变压器继电保护课程

1、q变压器是电力系统中十分重要的供电元变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的正常运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的元件，因此需要根变压器也是十分贵重的元件，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。工作可靠的继电保护装置。 1.1. 变压器内部故障变压器内部故障 油箱内故障：油箱内故障：绕组的相间绕组的相间短路短路、接地短路、接地短路、 匝间短路、铁心烧损等匝间短路、铁心烧损等. 油箱外部故障：油箱外部故障：套管

2、和引出线上发生相间短套管和引出线上发生相间短 路和接地短路路和接地短路 油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果油箱内故障油箱内故障油箱外部故障油箱外部故障2.2. 变压器不正常运行状态主要包括：变压器不正常运行状态主要包括： 1)1) 由于由于变压器外部相间短路变压器外部相间短路引起的过电流引起的过电流（相间（相间短路短路过电流）过电流） 2)2) 由于由于变压器外部接地短路变压器外部接地短路引起的过电

3、流和中性点引起的过电流和中性点过电压过电压（接地短路（接地短路过电流、中性点过电压）过电流、中性点过电压） 3)3) 由于由于负荷超过额定容量负荷超过额定容量引起的过负荷引起的过负荷（过负荷）（过负荷） 4)4) 由于由于漏油等原因漏油等原因而引起的油面降低而引起的油面降低（油面降低）（油面降低） 5)5) 在在过电压过电压或或低频率低频率等异常运行方式下，发生变压等异常运行方式下，发生变压器的过励磁器的过励磁（过励磁）（过励磁） 变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器

4、，外部接地短路时有可能造成变线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。构件的过热。 变压器不正常运行时，继电保护应根据其变压器不正常运行时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。 3.3. 保护方式保护方式 1)

5、1)瓦斯保护瓦斯保护 q特点：特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。 q对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。变压器各电源侧的断路器。 q装设范围：装设范围：800kVA及以上的油浸式变压器和及以上的油浸式变压器和400kVA及以

6、上的车间内油浸式变压器。及以上的车间内油浸式变压器。 2)2)纵差动保护或电流速断保护纵差动保护或电流速断保护 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。保护或电流速断保护。 纵差动保护范围：纵差动保护范围：63006300kVAkVA以上并列运行的变压器；以上并列运行的变压器；1000010000kVAkVA以上单独运行的变压器；容量为以上单独运行的变压器；容量为63006300kVAkVA以上以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。 电流速断的保护适用：电流速断的保护适

7、用：1000010000kVAkVA以下的变压器，且以下的变压器，且其过电流保护的时限大于其过电流保护的时限大于0.50.5s s时。时。 纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。电源侧的断路器。 3)3)外部相间短路时，应采用的保护外部相间短路时，应采用的保护 q对于外部相间短路引起的变压器过电流，对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：应采用下列保护： a a、过电流保护：过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流虑在事故状态下可能出现的过负荷电流 b

8、 b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上求的降压变压器上 c c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用用于大容量升压变压器和系统联络变压器于大容量升压变压器和系统联络变压器 d d、阻抗保护：阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采对升压变压器和系统联络变压器当采用用b b、c c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用阻抗保护。阻抗保护。 4)4)外部接

9、地短路时，应采用的保护外部接地短路时，应采用的保护 a a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护 b b、自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件方向元件 。5)5)过负荷保护过负荷保护 对对400400kVAkVA以上的变压器，当数台并列运行或单独以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。负荷的情况，装设过负

10、荷保护。 6)6)过励磁保护过励磁保护 高压侧电压为高压侧电压为500500kVkV及以上的变压器，对频率降低和及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作（在变压器过励磁允许的范围内，保护作 用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）用于信号，超过允许值，可动作于跳闸） 7)7)其它保护其它保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。

11、1.1.构成变压器纵差动保护的基本原则构成变压器纵差动保护的基本原则 双绕组变压器双绕组变压器-高压侧高压侧低压侧低压侧1I2I2I12II1I1TAn2TAnTn 为变压器两侧为变压器两侧的一次电流的一次电流参考方向均由母线参考方向均由母线指向变压器指向变压器 2I1I 、 分别为分别为两侧电流互感两侧电流互感器的变比。器的变比。 1TAn2TAn则流入差动继电器则流入差动继电器KDKD的电流为：的电流为： 12rIII因此纵差动保护的因此纵差动保护的动作判据为：动作判据为：rsetII1I2I 为相应的电为相应的电流互感器二次电流流互感器二次电流设变压器的变比为设变压器的变比为: : 忽略

