变压器差动保护

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 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后恢复供电等情况下，变压器励磁电

2、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+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68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，其中励磁

3、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波分量占基波分量的百分数（%）直流分量基波二次谐波三次谐波四次谐波五次谐波励磁涌流第一个周期第二个周期第八个周期585858100100100626365252830457233内部短路故障电流电流互感器饱和电流互感器不饱和38010010049324 9724（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

4、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 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

5、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侧（KV）38.5（40.4）6.3额定电流（A）120（114.3）733电流互感器接线方式Y电流互感器计算变比733/5电流互感器的实际变比300/5=601000/5=200差动臂的电流207.8/60=3.46（3.3）733/200=3.67不平衡电流3.67-3.46（3.3）=0.21（0.37） 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

6、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

7、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

8、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 采用适当的接线进行相位补偿法。 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-

9、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型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。（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

10、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。 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

11、特性曲线如下图 比率制动系数的整定值D取0.30.5 比率制动特性的斜率S，由上图可知 当Ibrk0Ibrk.max和Iact0Ibrk.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Ksen2.03.三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

12、流分别为 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，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m0，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

13、其他判据时才允许保护动作。 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

14、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（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(图8-14中的与门Y2)，必须同时满足才能动作于跳闸。而差动速断保护是作为比率差动保护的辅助保护。其定值为D4=Iact.s，在比率差动保护不能快速反映严重区内故障时，差动速断保护应无时延地快速出口跳闸。因

15、此这两种保护是“或”的逻辑关系(图8-14中 的或门H3)。比率差动保护在TA二次回路断线时会产生很大的差电流而误动作，所以必须经TA断线闭锁的否门再经与门Y3才能出口动作。当TA断线时 与门Y3被闭锁住，不能出口动作。变压器差动保护常见不正确动作原因分析(包头供电局修试所，内蒙古 包头 )摘 要：文章针对二次回路接线错误、变压器空投、二 次回路绝缘损坏、CT型号及变比的选择、二次电流回路接地方式、工作人员失误等几个可能 导致差动保护误动的原因进行分析，以便针对实际情况采取措施防止此类事故的发生。关键词：变压器；差动保护& n9 L! _7 V; J/ j7 i7 i$ 中图分类号：TM772

16、文献标识码：A文章编 号：10076921(2008)20010502 % W$ v. ?9 H! - U; M0 K# c?5 O差动保护是变压器的主保护，大型变压器差动保护的拒动或误动均会造成很大的经济损失， 影响变压器差动保护动作可靠性的因素很多，除了接线不正确以外，TA特性不良、TA二次回 路绝缘损坏、调整不当，整定值不合理及继电器特性不良等，均会造成不正确动作。# B9 ?. S4 Z) b B9 D4 4 h7 A- S1 差动保护原理差动保护原理是反应被保护变压器各侧流入和流出电流的差。变压器保护的单相原理接线如 图1所示。. n8 g% j2 a7 q0 3 Pu, Y9 q在

17、变压器两侧装设电流互感器TA1和TA2，并按环流法连接。当两侧电流互感器的同极性端均 置于靠近母线一侧，则将两侧电流互感器同极性的二次端子相连接，差动继电器的工作线圈 并联在电流互感器的二次端子上。在正常运行或 外部故障时，流过继电器的差电流为两侧电 流数值之差，即Icd=i1-i2,如图1(a)所示，流过差动回路电流Icd在理论上为零。当保护范 围内发生故障时，流过继电器的差流为两侧电流数值之和，即Icd=i1i2，如图1(b)所示， 差动回路中的电流值大于整定值时，差动保护瞬时动作。6 h7 P l/ k; W) Z9 q! Q; i实现变压器差动保护时应考虑两方面的影响，一是变压器励磁涌

18、流，另一个是变压器差动保 护的不平衡电流。受变压器励磁电流、接线方式、TA (电流互感器)误差等因素的影响，使 差动回路中产生不平衡电流，而不平衡电流中励磁涌流的存在，常可导致变压器差动保护误 动，给变压器差动保护的实现带来困难。因此对变压器常见误动原因进行分析，以便采用措 施减少变压器误动事故的发生是实现变压器差动保护需要解决的主要矛盾。8 J p+ e% M0 u N$ p1 2 常见不正确动作原因分析2.1 电流互感器极性接反，造成差动保护区外故障误动2 Q) I: R5 E y, P3 P5 S$ s; T: , m m- M某变电站220kV出线上发生故障，线路跳开后，重合闸动作，又

