继电保护讲义-变压器的差动保护

变压器的差动保护

变压器差动保护能够保护变压器绕组内部及其引出线上发生的短路故障。

双绕组变压器差动保护原理接线如图7-6所示，变压器差动保护的原理与输电线路的差

动保护基本相同，电流互感器采用减极性标注，在变压器的高压与中压侧均规定一次电流流

向变压器为方向，在变压器的低压侧规定一次电流流出变压器为正方向，变压器两侧的电流

互感器二次按环流法连接。变压器正常运行时，流入继电器差动绕组的电流为零或不平衡电

流较小，差动保护不会动作：内部故障时，流入继电器差动绕组的电流较大，差动保护可靠

动作。由于变压器两侧的电流大小不同，电流相位在Y,d接线时也不相同，故必须进行相

位补偿和数值补偿，才能使变压器正常运行时，流入继电器的不平衡电流为零或较小。此外，

差动保护还应考虑变压器励磁涌流的影响和变压器外部故障时的不平衡电流。

一、相位补偿和数值补偿

1、相位补偿

如图7-6所示，以Y.d”接线的变压器为例，d侧电流相位超前Y侧电流相位30°。

如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，正常运行时将有很大的不平衡电流进入差动继电

器，为了防止保护误动作，动作值应躲过它。这样，导致变压器内部故障时保护的灵敏度很

低，只有减小不平衡电流，才能降低保护的动作值，满足灵敏度的要求，因此变压器两侧的

1

电流相位差别必须加以补偿。

相位补偿是利用装设在变压器各侧电流互感器的二次绕组特殊连接方法实现的，即将装

设在变压器三角形侧的电流互感器接成星形，二次电流相位不变，而将装设在变压器星形侧

的电流互感器接成二角形，二次电流超前移相30°,依此构成星形和三角形接线的电流互

感器与差动继电器间的连接，使变压器正常运行和外部短路时各侧电流互感器的二次电流方

向相同，减小流入差动保护的不平衡电流。

相位补偿使变压器正常运行和外部短路时各侧电流互感器二次侧电流相位相同，但变压

器低压侧线电流恒大于高压侧线电流，故变压器各侧必须采用不同变比的电流互感器才能使

二次侧流入继电器的电流为零，为此，变压器各侧的电流还应进行数值补偿。

2、数值补偿

电流互感器二次侧额定电流一般为5A,即

=54,=54

nTA(Y)

变压器三角形侧电流互感器变比

INg

变压器星形侧电流q感器变比

式中IN2-变压器三角形侧额定线电流;