12、变压器忽略变压器的损耗，正常运行和区的损耗，正常运行和区外故障时有外故障时有: :12/TnUU.21TIn I-高压侧高压侧低压侧低压侧1I2I2I12II1I1TAn2TAnTn21211211221(1)rTATATTATTATATAIIInnn IInnInnn则差动电流可表示为：则差动电流可表示为：若选择电流互感器的变比，若选择电流互感器的变比，使之满足使之满足: : 21TATTAnnn122TrTAn IIIn则有：则有：正常运行和变压器外部故障时，正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作；差电流为零，保护不会动作； q由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不由于变压器高

13、压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，即应使：和外部故障时，两个二次电流相等，即应使： 1212122211T AT AT ATT AIIIInnnInnI 或其中其中 ：高压侧电流互感器变比高压侧电流互感器变比1TAn2TAnTn：变压器的变比变压器的变比：低压侧低压侧电流互感器电流互感器变比变比要实现变压器的纵差保护，必要实现变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器

14、的变比，使其比值等于变压器的变比的变比 ，即，即 Tn21TATTAnnnq由于变压器常采用由于变压器常采用Y Y，d11d11的接线方式，因此，的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为其两侧电流的相位差为 ，若两侧电流互感，若两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并压

15、器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。校正过来。 30-YAIdAI1TAn2TAndAIYAYBII变压器星形侧的三个电变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形流互感器接成三角形变压器三角形侧的三个变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形电流互感器接成星形YCIYBIdCIdBIdaIdbIdcIYAIYBIYCIdAIdBIdCIYAIYBIYCI星形侧一次电流星形侧一次电流dAIdBIdCI30三角形侧一次电流三角形侧一次电流YAIYBIYCIYAYBIIYBYCIIYCYAII星形侧二次电流星形侧二次

16、电流dAIdBIdCI三角形侧二次电流三角形侧二次电流星形侧差动星形侧差动臂二次电流臂二次电流.()B rYBYCdBIIII要使要使A A相的继电器在正常运行及外部故障时不动作，相的继电器在正常运行及外部故障时不动作，需满足需满足：.dATYAIn I由于：由于：.2dAdATAIIn而而流入三个差动继电器的差动电流为：流入三个差动继电器的差动电流为： .()A rYAYBdAIIII.()C rYCYAdCIIII.YAYBdAIII.133YAYAYBYATAIIIIn又由于：又由于：即有：即有：.123YAdATATAIInn所以所以213TATTAnnn按相差动按相差动Y式中式中 、

17、 、 是流入三个差动继电器的差电流。是流入三个差动继电器的差电流。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。这样就可以消除两侧电流相位不一致的影响。由于由于 侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增侧采用了两相电流差，相当于变压器的变比增加了加了 倍，因此电流互感器变比的选择应该满足：倍，因此电流互感器变比的选择应该满足：.A rI.B rI.C rI3213TATTAnnn模拟式的差动保护都是采用这种接线方式，对于数模拟式的差动保护都是采用这种接线方式，对于数字式差动保护，也可以将星形侧的三相电流直接接字式差动保护，也可以将星形侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现相位调整功能，入

18、保护装置内，由计算机的软件实现相位调整功能，以简化接线。以简化接线。 三三绕组变压器绕组变压器1I2I1I2I3I3I123rIIII电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的电力系统中常常采用三绕组变压器。三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。 接入纵差动继电器的差电流为：接入纵差动继电器的差电流为： 高压侧高压侧中压侧中压侧低压侧低压侧正常运行时由高压侧、中压侧正常运行时由高压侧、中压侧同时向低压侧提供功率同时向低压侧提供功率13Tn23Tn设变压器的设变压器的13侧和侧和23侧的变比为侧的变比为 和和 ，考虑到正常运行和区外故障时变

19、压器各侧电流满足考虑到正常运行和区外故障时变压器各侧电流满足: : 13Tn23Tn电流互感器变比电流互感器变比的选择应该满足的选择应该满足: :31313TATTAnnn变压器高中压侧采用星形接线变压器高中压侧采用星形接线, ,低压侧采用三角形接线低压侧采用三角形接线三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照也要参照Y,d11Y,d11双绕组变压器的方式进行调整，即双绕组变压器的方式进行调整，即侧互感器用侧互感器用Y Y接线方式；两个接线方式；两个Y Y侧互感器则采用侧互感器则采用接线接线方式。方式。 32323TATTAnnn高压侧

