客运专线变压器接线组别差异引发比率差动保护误动的机理与防范

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客运专线变压器接线组别差异引发比率差动保护误动的机理与防范

摘要：客运专线牵引变电所主变压器采用不同接线组别时，差动保护二次回路电流极性的匹配关系随之改变。本文围绕某客运专线变电所在向接触网送电、投切分区所自耦变过程中比率差动保护多次误动的问题，梳理现场调查与故障录波所反映的高低压侧电流相位关系，分析变压器接线方式与差动保护装置极性要求之间的对应关系，讨论误动产生的机理，并从设计、施工、运营及保护功能优化等方面归纳资料中提出的预防措施，为同类牵引变电所差动保护的调试与运维提供参考。

关键词：客运专线；牵引变压器；接线组别；比率差动保护；电流极性

一、引言

高速铁路客运专线相比普速铁路，采用了更高的电压等级、更为先进的供电方式和设备，对设计、施工以及后期运营阶段都提出了更高要求，需要相关人员对新型接线方式和高技术含量设备有清楚的认知。牵引变电所主变压器是牵引供电系统的核心设备，其差动保护作为主保护，直接关系到变压器本身安全和接触网能否可靠送电。一旦差动保护在送电或冲击过程中误动，不仅会造成接触网停电，还可能影响整个供电臂的按时投运。

某客运专线全线采用220kV电源进线，2台单相变压器按V/X接线方式输出55kV电压，采用AT供电方式向接触网送电。在变电所向接触网送电、冲击分区所自耦变时，邯郸东、高邑西变电所比率差动保护先后误动。该问题具有一定的典型性：保护装置本身未见异常，整定值、谐波制动和比率制动系数测试也未发现异常，故障录波却显示高低压侧电流同相位，与装置要求的“高低压侧电流反相”不符。这说明问题不在保护装置内部，而在于变压器实际接线方式与差动保护二次回路极性配置之间的匹配关系。

本文依据该起故障的现场调查资料，围绕变压器接线方式对差动保护的影响这一核心问题，分析误动产生的机理，梳理资料中提出的预防措施，供铁路供电专业技术人员在差动保护设计、施工和运营维护中参考。

二、故障概况与现场调查

2012年8月7日，主变运行48h后，按计划向接触网送电，沿线分区所、AT所受电。在邯郸东变电所石家庄方向供电臂的刘汉分区所，2台自耦变1AT、2AT受电遭受冲击时，邯郸东变电所正常；模拟自耦变本体故障，变压器自动投切时，变压器比率差动保护动作出口，接触网停电。同日，向高邑西变电所供电臂的分区所送电时亦出现了同性质问题。

为保证按时给接触网送电，现场打开了邯郸东、高邑西变电所差动保护出口连片，使差动保护只给跳闸信号不启动跳闸。在此情况下投切分区所自耦变，变压器比率差动保护先后误动了8次。

在变压器比率差动保护动作后，查看了变电所保护动作记录，并测试差动保护整定值、谐波制动、比率制动系数，均未发现异常。邯郸东、高邑西变电所同时出现同性质问题，因此基本可排除保护装置本身故障的可能性。

该客运专线全线采用同一公司生产的DK3502A型变压器差动保护装置，设有差动速断、比率差动保护和二次谐波闭锁功能。根据变压器差动保护装置说明书要求，在正常运行或外部故障时，高压侧三相电流流进装置，低压侧两相电流角接后流出装置。先期设计与施工时，220kV侧按TA减极性，55kV侧T线电流IT、F线电流IF反接后按T线TA加极性、F线TA减极性接入差动保护装置，以满足厂家要求，即高低压侧电流反相。

随机调取的邯郸东变电所一次跳闸时的故障录波显示，高压侧电流和低压侧电流同时达到最大值、过零点，即同相位。这与变压器差动保护装置本身要求的“高低压侧电流反相”不符。此时，差动电流为高低压侧电流之和，即高低压侧电流差变为电流和；制动电流为高低压侧电流和的一半变为电流差的一半。由此造成差动电流增大，制动电流减小，从而导致变压器比率差动保护误动。

三、变压器接线方式与电流极性关系分析

差动保护装置本体无异常，电流流向符合设计和厂家要求，因此故障原因应与变压器的接线方式有关。

为减少单相牵引负荷引起的负序电流对电力系统的影响，通常在牵引变电所采取换接相序措施，即将各牵引变的原边端子轮流接入电力系统的不同相。同时，为避免接触网分相承担超过网压的高电压，将两牵引变电所对应分区上的电压同相，即采用变电所反相接地法。这样，各接触网上的电压依次为U、-U、U、-U等。

为适应上述要求，邯郸东、高邑西变电所1B1、1B2实际接线中，差动保护的220kV电流互感器分别为TAA、TAB、TAC，其中TAB为公共相。在高压侧，电流分别由TAA、TAC流向变压器；在低压侧，T线电流流回变压器，F线电流流出变压器。因此，两个变电所主变为VX6接线，高低压侧相位差180°。

若1B1和1B2接线方式互换，即在高压侧电流流向变压器，在低压侧T线电流流出变压器、F线电流流回变压器，则主变为VX0接线，高低压侧相位差为0°。邢台东、姚庄变电所变压器即采用这种接线方式。

综合上述分析可知，设计图纸和厂家要求的差动保护电流极性实际以变压器为VX0接线方式为参考。因此在主变采用VX6接线方式时，接入差动保护低压侧的电流必须反向，实际实施中将接入差动保护的两根电流线调换即可。

调整后，在近4个月的运行中，投切邯郸东、高邑西线路上的自耦变再未出现过比率差动保护误动事故，说明改造方案是可行的。邢台东、姚庄变电所主变采用VX0接线方式，投运后的4个月内也未出现过差动保护误动事故，由此印证了两种变压器接线方式的不同电流关系。

四、预防措施与保护功能优化建议

针对此次因不明客运专线变压器接线方式而导致的差动保护误动事故，资料提出以下建议。

设计部门应在设计之初根据不同的变压器接线方式、差动保护的不同要求，分别绘制二次接线图。有的厂家要求高低压侧电流同时流向装置，有的则要求一进一出，设计阶段若不能针对具体接线方式明确二次回路极性，就容易在施工和运营中留下隐患。

施工单位在施工中除了参考设计图外，还应积极与保护厂商提前沟通，在施工阶段解决错误接线问题。差动保护二次回路的极性正确与否，往往在投运前的常规试验中不易充分暴露，只有结合变压器实际接线组别和装置说明书要求逐项核对，才能从源头避免误动。

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参考资料：
李彦吉，林汪洋，王世超. 客运专线变压器接线方式对差动保护的影响

引用依据：
《客运专线变压器接线方式对差动保护的影响》

资料使用说明：本文依据已抽取铁路专业原始文本整理，仅供学习参考。涉及规章、技术参数和作业要求时，请以现行有效文件为准。

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