应的变压器中的励磁电感也会非常大。当外部发生短路的情况下，一般情况下不会发生误动，因此就可以不考虑励磁电流的情况。

当电压瞬间恢复正常后，变压器中间位置的铁芯中的磁通会急剧增加，导致铁芯饱和，μ值接近1，使得绕组电感也相应降低，并且励磁涌流的数值会增大，其中会包括很大的非周期分量和高次谐波，其中二次谐波占主要部分，它的数值是额定电流的6～8倍以上，会导致尖顶形状励磁涌流的形成，如图2所示。刚开始的时候励磁涌流的变化比较剧烈，但就其中小型的变压器而言，在1秒之后，就会降低到额定电流的0.25～0.5倍；大型机器的运行速度较慢，达到上述标准的时间较长一般是2～3秒，与此同时，励磁涌流的波形也会出现断裂，如图3所示。如果该电流流入差动继电器就会导致保护装置出现误动作。值得注意的是，浪涌电流只流过变压器的一端和变压器的激磁涌流一样，在变压器空投和切除外部干扰的情况下，所有的激磁涌流都会流入差动回路，而且与之并联的机器也会发生激磁涌流产生浪涌电流，其产生的电流也会全部流入差动回路，导致误动作的产生。

消除励磁涌流最根本的方法就是根据波形来进行鉴别。主变差动保护的电流互感器应该带有D级铁芯，并且要增大电流互感器变比，降低电流倍数，避免回路中出现不平衡的电流，提高保护装置的灵敏度。该种方法对于预防区外故障更为有效。

2.2CT二次回路断线引起变压器差动保护误动及防范

电磁式变压器差动继电器若按照CT回路接线应该消除保护回路中电流相位差造成的不平衡电流。根据Y/d11接线变压器的特征，由于三角形侧的电流比星位侧的电流超前30°，这就导致电流存在相位差，因此在进行连接时，就需要将三角形侧接上星形侧，而星形侧接上三角形侧，用该种方法对电流进行校正。

图4为Y0/d11的矩阵方程，该矩阵方程主要用来进行相位补偿，运用该方法，可以计算不同接线组别变压器相位补偿的需要。通过变换矩阵，不同接线的变压器都满足公式n×30°(n为整数)。

电流下降是CT断线最为明显的特征，在有微机保护的情况下，根据合理的判断，就可以解决电流互感器二次回路断线情况下变压器误动的问题。例如，当出现一相电流或者两相电流为零，其余电流和起动电流相等，并且出现故障一侧的电流比给定值要高，根据这些特征就可判断出CT断线。当出现CT断线的情况就可以在正常运行的情况下关闭差动，避免出现差动保护误动作。

2.3区外故障引起的差动保护误动及防范措施

当变压器发生区外故障的时候，两侧电流极不稳定会产生强度更大的差流，容易造成短路电流过大，究其原因是由于两侧所使用的互感器的型号不一样，短路电流较小一侧使用的是TPY级互感器，该互感器带有暂态特性；短路电流较大的一侧使用P级互感器，该互感器没有带暂态特性；并且非周期分量和谐波分量会包含在短路电流之中；当故障清除的时候，由于电流瞬间充满电路，使得电压恢复的过程中会出现恢复性涌流。在区外故障发生的时候一般情况下不会发生误动，但是往往在切除故障的瞬间会发生误动。根据数据显示，保护动作点在水平线上第一个拐点以内的位置，也就是表示差流高于门槛值，该制动电流的数值小于第一拐点以内的数值，如图5C点所示。根据现场的数据显示，此种情况下必然存在保护动作。在故障发生的过程中，短路电流增大，并且短路电流中含有非周期分量和谐波分量，因此会产生不平衡的分量导致制动电流较大，如图5B所示，动作点会在非动作区内。在故障清楚的瞬间，互感器两侧减退的程度不一样会导致差流过大，动作点会移动到5C的位置，这时候会发生差动保护的误动。因此这种情况下制动曲线不能保护制动。

对区外故障的保护措施包括：①继电保护数值不得高于0.4In；②对继电器两侧的装置选用同一型号的；③尽量提高样本的精确度和计算的准确度；④利用先进的原理对装置进行保护。

结语

随着我国经济的不断发展，科学技术也在不断的进步。避免差动保护装置发生误动最根本的条件是保证电流的平衡性，在对设备进行调试的过程中将每一个环节做细，并且采取措施，从而提高变压器差动保护装置的精确性，保证海洋石油平台电网系统的正常运行，进一步提高油田电网供电的可靠性。

参考文献

[1]邹言云,张斯珩,李云.变压器差动保护误动作原因分析[J].民营科技,2011(1).

[2]高熇.变压器差动保护误动作产生原因及对策分析[J].科学时代,2012(16).

作者简介

张利霞（1986.3-），女，山东临朐人，中国石油大学（华东）电气工程及其自动化专业学士，电气工程师，单位：湛江南海西部石油勘察设计有限公司