20、电流折算高压侧电流折算到低压侧到低压侧中压侧电流折算中压侧电流折算到低压侧到低压侧.12313230TTnInII2.差动保护的不平衡电流及差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法减小不平衡电流的方法 q变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回变压器的纵差保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和路中的不平衡电流，产生不平衡电流的原因和消除方法如下：消除方法如下： I.I. 由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流II.II. 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流IV.IV. 由

21、变压器励磁涌流所产生的不平衡电流由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 III.III.由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流1 1）由计算变比与实际变比不同）由计算变比与实际变比不同 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 q由于两侧电流互感器都是根据产品目录选由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准变比，而变压器的变比也是一定的，取标准变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者之间很难满足因此，三者之间很难满足: : （或（或 ）的要求，此时差动回路中将有的要求，此时差动回路中将有不平衡不平衡电流流电流流过。过。21T ATT Annn213T A

22、TT Annn令变比差系数为：令变比差系数为： 121TATzaTAnnfn理论上应有理论上应有：21TATTAnn n则由：则由：21211211221(1)rTATATTATTATATAIIInnn IInnInnn在正常运行和外部故障在正常运行和外部故障时有：时有：.120Tn II可得可得: : 11zaunbTAf IIn上式即为由计算变比与实际变比不同而在差动上式即为由计算变比与实际变比不同而在差动回路产生的不平衡电流。回路产生的不平衡电流。高压侧电流折算高压侧电流折算到低压侧到低压侧如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，并

23、忽略侧，并忽略f fzaza的影响，则区外故障时变压器两侧电的影响，则区外故障时变压器两侧电流相等，即流相等，即I=II=I2 2=n=nT TI I1 1, ,但方向相反，但方向相反，I I称为区外故障时称为区外故障时变压器的穿越电流。变压器的穿越电流。 设设I Ik.maxk.max为区外故障时最大的穿越电流，则由电流互为区外故障时最大的穿越电流，则由电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为：感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为： .max.maxunbzakIf I 如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧如无特殊说明，变压器各侧电流都是折算到二次侧 从二次侧来看是

24、同一个电流从一侧流从二次侧来看是同一个电流从一侧流入从另一侧流出入从另一侧流出2 2）由变压器带负荷调整分接头）由变压器带负荷调整分接头 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 q调整变压器分接头是电力系统中常用的调压调整变压器分接头是电力系统中常用的调压方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比方法，改变分接头也就是改变了变压器的变比n nT T，分接头的改变，就会产生一个新的不平衡分接头的改变，就会产生一个新的不平衡电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。电流。应在纵差保护的整定值中予以考虑。 由此产生的最大不平衡电流为由此产生的最大不平衡电流为: : .max.maxunbkIUI 式中式中U

25、 U为由变压器分接头改变引起的相对误差，考为由变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可以正负两个方向进行调整，一般取可调整虑到电压可以正负两个方向进行调整，一般取可调整范围的一半。范围的一半。 （U=2U=22.5%)2.5%) 3 3）由电流互感器传变误差）由电流互感器传变误差 而产生的不平衡电流而产生的不平衡电流 由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产和特性，励磁电流也不同，故在差动回路中产生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流生的不平衡电流就很大。（根据第四章，电流互 感 器 误 差 不 会 超 过互 感

26、 器 误 差 不 会 超 过 1 0 % ， 最 大 可 能， 最 大 可 能值值 ） 采用电流互感器同型系数采用电流互感器同型系数Kat（同型号取同型号取0.50.5，不同型号取不同型号取1 1，对于变压器一般取，对于变压器一般取1 1 ）。）。.maxmax10%unbatkIK I对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比不一样，互感器的型号肯定不同，故互感器的型号肯定不同，故K Katat=1=1 。 TATA等效电路等效电路1I1I1I一次电流中的一部分消耗在一次电流中的一部分消耗在绕组励磁上其绕组励磁上其二次电流为：二次电流为：

27、 1L111III 电流互感器的传变误差就是励磁电流电流互感器的传变误差就是励磁电流 1I根据等效电路可得：根据等效电路可得： 1111111111ZIIILj LZjZZ ZL L包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般电阻分量占优，在定性分析时可以当作纯电阻处理。电阻分量占优，在定性分析时可以当作纯电阻处理。Z ZL L区外故障时变压器两侧的一次电流为区外故障时变压器两侧的一次电流为 (折算到二次侧折算到二次侧)，故由电流互感器传变误差引起的不，故由电流互感器传变误差引起的不平衡电流为平衡电流为 :.1122/TATAInIn1221unbIII

