变压器差动保护的工作原理

1、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。 例如图8-5所示的双绕组变压器，应使变IK器纵淬动保如1的原理接线图8.3.2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

2、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十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+D 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 68倍，形成励磁涌流。励磁涌流的波形变压器空载投入时的电压和磁通波形图(a)(b)单相变乐器励磁电流的图解法变

3、压器铁心的雌雌(b)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，其中励磁涌流以 2次谐波为主。励磁涌流的波形出现间断角。表8-1励磁涌流实验数据举例条件谐被分量占基被分量的百分数直流分 量基波二次谐 波三次谐 波四次谐波五次消 波励破满流第一个周期第二个周期 第K个周期5858581001QO1006263653045723&内部短 路故障 电流电流互感器饱 和 电流互感器不 饱和380100100493249724(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

4、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Y,dW联结相量(a)绕蛆接线图(b)相量图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，

5、从而产生不平衡电 流。【实例分析11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在表8-2中，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。计算结果如表8-2。由表8-2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。表8-2计算变压器额定运行时差动保护臂中的不平衡电流电压恻（KV ）38.5( 40.4 )6.3额定电流（A ）120( 114.3)T33电流互感器接城方 式Y电流互感器计苴变 比F 73x120/5 = 207.8/51 T33/5 1电流互薮器的实际 变比300/5=601000/

6、5=200差动臂的电流207.8/60=3. 4&C 3,3)733/200=3, 67j不平衡电流3. 67-3.46( 3.3) =0.21(0.3T)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

7、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）。8.3.3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

8、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Y*d11联结变压器差动保护接线图和相量图4原理接线图采用适当的接线进行相位补偿法* Al:(b)电

9、流互惑器(c)差动回路电流相量图8-10 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 8-10(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 8-10(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 8-10(c)所示。这样，差回路 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

10、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。利用BCH®差动继电器中的平衡线圈。在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。不平衡电流的补偿(a)用自耦变流器(b)用差动继电谓中平衡线圈(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

11、特性的中间变流器，(b)变压器区内短路利用其它方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，法来解决暂态过程中非周期分量电流的影响问题。8.3.4 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Iact0(2) 拐点制动电流Ibrk0 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 比率制动特性曲线如下图比率制动特性曲线比率制动系数的整

12、定值D取0.30.5比率制动特性的斜率S,由上图可知当Ibrk0Ibrk.max和Iact0 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>2.03. 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。差动电流和制动电流分别为在有的变压器

13、差动保护直接取三侧中最大电流为制动电流，即最大不平衡电流的计算公式如下:在微机保护中，考虑采用数值补偿系数后误差非常小Am-0,则上式为4. 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。在差动保护中差电流的二次谐波幅值用表示，差电流中二次谐波所占的比率可表示为如下式：如选二次谐波制动系数为定值 D3,那么只要大于定值D3,就可以认为是励 磁涌流出现，保护不应动作。在值小于 D3,同时满足比率差动其他判据时才允 许保

14、护动作。比率差动保护的第三判据应满足下式二次谐波制动系数D3,有0.15、0.2、0.25三种系数可选。5. 差动速断保护(1) 采用差动速断保护的原因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6. 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HlY2Ki>4&一 Ys 依国口 ITA断线0 &TA断线投入BC相H2差动速断信号"H321 o=d跳闸出口比率差动信号>H421 跳闸信号变压器差动保护逻辑框图（2）变压器差动保护程序逻辑原理在程序逻率?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