19、发生了三相短路。此时，1号主变差动保护动作，切除了变压器。 s& e 1 T& K) O+ d4 c: l$ |/ C5 P( K M+ 事故后对保护装置二次回路进行了试验检查，发现变压器220kV侧A相差动TA的极性接反了。6 / A3 Q5 A2 f m1 % ) y3 Y& u. G1 f/ : |u/ ! i区外误动原因是：TA极性接错，区外故障相当于区内故障。因此应严格执行有关规程的规定 ：差动保护正式投运时或二次回路变动后，必须进行带负荷检查，作差动TA的六角图，以确 保差动TA接线正确。0 3 B$ o: M6 D _+ E0 j N! p2.2 变压器空投时差动保护误动某变电站

20、五次空投主变压器时差动保护五次误动，一次系统经 检查无异常，保护二次回路也 无问题。事故后对差动保护检验发现保护装置二次谐波制动系数定值误差较大，二次谐波制 动系数整定值为20，实际上二次谐波制动在23时制动。更换保护装置后，差动保护在20 制动电流下制动特性准确。变压器再次空载合闸,差动保护没误动。/ S8 ?& G$ b* h) F+ q2 i. s4 w, c. L7 QG2 c1 G7 w& z事故原因是:差动保护装置特性不良，二次谐波制动系数在定值下偏高，变压器空投时励磁 涌流大，二次谐波制动能力偏小，因此在空投变压器时引起误动。- f5 g. ?$ / k( p& k2 % q6

21、X: q% Q4 T n6 * x9 N应按规定对新安装的保护装置进行全面的检验，发现保护装置特性不良应想办法解决，对新 安装或大修后的变压器进行35次的空投试验，并进行录波，分析励磁涌流的大小及谐波含 量。按照实际情况调整二次谐波制动比。2.3 差动保护TA二次回路绝缘损坏引起的差动保护误动* U( V0 H( N, k2 Q$ w( r7 t6 A6 m% Z7 d某变电站2主变压器差动保护在一次系统无故障情况下动作，切除主变。事故后检查发现2 主变差动保护高压侧C相TA至开关端子箱二次电缆绝缘损坏，对地绝缘为零，从而短接了 一相TA。在差动继电器中产生差流，使保护误动作。7 g& - r

22、* : U% s2 J& e6 w6 iA/ N6 R+ L! n9 G: C4 k( I8 |+ $ N! Q2 M1 D. ; a, Z事故原因是：C相TA引出电缆穿管处管口密封不严，铁管中进水，冬季气温低结冰，造成电 缆绝缘损坏接地。* cv# v$ a$ q1 l( R3 Y- b8 Y; a- 6 Z. T因此在施工中要严把质量关，一是制作电缆头剥皮时防止电缆刀损伤芯线外层绝缘，二是电 缆穿管的管口一定要密封良好。在保护投运前、大修后或每年春季定期检验时，应用1 000V 兆欧表测量TA二次各芯线对地及各芯线之间的绝缘，发现隐患及时处理。+ Y4 X3 k, D& h* V2.4 T

23、A型号及变比的选择错误 e4 W$ h, K g$ p9 u变压器差动保护应选带有气隙的D级铁芯TA，因为变压器差动保护各侧用的TA，其型号、变 比不完全相同，其特性和剩磁也不可能完全相同，因此正常运行时差动回路中总有不平 衡电流流过。铁芯饱和程度对不平衡电流的影响十分显著，而且随着一次电流的增大显著增 大，而短路电流又很大。为了减小不平衡电流，需要在TA的结构、铁芯材料等方面采取措施 ，使一次侧通过较大的短路电流时铁芯也不易饱和，带有气隙的D级铁芯TA具有上述功能， 是专门用于差动保护的特殊的TA。在选择TA变比时，可在原常规计算的基础上，根据经验适当增大12档，即适当地选大 变 比的TA，

24、这样可以降低短路电流倍数，减少差动回路中产生的不平衡电流，有效削弱励磁涌 流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，防止变压器差动保护误动作不失为较 为有效的方法。2 6 b5 y; F2 o7 P/ y c: |# x% d5 F1 D$ E6 2 x P1 U( q( kTA型号及变比的正确选择是保证差动保护动作可靠性的基础。若TA型号选错或所选变比 较小，在保护区外发生故障时，TA铁芯迅速饱和，不平衡电流迅速增大，将造成差动保护误 动作，所以必须重视TA型号及变比的选择。/ U& O6 VV) O- Y2.5 差动保护二次电流回路接地方式错误, e) % _/ J& o0 Z$ v, W. G. Z3 m差动保护的二次电流回路接地时，包括各侧TA的二次电流回路必须通过一点接于接地网 。因为一个变电站的接地网各点并非绝对的等电位，在不同点之间有一定的电位差，当发生 短路故障时，有较大的电