侧的电流差别可以得到完全的数值图7-7变压器差动保护数值补偿

(a)采用自耦变流器；＜b)采用中间变流器

补偿。但在实际工作中，电流互感器

2

是标准化、系列化生产的，计算变比和实际选择的标准变比不可能完全相同，变压器两侧的

电流在数值补偿后仍有差别，因此需要在电流互感器的二次侧装设自偶变流器或中间变流器

进行二次数值补偿，如图7-7所示。同样，自偶变流器变比的标准化或中间变流器的绕组

是整匝调节，与计算值仍然不可能完全相同，因此，差动回路中总存在着不平衡电流。

为了不使正常运行时的电流互感器处于饱和状态，所选取的标准变比应接近且大于计算

变比。

二、变压器的励磁涌流

变压器的励磁电流只流过电源侧的绕组，在保护的差动回路中形成不平衡电流。

当变压器正常运行时，电源侧只流过很小的励磁电流，为额定电流的3%〜5%,外部短

路时，由于电压降低，励磁电流更小，所以，由此产生的不平衡电流对差动保护的影响可以

忽略不计。

当变压器空载投入电网时或外部短路故障切除后电压恢复过程中，变压器的电源侧会

出现很大的励磁电流，数值上可达额定电流的5〜10倍，称为励磁涌流，它在差动回路中形

成的不平衡电流很大，特点和内部故障一样，常影响差动保护的正确工作，所以必须分析励

磁涌流产生的原因和特点，针对性地采取措施来减小励磁涌流对差动保护的影响并在整定计

算中躲过。

如图7-8所示，变压器稳定工作状况下,铁芯中的磁通应滞后外加电压90°,如在空

载且电压瞬时值为零（U-O）时合闸，铁芯中

的磁通幅值应为-6m，但变压器是带铁芯的电

感性元件，铁芯中的磁通不能突变，合闸时

必然产生暂态过程，出现一个幅值为+0m的

非周期分量磁通与-0m抵消，使铁芯中只有

剩余磁通过半个周期后，铁芯中的综合

磁通达到最大值3尸2%“十/，此时变压器铁

芯严重饱和，励磁阻抗下降，励磁电流极大

增加，形成变压器的励磁涌流。图7-8变压器空载投入时电压和磁通波形图

如合闸瞬时电压幅值为最大时，磁通从

零开始变化，将不会出现励磁涌流。

对于三相电力变压器而言，某一相电压为最大值时合闸，该相不会出现励磁涌流，但其

它两相必然会出现不同程度的励磁涌流。二相电力变压器的二个两项励磁涌流差，往往的■

3

个几乎没有直流分量的周期性电流，其峰值可能达到另外两项励磁涌流差峰值的一半，如图

7-9所示。

图7-9三相变压器励磁涌流分析

单相变压器的励磁消

流可用图解法求取。图7/0

(a)画出变压器铁芯的磁

化曲线，S点是由饱和磁通

。确定的。从S点作逼近饱

和曲线的近似值直线SP,

这将非线性的磁化曲线用

图7/0单相变压器励磁涌流图解

(a)磁化曲线：(b)励磁涌流

图7-10(a)中的近似磁化

曲线OSP代替。图7-10ib)画出铁芯中综合磁通切工的变化曲线，过S点作平行于横轴的

直线，与综合磁通少£交丁“、力两点，分别由八〃两点作垂直丁横轴的直线，交横轴丁明、

〃2。根据近似磁化曲线OSP,由()到以和〃2到2兀，励磁涌流力为零。通过综合磁通曲

线0c上N点，作平行于横轴的直线交OSP于x点，通过x点作垂直于横轴的直线，交横

轴于储ix就是磁通。力的励磁涌流。通过N点作横轴垂线M7并等于八，7点即励磁涌流曲

线上的一点，如此逐点求出，然后将各点用平滑曲线连蚤，得到的就是励磁涌流波形曲线,

如图7-10(b)所示，可知，励磁涌流曲线是尖顶波而不是正弦波且偏于时间轴的一侧；励

磁涌流波形不连续，波形之间右间断，间断角”为

4

0=01+（2n-。2）=2n+01-02

实际上，变压器励磁回路存在电阻，所以，当变压器空载投入的暂态过程中，非周期

分量磁通与综合磁通均在衰减，与其对应的励磁涌流也是衰减的，波形如图7-11所示。

励磁涌流波形间断的原因变压器空载投入的暂态过程中，当综合磁通S.小于饱和

磁通时，励磁涌流ie为零，综

合磁通大于饱和磁通时，出现

励磁涌流ic，所以波形不连续，

存在间断。

另外，还可从谐波分析来

判断变压器是励磁涌流还是内

图7-11单相变压器空载投入时河态过程中的

励破涌流波形图

部短路，励磁涌流含有大量的

高次谐波分曷,以二次谐波分如表7-1,,

表7-1变压器内部短路电流和励磁涌流谐波分析结果

谐波分量占基波分量励磁涌流短路电流

的百分比（％）

例1例2例3例4饱和不饱和

基波10010010010010011）0

2次谐波3631502349

3次i咨波76.99.410324

4次谐波96.25.4—97

5次谐波5———24

直流66806273038

三相电力变压器的励磁涌流中，三个两项励磁涌流差的二次谐波分量可能不大，但总

有一个两项励磁涌流差的二次谐波分量超过20%o

根据上述分析，励磁涌流具有以下特点：

（1）含有很大的非周期分量，波形偏于时间轴的一侧。

对于中小型变压器，励磁涌流的峰值可达额定电流的8倍，但衰减迅速，衰减速度决定

于变压器和电网的时间常数。一般0.5~ls后，其值小于0.25~0.5倍额定电流。

对于大型变压器，励磁涌流倍数较小，但时间常数大，衰减比较缓慢。•般50MYA以

上的变压器，需要几秒到几十秒时间才能衰减到峰值的50%。

5

（2）含有大量的高次谐波分量，以二次谐波为主。

（3）波形不连续，相邻波形有间断角。

根据以上特点，防止励磁涌流对变压器差动保护影响的针对性措施有:

（1）差动继电器采用加强型的速饱和铁芯。

（2）采用二次谐波制动的方式构成差动保护。

（3）采用鉴别电流波形“间断角”的方法构成差动保护。

三、变压器差动保护的不平衡电流

变压器差动保护产生不平衡电流的主要原因是：

（1）变压器各侧电流互感器的型号和特性不同造成的不平衡电流。如变压器的35KV及

以上侧，•般采用装在油断路器内的电流互感器，而6〜10KV侧•般采用独立的线圈式电

流互感器。由于它们的型号和磁化特性不同，造成了比线路和发电机纵差动保护更大的不平

衡电流。最严重的状况是外部短路时，短路电流便一个电流互感器饱和，而另一个不饱和“

按10%误差曲线选择的电流互感器，最大不平衡电流不会超过外部最大短路电流的10%.