28、II不平衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流之差。不平衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流之差。并且励磁电流总是落后于一次电流，故并且励磁电流总是落后于一次电流，故 与与 之间之间的相位差不会超过的相位差不会超过9090o o，它们是相互抵消的。，它们是相互抵消的。假设假设 比较大，不平衡电流将小于比较大，不平衡电流将小于 。若两个电流。若两个电流互感器的型号相同，它们的参数差异性小，不平衡电互感器的型号相同，它们的参数差异性小，不平衡电流也比较小；反之，不平衡电流比较大。通常采用同流也比较小；反之，不平衡电流比较大。通常采用同型系数来表示互感器型号对不平衡电流的影响，即型系数来表示互感器

29、型号对不平衡电流的影响，即 .1I.2I.1I.1I1unbatIK I(a)的的曲线曲线3是电流按照是电流按照曲线曲线2变化时的磁滞回线，变化时的磁滞回线，曲线曲线1是铁芯的是铁芯的基本磁化曲线基本磁化曲线(通常简称为磁化曲线通常简称为磁化曲线)。由于。由于曲线曲线2的励磁电流是对的励磁电流是对称变化的，磁滞回线回绕着磁化曲线形成回环，理论分析时通常称变化的，磁滞回线回绕着磁化曲线形成回环，理论分析时通常用磁化曲线来替代磁滞回线。用磁化曲线来替代磁滞回线。 磁化曲线上的磁化曲线上的s点点称为饱和点。由于线圈电压与铁芯磁通之间的关称为饱和点。由于线圈电压与铁芯磁通之间的关系为系为 ，故磁化曲线

30、的斜率，故磁化曲线的斜率(严格讲是各点切线的斜率严格讲是各点切线的斜率)就是就是励磁回路的电感励磁回路的电感 。铁芯未饱和时，。铁芯未饱和时， 很大且基本上是常数；很大且基本上是常数；铁芯饱和后磁化曲线变得很平坦，铁芯饱和后磁化曲线变得很平坦， 大为减小。大为减小。 duWdtLLL12S31I1 电流互感器铁芯的磁滞回线电流互感器铁芯的磁滞回线 1I32(a)(b)b曲线曲线1 1是铁芯的基本磁化曲线是铁芯的基本磁化曲线曲线曲线2 2为励磁电流为励磁电流曲线曲线3 3为磁滞回线为磁滞回线若励磁电流中存在大量的非周期分量，饱和后的若励磁电流中存在大量的非周期分量，饱和后的 还会进一步还会进一步

31、减小，由于非周期分量引起减小，由于非周期分量引起I I1 1偏离时间轴的一侧，磁通也偏离偏离时间轴的一侧，磁通也偏离磁化曲线并按照曲线磁化曲线并按照曲线3 3的局部磁滞回环变化。显然，偏离磁化曲的局部磁滞回环变化。显然，偏离磁化曲线后线后 会减小。减小的程度取决于曲线会减小。减小的程度取决于曲线3 3中中 的数值。铁芯未的数值。铁芯未饱和时饱和时 不大，不大， 仍然很大，可以认为不会受非周期分量的影仍然很大，可以认为不会受非周期分量的影响；铁芯饱和时响；铁芯饱和时 会相当大，非周期分量的存在将会显著地减会相当大，非周期分量的存在将会显著地减小小 。 LLbbLbL12S31I1 电流互感器铁芯

32、的磁滞回线电流互感器铁芯的磁滞回线 1I32(a)(b)b电流互感器一次侧电流电流互感器一次侧电流I1消失后，励磁电流消失后，励磁电流I1也相应地变为零。也相应地变为零。由于磁滞回由于磁滞回线的线的磁滞磁滞现象，铁芯中将长期存在残留磁通，称现象，铁芯中将长期存在残留磁通，称为剩磁。剩磁的大小和方向与一次电流消失时刻的励磁电流为剩磁。剩磁的大小和方向与一次电流消失时刻的励磁电流I1有有关关 若将电流互感器一次侧电流若将电流互感器一次侧电流I1逐渐增大，在逐渐增大，在I1比较小时，电流互比较小时，电流互感器不饱和。此时由于感器不饱和。此时由于 很大且基本不变，励磁电流很大且基本不变，励磁电流I1很

