变压器差动保护的基本原理

1、变压器差动保护的基本原理1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不 相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各 侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。变压器纵差动保护的特点1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法1）励磁涌流在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部 故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定68 倍变

2、压器励磁电流通常称为励磁涌流。2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值 u=0 瞬间合闸，铁芯中的磁通应为 - m。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期 分量的磁通 +m，如果考虑剩磁 r ，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2m+ r ，其幅值为如图 8-6 所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图 8-7 可知此时变压器的励磁 电流的数值将变得很大，达到额定电流的 6 8 倍，形成励磁涌流。3）励磁涌流的特点： 励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。励磁涌流中含有明显的高次谐波，其

3、中励磁涌流以2 次谐波为主。励磁涌流的波形出现间断角。4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； 利用二次谐波制动原理构成的差动保护； 利用间断角原理构成的变压器差动保护； 采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。2、 不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流 变压器两侧电流相位不同电力系统中变压器常采用 Y，d11 接线方式， 因此，变压器两侧电流的相位差为 30°， 如下图所示， Y 侧电流滞后侧电流 30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则 两侧对应相的二次电流也相差 30°左右，从而产生很

4、大的不平衡电流。 电流互感器计算变比与实际变比不同 由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。【实例分析 1】由电流互感实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流分析变压器型号、变比、 Y,d11 接线。计算由于电流互感器的实际变比与计算不等引起的 不平衡电流。计算结果由表可见，由于电流互感器的实际变比与计算变比不等，正常情况 将产生 0.21A 的不平衡电流。 变压器各侧电流互感器型号不同由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算至同一侧）也就不同，从而在差动回路中产生较大 的不平衡电流。变压器带负荷调节分接

5、头变压器带负荷调整分接头，是电力系统中电压调整的一种方法，改变分接头就是 改变变压器的变比。整定计算中，差动保护只能按照某一变比整定，选择恰当的平衡线圈 减小或消除不平衡电流的影响。当差动保护投入运行后，在调压抽头改变时，一般不可能 对差动保护的电流回路重新操作，因此又会出现新的不平衡电流。不平衡电流的大小与调 压范围有关。2）暂态情况下的不平衡电流暂态过程中不平衡电流的特点： 暂态不平衡电流含有大量的非周期分量，偏离时间轴的一侧。 暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间（根据此特点靠保护的延 时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性，甚至使变压器差动保护不能接 受）。减小

6、不平衡电流的措施1）减小稳态情况下的不平衡电流变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的 D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。2）减小电流互感器的二次负荷这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小 二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻 （ 适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长 度） ；采用弱电控制用的电流互感器 （二次额定电流为 lA） 等。3）采用带小气隙的电流互感器这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容 易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同

7、时也改善了电流互感器的暂态特 性。4）减小变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流采用相位补偿。采用适当的接线进行相位补偿法。Y,d11 接线变压器差动保护接线图和相量图如变压器为 Y，d11 接线其相位补偿的方法是将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，将 变压器三角形侧的电流互感器接成星形，如图 (a) 所示，以补偿 30°的相位差。 图中为星形侧的一次电流，为三角形侧的一次电流，其相位关系如图 (b) 所示。采用相位补偿接线后，变压器星形侧电 流互感器二次回路侧差动臂中的电流分别为，它们刚好与三角形侧电流互感器二次回路中 的电流同相位，如图 (c) 所示。这样，差回路中两侧的电流

8、的相位相同。 数值补偿变压器星形侧电流互感器变比变压器三角形侧电流互感器变比 软件校正微机保护中采用软件进行相位校正6）由变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流在差动保护的整定计算中加以考 虑。7）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流在变压器差动保护的整定计算中考虑。8）减小暂态过程中非周期分量电流的影响 差动保护采用具有速饱和特性的中间变流器。 选用带制动特性的差动继电器或间断角原理的差动继电器等，利用其它方法来解决暂态 过程中非周期分量电流的影响问题。和差式比率制动式差动保护原理 1. 双绕组变压器比率制动的差动保护原理。1）和差式比率制动的动作判据差动电流：制动电流： 差动

9、保护动作的第一判据： 制动比率系数： 外部故障时，保护可靠地不动作。应满足如下判据： 差动保护动作的第二判据2. 比率制动特性的整定1）最小启动电流 Iact 0 2）拐点制动电流 Ibrk 0 可选取3）最大制动系数 Kbrk. max 和制动特性斜率 S最大制动系数比率制动特性曲线 比率制动系数的整定值 D取 0.3 0.5 比率制动特性的斜率 S，由上图可知当 Ibrk 0 Ibrk. max和 Iact 0 Ibrk. max，则上式可得即比率制动特性的折线BC过坐标原点，在任何制动电流下有相同的制动系数。4）内部故障灵敏度校验在系统最小运行方式下， 计算变压器出口金属性短路的最小短路

10、电流 （周期分量） 同时计算相应的制动电流，由相应的比率制动特性查出对应与的起动电流则灵敏系数要求 Ksen>2.0三绕组变压器比率制动的差动保护原理。对于三绕组变压器，其差动保护的原理与双绕组变压器的差动保护原理相同，但差动 电流和制动电流及最大不平衡电流应做相应的更改。在有的变压器差动保护直接取三侧中最大电流为制动电流。励磁涌流闭锁原理采用二次谐波制动原理在变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量，一般约占基波分量 的 40 以上。利用差电流中二次谐波所占的比率作为制动系数，可以鉴别变压器空载合闸 时的励磁涌流，从而防止变压器空载合闸时保护的误动。差动速断保护1）采用差动速断保护的原因

11、一般情况下比率制动原理的差动保护能作为电力变压器主保护，但是在严重内部故障时， 短路电流很大的情况下， TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化， TA 的二次侧基波电流为零， 高次谐波分量增大，反应二次谐波的判据误将比率制动原理的差动保护闭琐，无法反映区 内短路故障， 只有当暂态过程经一定时间 TA退出暂态饱和比率制动原理的差动保护才动作， 从而影响了比率差动保护的快速动作，所以变压器比率制动原理的差动保护还应配有差动 速断保护，作为辅助保护以加快保护在内部严重故障时的动作速度。差动速断保护是差动 电流过电流瞬时速动保护。2）差动速断的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定。变压器比率差动保护程序逻辑框图1）变压器差动保护程序逻辑框图2）变压器差动保护程序逻辑原理在程序逻辑框图中 D1=Iact0 、D2=KrelId/Ibrk 为比率制动系数整定值， D3 为二次 谐波制动系数整定值。可见比率差动保护动作的三个判据是“与”的关系 （与门 Y2） ，必须 同时满足才能动作于跳闸。而差动速断保护是