（2）电流互感器、自耦变流器标准化的变比或平衡绕组实用的质数与计算值不同产生的

不平衡电流。

（3）变压器带负荷调节分接头时产生的不平衡电流。

在电力系统中，变压器在运行中需要根据系统电压的要求而自动或手动改变调压分接头,

因此，变压器的变比也随着改变。而差动保护中电流互感器的选择，平衡线圈匝数的确定，

都是根据额定电压和额定电流计算得出的。当变压器分接头改变时，运行中的差动保拧不能

随之调整，乂会产生新的不平衡电流，它在外部短路时达到最大。

变压器外部短路时差到回路中可能出现的最大不平衡电流为：

，“必.max+

式中及一电流互感器同型系数，取1;

Kup一短路电流非周期分量影响系数，取1.5〜2.0；

力一电流互感器的10%误差；

△U—变压器带负荷调节分接头引起的相对误差；

△F-电流互感器变比，自耦变流器变比或平衡绕组匝数标准化后与计算值不同所引起

的误差；

/k.max—变压器外部相间短路的一次最大短路电流。

6

(4)变压器空载合闸时励磁涌流产生的不平衡电流。

变压器差动保护必须采取各种措施来减小不平衡电流的影响以提高保护的灵敏度。

四、采用5cm2型差动继电器构成的差动保护

1、3CH-2型差动继电器

BCH-2型差动继电器由带短路绕组的速饱和变流器和

DL-W/0.2型电流继电器组合构成。变压器差动保护采用

BCH-2型差动继电器，能够较好地躲过不平衡电流的影响,

其原理接线如图7-12所示。

(1)、速饱和变流器的工作原理。

图7“2利用速饱和变流器构成

速饱和变流器采用宽磁滞回线的导磁材料来做成截面

差动保护的原理接线图

枳小、易饱和的铁芯。当不平衡电流使铁芯饱和后，其传

变特性变差,不平衡电流中的非周期分曷难以进入二次侧的电流继电器，依此来躲过不平衡

电流中非周期分量的影响，

变压器外部短路时，流入速饱和变流器的电流是含有很大非周期分量的不平衡电流，

如图7-13(b)、(c)中曲线2,和2”变化，它偏于时间轴的一侧，使铁芯严重饱和，磁感应

强度按局部磁滞回线3,和3”变化。在At时间内磁感应强度变化为AB'

图7-12所示为速饱和变流器铁芯的磁化曲线。

(a)通入周期分时电流；＜b)通入非周期分早电流；(c)通入含有非周期分量的交流电流

和AB"，数值很小，因此速饱和变流器二次绕组M中的感应电势E=7△/和AB”/阴也

很小，所产生的电流不足以使。L-11/0.2型电流继电器动作。因此，速饱和变流器能有效地

躲过非周期分量的影响。

变压器内部短路时，流入速饱和变流器的电流正比亍短路电流，虽然短路电的•定的非

7

周期分量，但衰减很快，所以速饱和变流器的饱和时间很短，一般在0.03~0.04s的时间内,

即可把短路电流传变到继电器回路。而当非周期分量衰减后，速饱和变流器中的电流是接近

正弦波的短路电流储如图7-13（a）所示按曲线2变化，铁芯中的磁感应强度沿着磁滞回

线3变化，所以在△/时间内，△△变化大，二次侧感应电动势也大，继电器线僮中流

过的电流足够大，使继电器动作切除故障。

变压器空载合闸产生励磁涌流时，速饱和变流器躲励磁涌流的能力较差（分析从咯），

故应增加短路绕组，构成加强型BCH-2型差动继电器。

（2）8CA7-2型差动维电器的结构与工作原理

如图7-14所示为BCH-2型差动继电器的结构原理图。它由三芯柱型硅钢片交错叠成,

铁芯中间柱8的截面比两侧柱A、。的

截面大一倍，8柱上有相同绕向的一个

差动统如M和两个平衡绕组（未画

出），C柱上绕有与执行元件DL-11/0.2

型继电器相连的二次绕组M，短路绕组

的两部分M'和分别绕在中间柱和左

侧柱上，绕向与M相同，的绕图7-14BCH-2型差动继电器结构原理图

向为使其产生的磁通和M'产生的磁通就铁芯的左侧窗口而言方向一致，应与顺向串联。

除二次绕组M外，其余各绕组都有一定量的抽头，可以根据需要改变其匝数.

速饱和变流器的铁芯采用短路线圈M'和M”，可以退高差动保护躲过非周期分量电流,

特别是躲过励磁涌流的能力。

当差动线圈M中只通过差动电流力时，由磁势在B柱上产生磁通力”，经4、C

柱分成内/,和0/.8C两部分闭合磁通，分别在短路线圈M'和中感应电动势，并由此产

生感应电流％通过M”和MA在C柱中，由磁势乙产生磁通血LN：产生磁通力晨c，

。柱中产生的总工作磁通为

.=&d.BC+&k,AC一4k.BC

由此可见：在久。与d48c方向相反，起去磁作用，与在dBC方向相同，起助磁作用。

当正常运行时，8CH2型差继电器的铁芯不会饱和，若忽略磁血磁阻，4柱截面是4柱

或C柱截面的二倍，三柱的磁阻有如下关系

8

RA=Rc=2RB=R

且两短路线圈的匝数关系为Nk"/N，k=2时，则短路线圈在C柱上产生的磁通为

入iN乙M

(P=-------------i_i-------------=—i_二

(RB+RA〃RC)XRA/(RA+RC)2R

和

孰AC=-------------------..............=且2=生2(7-12)