33、小并随很小并随着着I1增大也按比例地增大。当励磁电流增大也按比例地增大。当励磁电流I1增大到铁芯饱和，即磁增大到铁芯饱和，即磁化曲线的化曲线的s点后，励磁电感减小，励磁回路的分流增大。而励磁点后，励磁电感减小，励磁回路的分流增大。而励磁回路的分流增大又导则励磁电感进一步下降，其结果是励磁电流回路的分流增大又导则励磁电感进一步下降，其结果是励磁电流I1迅速增大。铁芯越饱和则励磁电流也越大，并且随一次电流迅速增大。铁芯越饱和则励磁电流也越大，并且随一次电流的增加呈非线性的增加。的增加呈非线性的增加。L4 4）由变压器励磁涌流）由变压器励磁涌流I ILYLY所产生的所产生的 不平衡电流不平衡电流 v

34、变压器的励磁电流变压器的励磁电流I仅流经变压器的某仅流经变压器的某一侧，故通过电流互感器反应到差动回一侧，故通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡掉，正常情况下此电流路中不能被平衡掉，正常情况下此电流很小，一般不超过额定电流的很小，一般不超过额定电流的2%10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，影响就更小。流减小，影响就更小。v励磁电流的大小取决于励磁电感励磁电流的大小取决于励磁电感L L的数值，也就是取的数值，也就是取决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额

35、定电流的器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的25，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。很小的数值突然上升到运行电压。v励磁涌流的最大值可达额定电流的励磁涌流的最大值可达额定电流的6 68 8倍。倍。 v在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励重饱和，产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。磁电流称为励磁涌流。q励

36、磁涌流的特点：励磁涌流的特点： 1)1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧偏于时间轴的一侧 2)2)包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐包含有大量的直流及高次谐波，而以二次谐波为主；波为主； 3)3)波形之间出现间断，一个周期中间断角为波形之间出现间断，一个周期中间断角为。 i iL Ltq防止励磁涌流影响的方法：防止励磁涌流影响的方法： 1)1)采用具有速饱和铁芯的差动继电器采用具有速饱和铁芯的差动继电器 2)2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别 3)3)利用二次谐波制动等（利用带比率制动利用二次谐波

37、制动等（利用带比率制动的差动继电器）的差动继电器） q当励磁涌流进入差动回路时，其中有很当励磁涌流进入差动回路时，其中有很大的非周期分量使速饱和变流器大的非周期分量使速饱和变流器SBL的铁的铁芯严重饱和，励磁芯严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部磁涌流中几乎全部非周期分量及部分非周期分量及部分周期分量电流从周期分量电流从SBL的一次绕组通过，的一次绕组通过，传变到二次回路的传变到二次回路的电流很小电流很小 。I5 5）减小不平衡电流的主要措施减小不平衡电流的主要措施 可以通过以下措施来减小区外故障时纵差动保可以通过以下措施来减小区外故障时纵差动保护的不平衡电流：护的不

38、平衡电流：(1) (1) 计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿 令令: : 12(1)TATTAnnnn 1nI由计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流为由计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流为 。电流互感器变比选定后，电流互感器变比选定后，n n就是一个常数，所以可以用就是一个常数，所以可以用 将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动继电器的将这个不平衡电流补偿掉。此时引入差动继电器的电流为电流为: :1nI121rIIInIn n就是就是需要补偿的系数需要补偿的系数 2WbWdW*TS.1I.2I.1I.2I.1I.2I对于电磁式纵

39、差动保护装置，对于电磁式纵差动保护装置，可以采用中间变流器进行补偿。可以采用中间变流器进行补偿。 在中间变流器在中间变流器TSTS的铁芯上的铁芯上绕有主线圈绕有主线圈W Wd d，接入差电，接入差电流流 。另外还绕一个。另外还绕一个平衡线圈平衡线圈W Wb b和二次线圈和二次线圈W W2 2。 12II采用这种补偿方法时，由于的匝数不能平滑调节，选用的匝数与计算的匝数不采用这种补偿方法时，由于的匝数不能平滑调节，选用的匝数与计算的匝数不可能完全一致，故仍有一部分不平衡电流流入继电器，但不平衡电流已大为减可能完全一致，故仍有一部分不平衡电流流入继电器，但不平衡电流已大为减少。变比差系数可按下式计

40、算：少。变比差系数可按下式计算： bzadWfnW假设假设n0n0，则可以将，则可以将 先经先经W Wb b后再和后再和 差接起来。这样，在正差接起来。这样，在正常运行和外部故障时，只要满足常运行和外部故障时，只要满足 ，即，即 ，则中间变流器内总磁通等于零，在二次线圈，则中间变流器内总磁通等于零，在二次线圈W W2 2上上就没有感应电势，从而没有电流流入继电器。就没有感应电势，从而没有电流流入继电器。 121()0dbWIIW I/bdWWn .1I.2I.12II(2) (2) 减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流 应尽可能使用型号、性能

