变压器差动保护的基本原理及逻辑图

1、变压器纵联差动保护的基本原理蔡学坤（大地工程开发（集团）有限公司天津分公司项目设计研究院 电气工程师）0、 引言对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置并应符合下列规定：1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。6.3MVA及以下单独运行的变压器，亦可装设纵联差动保护。2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA以上的变压器，当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。1、变压器纵联差动保护的工作原理 纵差保护的原理是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。其原理接线图见图1。2、变压器的

2、纵联差动保护应符合下列要求：1) 应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；2) 差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。但在63kV电压等级的终端变电所和分支变电所，以及具有旁路母线的电气主接线在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动可利用变压器套管内的电流互感器，引出线可不再采取快速切除故障的辅助措施。 图1：变压器纵联差动保护的原理接线图 3、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6

3、8倍变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2所示。此时变压器铁芯将严重饱和，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68倍，形成励磁涌流。图2：变压器空载投入时的电压和磁通波形图 图3：励磁涌流波形 （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

4、流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 励磁涌流的波形出现间断角。 见图3励磁涌流波形图。（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纵联差动保护； 采用模糊识别闭锁原理构成的变压器纵联差动保护。4、 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

5、电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。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。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

6、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： 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，甚至使变压器纵联差动保护不能接受）。 5、减小不平衡电流的措施（1）减小稳态情况下的不平衡电流 变压器纵联差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器纵联差动保护专用的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

7、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图4：Yd11接线变压器差动保护接线图 用适当的接线进行相位补偿法。图5： Y,d11接线变压器纵联差动保相量图 如变压器为Y，

8、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4所示，以补偿30°的相位差。图5为星形侧的一次电流和三角形侧的一次电流，及其相位关系。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（上图红色），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5所示。这样，差动回路中两侧的电流的相位相同。 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（5）减小电流互感器由于计算变比与标准变比不同而引起的不平衡电流采用数值补偿 采用自耦变流器。如

9、图6中的（a）。 利用BCH型差动继电器中的平衡线圈。如图6中的（b）。 变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为最小。图6：（a）用自耦变流器，（b）用差动继电器中平衡线圈（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 在变压器纵联差动保护的整定计算中考虑。 在稳态情况下，变压器的差动保护的不平衡电流可由下式决定（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。 6、结语：通过以上的基本分析可以加深对