(R、+即〃H(、)x%/(%+RQ4R2R

可以看出，短路绕组在。柱上的去磁和助磁作用大小相同，方向相反，相互抵消，短

路线圈的作用不影响速饱和变流器二次侧电流继电器的动作安匝，BCH-2型差动继电器能

够正确工作。

当外部故障或变压器空载投入产生励磁涌流时，流入差动绕组M的电流含有大量的非

周期分最(育流分局)，在其作用下，铁芯迅速饱和，由T•各村的截面不同，所以饱和程度

也不同，A柱的饱和程度比B柱高，因此RA较RB增加的多，即助磁破通疝晨°比去磁磁通

质;8c减少的多，在C柱上的总体效果是去磁的。

短路绕组中磁通产生的去磁的作用，使差动绕组M的磁通在力8c的交流分量削弱，达

不到速饱和变流器二次侧电流继电器所需的动作安匝。只有在M中加入较大的周期分量，

血/女"有可能在二次绕组M中感应足够人的电流，达到电流继电器的动作安匝。这种将

交流分量的磁通削弱，而使直流分量的磁通突现的作用称为短路绕组的直流助磁作用。

短路绕组的直流助磁作用有效地增强了差动保护躲过非周期分最和励磁涌流中高次谐

波分量的能力。

若保持短路绕组N「M'=2的关系不变，增加W和M'的匝数，将使疝鼠c和玄8c的差

值加大，C柱上的去磁作用进一步加强，可以继续提高继电器躲过各种不平衡电流的能力。

若增加短路绕组的匝数，使M1NX2时，必［花的去磁作用单独加大，需要较大

的差动电流才能使电流继电器动作。如此，更加提高了差动保护躲过不平衡电流的能力,变

压器差动保护为躲励磁涌流而使灵敏度不满足要求时，可以采用单独加大去磁作用的方法。

短路绕组匝数比取值不同，对应的继电器动作安匝如表7-2所示。

表7-2短路绕组接入不同匝数比所对应的动作安匝

9

A「A?,Bj-Bi

短路绕组整定板上插头位置B2-C2A2-BtBid

Cj-Cz*DpDj

216/166/816/28

动作安匝6080100120

当内部故障时，通过差动绕组的短路电流中亦含有非周期分量，只有等非周期分量衰减

到一定程度、短路绕组的直流助磁作用减小时，继电器才能动作，所以继电器的动作带有延

时。

一般情况下，短路绕组应保持N'k/Nk二

2,即M,Mk采用相同标号的插孔“4/2”，

“Bi-B?”，“CC”，“1）也”,电流继电器

的动作安匝为AA/o=6O±4安匝，如图7-15

图7-15BCH-2型维电器短路绕组插头位置

所示。

注意：必须在每一段插一个螺丝插头，否则,短路绕组因开路而失去作用。这样，内部故障

继电器动作时，短路饶组在。柱上的助磁和去磁作用互相抵消，不影响动作安匝，不影响

继电器动作的灵敏度。

2、BCH-2型差动继电器构成的差动保护

由BCH-2型差动继电器构成的三绕组变压器差动保护单相内部原理接线如图7-16所

化后，进行数值图7-16BCH-2型差动维电器构成的三绕组变压器

差动保护单相原理接线

补偿。

平衡绕组Nbai的作用可以用图7・17来分析说明。

在变压器正常运行时，由于电流互感器变比的标准化,使两侧互感器二次侧电流不相等,

相位补偿后，设/所以总有不平衡电流（汕（二8-心）流过继电器的差动绕组Nj。其

10

磁势产生的磁通将会在继电器的二次绕组M中感应电流，如其数值较大，有可能使

继电器的执行元件(。心11/0.2型电流继电器)误动作。为了不使二次绕组M中感应电流,

必须使两侧互感器二次电流在差动回路中产生的磁势互相抵消，达到平衡，即

i局Nd=（i;—i；）Nd=i\N「i；Nd=o或

i；N」=i；Nd

因为1,2>1"2,所以，口刈力消〃,不

满足要求，只有在互感器二次小电流侧

增加平衡绕组小川，才能满足磁势平衡

i；Nd=i；(Nd+NQ

图7-17利用速饱和变流器平衡绕组可间

或消除差电流心影响的原理接线图

（jj）N-

式(7-16)说明差动问路不平衡电流产生的磁势被互感器二次小电流侧平衡绕组产生

的磁势抵消，铁芯中磁通为零，平衡绕组Mal起到了数值补偿作用。

内部故障时，平衡绕组NM中的磁势随其中通过的电流改变方向，与差动绕组N的磁

势同向。两者产生的磁通一起作为工作磁通，在铁芯的二次绕组M中感应电流，使继电器

执行元件可靠动作。由于内部故障时平衡绕组的作用，使继电器的工作磁通增加，因而提高

了保护动作的灵敏度。注意：如平衡绕组Nbal中的电流为零时，不会影响继电器原有的工作

性能。

3、8CR2型差动保护的整定计算

(1)、基本侧电流的确定

计算变压器各侧的一次额定电流、选择电流互感器变比，计算变压器各侧额定电流在所

选电流互感器变L匕时的二次电流，以电流大的一侧作为基本侧。

按下式计算变压器各侧一次额定电流

/N=SJ石UN(7-17)