41、完全相同的应尽可能使用型号、性能完全相同的D D级电流互感器，级电流互感器，使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡使得两侧电流互感器的磁化曲线相同，以减小不平衡电流。电流。另外，减小电流互感器的二次负载，能够减少铁芯的另外，减小电流互感器的二次负载，能够减少铁芯的饱和程度，相应地也减少了不平衡电流。减小二次负饱和程度，相应地也减少了不平衡电流。减小二次负载的方法，除了减小二次电缆的电阻外，可以增大电载的方法，除了减小二次电缆的电阻外，可以增大电流互感器的变比流互感器的变比n nTATA。二次阻抗。二次阻抗Z Z2 2折算到一次侧的等效折算到一次侧的等效阻抗为阻抗为Z Z2 2/n/n2

42、 2TATA。若采用二次侧额定电流为。若采用二次侧额定电流为1A1A的电流互的电流互感器，等效阻抗只有额定电流为感器，等效阻抗只有额定电流为5A5A时的时的1/251/25。 (3) (3) 减少电流互感器的暂态不平衡电流减少电流互感器的暂态不平衡电流 根据电流互感器暂根据电流互感器暂态不平衡电流中有态不平衡电流中有大量的非周期分量、大量的非周期分量、电流特性完全偏离电流特性完全偏离时间轴一侧的特点，时间轴一侧的特点，通常采用在差动回通常采用在差动回路中接入具有速饱路中接入具有速饱和特性的中间变流和特性的中间变流器的方法。器的方法。I速饱和铁芯速饱和铁芯由于非周期分量使速饱由于非周期分量使速饱

43、和铁芯迅速饱和，从而和铁芯迅速饱和，从而使非周期分量传递到二使非周期分量传递到二次侧大为减少。次侧大为减少。当差电流中只流过周期分量时，磁通沿当差电流中只流过周期分量时，磁通沿着磁滞回线着磁滞回线3 3变化，变化量很大，很容易变化，变化量很大，很容易传变到二次侧。因此速饱和中间变流器传变到二次侧。因此速饱和中间变流器能够大大减小电流互感器的暂态不平衡能够大大减小电流互感器的暂态不平衡电流。对于实际保护装置，通常在中间电流。对于实际保护装置，通常在中间变流器中还要采取其它增加铁芯饱和的变流器中还要采取其它增加铁芯饱和的辅助措施，如带加强型速饱和中间变流辅助措施，如带加强型速饱和中间变流器差动保护

44、器差动保护(BCH-2)(BCH-2)，以进一步减少暂态，以进一步减少暂态不平衡电流。不平衡电流。12S31I11I32b速饱和中间变流器的铁芯很容易饱速饱和中间变流器的铁芯很容易饱和和, ,当差动电流中含有较大的非周期当差动电流中含有较大的非周期分量时，铁芯迅速饱和，磁通沿着分量时，铁芯迅速饱和，磁通沿着局部磁滞回线局部磁滞回线33变化，一个周波内变化，一个周波内变化量为很小。由于电流互感器的变化量为很小。由于电流互感器的感应电势感应电势( (即等效回路中励磁电感上即等效回路中励磁电感上的电压的电压) )与磁通的变化率成正比，所与磁通的变化率成正比，所以非周期分量不易传变到变流器的以非周期分

45、量不易传变到变流器的二次侧。二次侧。.躲开保护范围外部短路时流过继电器的躲开保护范围外部短路时流过继电器的 最大不平衡电流，最大不平衡电流，此时继电器的起动电此时继电器的起动电流应为流应为: : I Isetset= =K KrelrelI Iunb.maxunb.max （二次侧）二次侧）其其中中I I unb.maxunb.max 保护外部短路时流过继电器的最大不平衡电流保护外部短路时流过继电器的最大不平衡电流3. 变压器纵差动保护的整定计算原则变压器纵差动保护的整定计算原则.max.max(0.1)unbzanpatkIfUK KI 外部短路故障时最大短路电流；外部短路故障时最大短路电流

46、； .maxkI由于电流互感器计算变比和实际变比由于电流互感器计算变比和实际变比 不一致引起的相对误差。不一致引起的相对误差。 zaf单相变压器单相变压器: : 121TATzaTAnnfnbzadWfnW/11Y 接线三相变压器接线三相变压器: : 1213/zaTATTAfnnn当采用中间变流器进行补偿时，取补偿后剩余的相对当采用中间变流器进行补偿时，取补偿后剩余的相对误差。误差。 由变压器分接头改变引起的相对误差，一般由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一半；可取调整范围的一半； U0.10.1电流互感器容许的最大稳态相对误差；电流互感器容许的最大稳态相对误差； K Ka