式中SN、UN一分别为变压器同一侧的额定容量(kVA)和平均额定电压(kV)o

按下式确定电流互感器计算变比

=

〃TAKCO"N/5

式中“TA—电流互感器计算变比;

II

Kc°n一接线系数，电流互感器星形接线时Kcon=1,三角形接线时Kcon=Q；

5一计算变比时，电流互感器的二次额定电流，单位为（A）。

根据式（7-18）选择接近且略大于计算变比的标湮变比，rrA.pr。

按下式计各侧电流互感器二次额定电流

[2.N=KCOIIKN/〃TA

式中/2.N—标准变比时，各侧电流互感器的二次额定电流；

〃TA—实用电流互感器变比。

选择二次额定电流最大的一侧作为基本侧直接接差动绕组或经平衡绕组再接差动绕组。

以下计算都归算到基本侧。

（2）、计算变压器各侧外部短路时的最大短路电流

（3）、差动保护继电器动作电流的确定

1）、躲过变压器的励磁涌流

lop=Kre\/N

式中Ker一可靠系数，取1.3；

人一变压器的额定电流。

2）、躲过外部短路时的最大不平衡电流

/op=Krc'Iunh.max

式中Km—可靠系数，取13

Iunb.max—最大不平衡电流。

对于双绕组变压器

unb.niax=（KupKs扒+△（/+△/）/k.max

3）、躲过电流互感器二次I可路断线时的最大负荷电流

/op=Krcl，Lmax

式中Kp—可靠系数，取1.3

hnax一正常运行时变压器的最大负荷电流。当不能确定时，采用变压器额定电流。

计算中，各侧所有的短路电流应归算到基本侧。这样求出的是基本侧的动作电流的计算

值/op.bao

选用上述三个条件算得的保护动作电流的最大值作为继电器动作电流的计算值.

（4）、基木侧工作绕组匝数的确定

12

对于双绕组变压器

基本侧的继电器动作电流和工作绕组匝数计算方法分别为

/op.ba=/()P.ba/〃TA.pr

和

Nw=AN&/op.ba=60//op.ba»

选用：差动绕组M与一组平衡绕组队.共同组成基本侧的工作绕组Nw。整定匝数为

NW=NQ+Nbd.ba

式中Mv一基本侧的整定工作绕组匝数，较计算值Nw小而相近。

(5)、非基本侧平衡绕组匝数的确定

对于双绕组变压器，基本侧和非基本侧的磁势平衡关系为

，2N.ba(M+Nbal.ba)=，2N(Nd+Nbal)

则非某本侧平衡绕组计算质数为

Nbal=/2N.bJVbal.ba/—

式中/2N.ba＞八一基本侧和非基本侧二次额定电流。

选用：接近的整数，作为非基本侧平衡绕组的实用匝数。

(6)、校验相对误差A/

在确定各侧匝数后，按式(7-27)计算实际误差，若A/W0.05,说明估计值偏高，计

算的动作电流可.靠有效；若△户0.05,说明估计值偏低，动作电流偏小，应将实际的代

入式(7-26)或(7-28)重新核算动作电流值。

(7)、短路绕组匝数的确定

短路绕组的匝数取值大，外部短路时，躲过非周期分量的作用强；但内部短路时差动保

护的动作时间较长。为了提高保护的动作速度，短路绕匆应取较小匝数。对于中、小型变压

器由于励磁涌流倍数大，内部短路时非周期分量衰减快，对保护动作时间要求又较低，•般

选取较大匝数的抽头，“C|-C2”或“D|-D2”.对丁大型变压器，励磁涌流倍数小，非周期分

量衰减较慢，又要求动作快，则应选取较小匝数的抽头，或“C1-C2”。合适与否，

以变压器空载试投不误动为准。

(8)、灵敏度校验

按变压器保护范围内短路时最小短路电流总的实用工作安匝来校验：

对于双绕组变压器

KsenNw安匝/6()安匝(If划为基本侧)

13

式中/k.min—最小运行方式下，变压器出口处两相短路时，流过继电器工作绕组Nw的二次

电流。它和电流互感器接线、变压器接线组别及短路方式有关。

最小灵敏系数不应小于2。

如果灵敏系数不满足要求，且算出的△/小于初算时的估计值0.05,而动作电流又是由

躲过外部短路时的不平衡电流决定的，则可按满足灵敏度条件重新选择动作电流，检查此动

作电流是否能躲过变压器励磁涌流及电流互感器二次回路断线的最大负荷电流。然后确定各

绕组的计算和实用匝数，按式(7-27)算出△力再根据式(7-26)或式(7-28)精确计算,

检查是否满足外部短路时选择性的要求。如不满足要求，则应采用带制动特性的差动继电器。

【例】一台双绕组降压变压器，容量为15MVA,电压比为35KV±2X2.5M6.6KV.Y,

dll接线，差动保护采用BCH-2型继电器，求BCH-2型继电器差动保护的整定值。

已知：

变压器6.6KV侧外部矩路时最大三相短路电流为942()A,最小三相短路电流为73OOA

(已归算到6.6KV侧)；

35KV侧电流互感器变比为600/5,6.6侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数七尸1.3。

解：按以下步骤进行计算

(1)计算各侧一次额定电流：确定二次回路额定电流。

二次回路额定电流的计算如表7-3所示

表7-3二次回路额定电流计算

额定电压(KV)356.6额定电压(KV)356.6

野=-^=1315

变压器一次额定电流(A)248电流瓦感涔变比600/5=1201500/5=300

73x35V3x6.6

叵经=3.571^=438

电流互感器接线方式AY二次领定电流(A)

120300

选择电流互感器一次电

75x248=4291315

流计并值(A)

由于6.6KV侧的二次额定电流大于35KV侧的，因此选择6.6KV侧为基本侧，即第I

侧，则35KV侧为第H侧,

(2)计算保护装置6.6KV侧的一次动作电流

1)躲过变压器的励磁涌流

/op=1.3/N=1.3X1315=1713(A)

2)躲过最大不平衡电流

14

=K/H(K“K,M+AU+HM.W

=1.3x(lxlxO.l+0.05+0.05)>：9240=2450(A)

因此，一次电流选用2450(A)

(3)确定确定绕组接法及匝数

平衡绕组【、II分别接于6.6KV及35KV侧。计算基本侧二次动作电流

L="=*^=8.I6(A)

2叩叫300

基本侧工作绕组匝数Nwba=^=—=7.35(匝)。

120P8.16

选择实用工作匝数匝

取Nd.pr=6匝，M.bal.pF1匝。

在实用匝数下，6.6KV侧继电器的动作电流为I.=4=竺=8.56(4)

-"7

(4)确定35KV侧平衡绕组匝数

Nn=N“,.p,y--Ndpr=7x滔-6=2.6(01)

实用匝数取匝。

(5)计算由于实用匝数与计算匝数不等而产生的相对误差V

^WJjaLha~^balpr2.6-3八八/八

H=----------------------=----------=-0.0456

N…+N—2.6+6

因为"6.05,故不需核算动作电流。

(6)初步确定短路绕组抽头：选择G-C2。

(7)校验灵敏系数。6.6KV侧最小运行方式下两两短路的最小短路电流为6320CA),

折算到35KV侧为632。噗印皿))，则流入差动继电器工作绕组的最小电流为

^?=I7,6(A)

120

而差动继电器的动作电流为

=A'。=里=6.67⑷

Nm+Nd,pr3+6

灵敏系数

K川=二J匕=」17_?=2.58>2,满足要求

/叩6.67

图7-18所示为BCH-2型差动继甩器各绕组极性关系图

15

图7-18BCH-2型差动继电器

各绕组极性关系图

五、采用BCH-1型差动继电器的差动保护

1.BCH-1型差动继电器

BCH-1型差动继电器在速饱和铁芯上采用了制动绕组，因而具有制动特性，其躲过外

部短路不平衡电流的性能较好。对于带负荷调压的变压器和多电源的三绕组变压器，一般都

采用BCH-1型差动继电器构成差动保护。

采用BCH-I型差动继电器构成变压器差动保护的单相原理接线和内部接线如图7-19

及图7-20所示。其速饱和铁芯的磁路结构和执行元件及平衡绕组的接法与BCH-2型差动继

电器完全相同，不同之处是取消

了短路绕组，在A、C柱上增加

了制动绕组。制动绕组的绕

向是使得它与二次绕组M、差

动绕讯M及平衡绕绢N.方间

无互感，即制动绕组小通过电

流时产生.的磁通不经过B柱，只

是沿A、C柱和磁扼形成闭合回

图7-19采用BCH-1型差动继电器的变压翳差动保护原理接线图

路。A、C柱上两个二次绕组电

的连接使其由制动磁通而臼感应的电动势互相抵消，不影响执行元件的工作。当B柱上的

工作绕组Nw中有电流时，在A、C柱二次绕组M中产生的感应电动势是相加的，因而在达

到其整定值后，继电器KA动作。

当Mes中电流等于零时，为了达到差动继电器执行元件的动作安匝，需要在M中通入

的最小电流/叩e称为差动继电器无制动作用时的动作电流，或叫做执行元件的启动电流。

当N©中通入外部短路时的穿越性电流后，将在边柱A、C和磁规产生闭合磁通心心，

使铁芯饱和、磁阻R增大，一、二次回路的传变关系恶化，从而外部短路时差动回路产生

的不平衡电流难以传变到二次侧的执行元件，有效地躲过不平衡电流的影响。可见，中

16

“卜

7y*v*

zSAzS

-............................