47、tat电流互感器同型系数，取为电流互感器同型系数，取为1 1； K Knpnp非周期分量系数，取非周期分量系数，取1.5-21.5-2。当采用速饱和变。当采用速饱和变流器时，由于有躲非周期分量的性能，取为流器时，由于有躲非周期分量的性能，取为1 1。12(1)TATTAnnnn q当变压器纵差保护采用波形鉴别或二次谐波当变压器纵差保护采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时，本身就具有躲开励磁涌流制动的原理构成时，本身就具有躲开励磁涌流的特性，无需再作考虑。而当采用具有速饱和的特性，无需再作考虑。而当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，虽可利用励磁涌流的非铁芯的差动继电器时，虽可利用励磁涌流的非周

48、期分量使铁芯饱和，来避开励磁涌流的影响，周期分量使铁芯饱和，来避开励磁涌流的影响，但起动电流仍需整定为但起动电流仍需整定为: :.躲开变压器励磁涌流的影响躲开变压器励磁涌流的影响才能躲开励磁涌流的影响。才能躲开励磁涌流的影响。setrelNIKK IsetrelNIKK IK Krelrel可靠系数，取可靠系数，取1.31.31.51.5； I IN N变压器的额定电流；变压器的额定电流； K K励磁涌流的倍数励磁涌流的倍数( (即励磁涌流与变压器额定电流的比值即励磁涌流与变压器额定电流的比值) )，取，取4-84-8，可以根据变压器的额定容量按励磁涌流的上限来选择。可以根据变压器的额定容量按

49、励磁涌流的上限来选择。由于励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其它措施来减少由于励磁涌流很大，实际的纵差动保护通常采用其它措施来减少它的影响：它的影响：一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流的波形差别，在励磁涌流时一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流的波形差别，在励磁涌流时将差动保护闭锁，这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即将差动保护闭锁，这时在整定值中不必考虑励磁涌流的影响，即取取K K=0=0；另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流，采另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流，采用加强型速饱和变流器的差动保护用加强型速饱和变流器的差动保护(BCH2(BCH2型型) )

50、时，取时，取K K=1=1 。.在正常运行情况下，为防止电流互感器二次在正常运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，起动电流回路断线时引起差动保护误动作，起动电流应大于变压器的最大负荷电流应大于变压器的最大负荷电流I IL.maxL.max，当负荷当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流电流不能确定时，可采用变压器的额定电流I IN.TN.T, ,并引入可靠系数并引入可靠系数relrel( (一般取一般取1.3)1.3)，则保，则保护装置的动作电流整定值为：护装置的动作电流整定值为：maxsetrelLrelNTIKIKI按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取

51、最大者按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取最大者 所有电流都是折算到电流互感器二次侧的数值。对于所有电流都是折算到电流互感器二次侧的数值。对于Y/Y/-11 -11 接线三相变压器，在计算故障电流和负荷电流时，要注意接线三相变压器，在计算故障电流和负荷电流时，要注意Y Y侧侧电流互感器接线方式，通常在电流互感器接线方式，通常在侧计算比较方便。侧计算比较方便。 q灵敏系数可按下式校验：灵敏系数可按下式校验：min2krsensetIKI其中其中I I k.min.rk.min.r采用保护范围内部故障时，流过继电器采用保护范围内部故障时，流过继电器的最小差动电流。的最小差动电流。q按照要

52、求，灵敏系数一般应大于，当不满按照要求，灵敏系数一般应大于，当不满足时，则需采用具有制动特性的差动继电器。足时，则需采用具有制动特性的差动继电器。差动保护的整定值越大，则对变压器差动保护的整定值越大，则对变压器 内部故障的反应能力就越低。内部故障的反应能力就越低。4 4、具有制动特性的差动继电器、具有制动特性的差动继电器 1 1差动继电器的制动特性差动继电器的制动特性 如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则区外故障时变压器两侧电流器的二次侧，则区外故障时变压器两侧电流相等，即：相等，即： I I称为区外故障时变压器的穿越电流。称为区外故障时变

53、压器的穿越电流。 12III 如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则可以认为在如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，则可以认为在正常运行和区外故障时，同一电流流过变压器两侧，故称为穿越电流正常运行和区外故障时，同一电流流过变压器两侧，故称为穿越电流由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡电流的讨论知：电流的讨论知：流入差动继电器的不平衡电流与变压流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。器外部故障时的穿越电流有关。12III 具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差动具有制动特性的差动继电器正