10132H

WJ…工…一

图7-208C，4型差动继电器内部接线

流过的电流对差动回路的电流起制动作用，因此，将流过制动绕组可心中的穿越性短路电流

叫做制动电流，用/心表示。随着'的增加，铁芯饱和程度增加，一次电流更难以传变到

二次车，N中通入的电流必须增大到/°p,才能达到执行元件的动作安匝，使继电器动作。

6随h的增加而增加，其关系曲线称为继电器的制动特性曲线，如图7-21所示。如果在远

图7.21BCH“型差动继电器图/「22BCH-1型差动继电器

制动特性曲线工作特性说明

保护安装处发生外部短路，则Mc$中流过的穿越性短路电流较小，铁芯不会饱和，/心的制

动作用很小，Nd中的动作电流/op接近于/叩.0,所以，曲线起始部分比较平缓。当外部短路

近保护安装处，中的h很大，使铁芯严重饱和，/可迅速增加，曲线上翘。而且A&匝

数愈多，铁芯愈饱和，/叩增加愈快，曲线上翘愈烈。实际中制动安匝/心W不能选择太大，

否则，内部短路时的工作安匝不能可靠位于制动曲线的上方而使继电器拒动。从原点作制动

特性曲线的切线，与横轴夹角为a,其斜率称为制动系数，用右表示，则

Krcs=fgQ=/op//rcs

为防止继电器在外部短路时误动作，所采用的制动系数KRS应使不平衡电流/unb.mx不超

过制动情况卜一的动作电流/op，即4>p二Kres4es>/iinb.max，引入可界系数Krel后，KresIgs二KrelAiMnax。

最大制动系数为

KreM.=Kti'\lunb.nwx//res

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为保证内部短路时继甩器可靠动作，Kg取值不能太大，一般取K9=0.5〜0.6。

2.继电器工作特性分析

变压器外部短路时，流过差动继电器的不平衡电流心b随着短路电流人的变化，其曲线

1如图7-22所示。若差动继电器没有制动特性，则其动作电流应按躲过外部短路时流过继

电器的最大不平衡电流整定，即/叩二KM1mb.a、。如图7-22通过a点的水平直线2所示，且

降数值较大。因此，对于短路电流较小的内部故障，灵敏度往往不能满足要求。若差动继

电器具有制动特性，从图7-21制动特性曲线簇中选一条经过a点的曲线，并且位于直线I

的上方，如图7-22中曲线3。可见，在任何值的外部短路电流的制动作用下，差动继电器

的实际动作电流均大于相应的不平衡电流，继电器不会误动作。

变压器内部短路时，M中短路电流大，中的/心相对较小，/叩相应降低，有效地提

高了保护的灵敏度，参照图7-22具体分析如下。

1）、单侧电源供电的变压器

当制动绕组Mes装设在变压器无电源侧，内部短路时，短路电流不通过制动绕组，不会

产生制动作用。因此，动作电流仅为6.0。差动绕组乂中流过电源侧供给的短路电流，差

动保护能灵敏地动作。

当制动绕组N心装设在电源侧，则有相同的电流通过N和Ng即/d=/心，如图7-22

直线4所示，它与制动曲线3相交于c点，c点的动作电流值为/°p.c，在c点以上为动作区。

显而易见，尽管N心的这种装设方式对保护不利，但它与无制动特性的差动保护相比，灵敏

度仍然提高了很多。

2）、双侧电源供电的变压器

双侧电源供电的变压器内部短路时，流过Nd的是两侧短路电流之和；而流过的只是

一侧的短路电流。设两侧的短路电流相同，则有人=2%，如图7-22中直线5。它与制动特

性曲线3相交于6点。8点对应的动作Lp.b低于c点的屋。显然，继电器动作的灵敏度更

高。

制动绕组接入变压器的哪一侧应视具体情况而定。原则上应满足：外部短路时制动作用

最大，保护可靠不误动作；内部短路时制动作用最小，保护动作有较高的灵敏度。

对于多侧电源、多分支或多绕组变压器，其差动保护动作电流值的整定，必须躲过无制

动侧外部短路时的最大不平衡电流。因此，保护动作的灵敏度有可能不满足要求，可以采用

多侧制动的BCH-4型差动保护。具体分析可参阅有关资料。

3.BCH-1型差动保护的整定计算

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（1）计算变压器各侧一次额定电流，选用电流互感器，确定二次回路额定电流/N方法

与BCH-2型相同。二次额定电流大的一侧直接接差动绕组，其它侧接平衡绕组。

（2）、无制动情况下一次动作电流的整定

因型躲励磁涌流的能力较差，可靠系数略大，取Kre尸对于中、小容量

变压器采用K⑹=1.4~1.5,大容后变压器采用其余要求与BCH-2型相同。

（3）差动及平衡绕组的确定。与BCH-2型相同。

（4）计算实用质数与计算匝数不同产生的相对误差与BCH-2型相同。

（5）制动绕组接法的确定

制动绕组一般的接入方式是：

a）对于单侧电源供电的双绕组变压器，制动绕组接于无电源侧。内部短路时保拧无制

动、灵敏度高。

b）对于双侧电源供电的双绕组变压器，制动绕组接于•大电源侧。内部短路日仅出小电

源供电时，保护有较高的灵敏度；只有大电源供电时，可以提高保护躲过励磁涌流的能力。

c）对于单侧电源供电的三绕组变压器，制动绕组接于产生较大穿越性短路电流的一侧。

保证外部最大短路时有制动作用。如变压器励磁涌流较大，也可接到电源侧来躲过其影响，

可通过分析、比较确定。

c）对于双侧电源供电的三绕组变压器，制动绕组接于无电源侧。可以提高保护动作的

灵敏度“

f）对于三侧电源供电的三绕组变压器，制动绕组接于流过穿越短路电流最大的一侧。

保证其它侧流过最大外部短路电流时均有制动作用。

g）对于由两个断路器与系统相连的变压器，制动绕组接于流过较大穿越短路电流的分

支回路中。

h）差动保护所接的电流互感器超过三组且为多电源时，有时可将两组互感器并联后接

制动绕组，以达到在几种不平衡电流较大的外部短路时均有制动作用。

在可能有几种接线方式的情况下,应通过计算分析选择能使保护动作灵敏度最好的方式。

（6）制动系数的确定

为防止保护在外部短路时误动作，应采用可能最大的制动系数，按下式计算

Krcs=/w〃rcs=Krcl(/un.nuxmax

Krcl(KfzqKJIk.max+^UQ/k(a)max+^UB，k(B)max+△力A;Imax+Afll/kllmax)/Ires(7-44)

式中K⑹一可靠系数，取1.3

19

/w—继电器工作绕组电流；

/心一所计算的外部短路时流过接制动绕组侧电流互感器的周期分量电流，当制动绕

组侧有电源、且不是故障恻时，制动绕组侧取最小运行方式，其它侧取最大运行方式。

其它各符号含义与BCH-2型相同。

(7)、制动绕组匝数的确定

继电器的制动特性由于运行方式的不同有一定的变化范围，如图7-23所示的曲线I为

最低的制动特性曲线，曲线2为

最高的制动特性曲线。按最不利

的曲线1选择制动绕组匝数。通

过原点作曲线1的切线，其斜率

为

n=ANW/AN0k/g()//oP

N®(7-45)

计及Ke/、、,〃心则有

n=Krcs(M+Nbai)Ng(7-46)

制动绕组匝数计算为

Mes=Kre$Nw/n=T^res(Nd+Nha1)/n

(747)

式中M一接制动绕组侧工作绕组实用匝数；

〃一最小标准制动特性曲线经过原点的切线斜率，一般〃-0.9。如选择了继电器实有

制动曲线，则应依此计算〃。当“V0.9时，取

取与计算值接近而较大的匝数作为整定而数NKSO

对于单侧电源供电的双绕组变压器，制动绕组接于无电源侧，内部短路时无制动作用，

不影响保护动作的灵敏度，因此制动绕组八小可任意选定，一般可取最大绕组匝数14匝。

(8)、最小灵敏系数计算

保护灵敏度计算为

K/AN、、JAN°p(7-48)

式中AN—保护区内短路时，继电器的工作安匝；

AMp—由制动曲线查出的，当有制动安匝AA3时继电器的动作安匝。

继电器的，作安匝计算为

20

AN“=/w[Nw【+/wiiNwu+/wiiiMviii（7-49）

式中/wi、/wn、人川一分别为计算方式下变压器内部短路时，流过各侧继电器的工作绕组

中的电流，

N、、r、Nw“、Mv川一继电器相应各侧的工作绕组匝数。

也可近似计算为

ANW=IM（7-50）

/w=Kc（＞n/k*min/〃TA（7-51）

式中小一继电器基本侧工作电流；

Kc°n一保护接线系数，电流互感器按△接线时为VJ，按Y接线时为1；

/d'min一变压器内部短路时，总的最小短路电流有效值（已归算至基本侧）。

制动安而应包括流过制动线圈的二次负荷电流和二次短路电流所产生的总制动安匝，即

A&s=/2,LMes+/2dMes（7-52）

按以上计算出的ANw和AN9,可在继点器制动特性曲线上求得继电器的动作安匝。如

图7-23所示，由人Nw和人Mes值，找出相应的K点，再去/2.W心=4VL得出H点，连接KH

直线，与最大制动特性曲线2相交于尸点，P点的纵坐标即是继电器的动作安匝ANOP。灵

敏系数为ZKQ/PJ。规程要求差动保护最小灵敏系数为2。

（9）、制动安匝超过150时的校验

如图7-23所示，若算出的制动安匝通过150,可能出现以下情况，即上述灵敏度虽可

满足要求，但计算所得之工作点K很接近曲线2。考虑到计算的误差及实