54、是利用这个特点，在差动继电器中引入一个继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动能够反应变压器穿越电流大小的制动电流电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组变压器，定，而是根据制动电流自动调整。对于双绕组变压器，外部故障时由于外部故障时由于 ( (折算到二次侧折算到二次侧) )，制动电流制动电流I Iresres可取可取: : I Iresres=I=I1 1或或I Iresres=I=I2 2最大穿越电流最大穿越电流.max.max(0.1)unbzanpatkIfUK KI (0.1)unbz

55、anpatIfUK KI 为分析方便，均去掉下标！为分析方便，均去掉下标！故变压器外部故障时的不平衡电流与故变压器外部故障时的不平衡电流与I Iresres有关，有关，可表示为：可表示为： unbresIf I则具有制动特性差动继电器的动作方程为则具有制动特性差动继电器的动作方程为 ：()rrelresIKf IK Krelrel是可靠系数是可靠系数 由影响变压器差动保护的因素可知：由影响变压器差动保护的因素可知：而：而：1reskIIII Ik k变压器外部故障时的短路电流变压器外部故障时的短路电流流过变压器的穿越电流不同流过变压器的穿越电流不同, ,差动继电器的动作电流也不同差动继电器的动

56、作电流也不同.max.max(0.1)unbzanpatkIfUK KI 差动电流大于不平衡电流时，差动保护动作差动电流大于不平衡电流时，差动保护动作0将差电流与制动电流的关系在一个平面坐标上将差电流与制动电流的关系在一个平面坐标上表示，显然只有差电流处于曲线的上方时差动表示，显然只有差电流处于曲线的上方时差动继电器才能并且肯定动作。称为差动继电器的继电器才能并且肯定动作。称为差动继电器的制动特性，而处于制动特性上方的区域称为差制动特性，而处于制动特性上方的区域称为差动继电器的动作区，另一个区域相应地称为制动继电器的动作区，另一个区域相应地称为制动区。动区。 ()relresKf IresIr

57、I()rrelresIKf I0ag()relresKf I.maxsetI.res gI.maxresIresIrI 是一个关于是一个关于I Iresres的单调上升函数。在的单调上升函数。在I Iresres比较小比较小时，电流互感器不饱和，时，电流互感器不饱和， 是线性上升的是线性上升的（I Iresres I Ires.gres.g) )；()relresKf I()relresKf I()relresKf II Iresres比较大导致电流互感器饱和后，比较大导致电流互感器饱和后， 的变化率的变化率增加，并不再是线性的增加，并不再是线性的( (I Ires.gres.g-I-Ires

58、.maxres.max) )。 K KTATA为电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互为电流互感器未饱和时存在的线性误差，由互感器型号决定，一般小于感器型号决定，一般小于2。 0ag()relresKf I.maxsetI.res gI.maxresIresIrI 的线性部分可以表示为的线性部分可以表示为: :()relresKf I()()relresrelzaTAresKf IKfUKI设变压器穿越电流等于最设变压器穿越电流等于最大外部故障电流大外部故障电流I Ik.maxk.max时，时，差动继电器动作电流和制差动继电器动作电流和制动电流分别为动电流分别为I Iset.maxset.ma

59、x和和I Ires.maxres.max ，如图的，如图的a a点所示。点所示。显然，此时差动继电器的显然，此时差动继电器的不平衡电流就是最大不平不平衡电流就是最大不平衡电流，故衡电流，故: : .max.maxsetrelunbIKI理论上理论上I Ires.maxres.max = = I Ik.maxk.max ，但制动电流也要经过电流互感器测量，但制动电流也要经过电流互感器测量，互感器饱和会使测量到的制动电流减小，故互感器饱和会使测量到的制动电流减小，故 :.max.max.maxreskunbIII令令 .max.max.maxsetresresIKIK Kres.maxres.ma

60、x称为制动特性的最大制动比。称为制动特性的最大制动比。 0ag()relresKf I.maxsetI.res gI.maxresIresIrI0ag由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中由于电流互感器的饱和与许多因素有关，制动特性中非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特非线性部分的具体数值是不易确定的。实用的制动特性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一性要进行简化，在数字式纵差动保护中，常常采用一段与坐标横轴平行的直线和一段斜线构成的所谓段与坐标横轴平行的直线和一段斜线构成的所谓两两折线折线特性特性(以以I Iset.rset.r表示表示)， I Iset.rset.