变压器纵联差动保护的基本原理

如图7-1所示为双绕组纵联差动保护的单相原理说明图，元件两侧的电流互感器的接线应使在正常和外部故障时流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近于零，继电器不动作；内部故障时流入继电器的电流为两侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。但是，由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证正常和外部故障时，变压器两侧的两个电流相等，从而使流入继电器的电流为零。即：

图7-1　变压器纵差动保护单相原理图

式中 KTAY、KTA△——变压器Y侧和△侧电流互感器变比；

KT——变压器变比。

显然要使正常和外部故障时流入继电器的电流为零，就必须适当选择两侧互感器的变比，使其比值等于变压器变比。但是，实际上正常或外部故障时流入继电器的电流不会为零，即有不平衡电流出现。原因是：

（1）各侧电流互感器的磁化特性不可能一致。

（2）为满足（7-1）式要求，计算出的电流互感器的变比，与选用的标准化变比不可能相同。

（3）当采用带负荷调压的变压器时，由于运行的需要为维持电压水平，常常变化变比KT，从而使（7-1）式不能得到满足。

（4）由图7-1可见，变压器一侧采用△接线，一侧采用Y接线，因而两侧电流的相位会出现30°的角度差，就会产生很大的不平衡电流，如图7-2所示。

图7-2　Y，d11接线的变压器差动保护的三相接线图

（a）接线圈；（b）互感器原边电流相量；（c）回路两侧电流相量

（5）由于电力系统发生短路时，短路电流中含有非周期分量，这些分量很难感应到二次侧，从而造成两侧电流的误差。

（6）分析表明，当变压器空载投入和外部故障切除后，电压恢复时，有可能出现很大的变压器激励电流，通称为激励涌流。由于涌流只流过变压器的一侧，其值又可达到额定电流6～8倍，常导致差动保护的误动。(www.xing528.com)

为了要实现变压器的纵联差动保护，就要努力使式（7-1）得到满足，尽量减少不平衡电流，上述六种因素中有些因素因为其数值很小，有些因素因为是客观存在不能人为改变的，故常常在整定计算时将它们考虑在可靠系数中。

本试验台上学生可以自己动手接线，将两侧电流互感器副方的电流接入微机保护，若接线正确，则流入微机保护的差电流近似为零，否则差电流较大，如图7-2所示。Y侧与△侧的一次电流有30°的误差，因此可以将Y侧电流互感器二次电流接成△，△侧的二次电流接成Y进行校正。

变压器差动保护中，虽然采用了种种办法来减少不平衡电流的影响，但是不平衡电流仍然比较大，而且其值随着一次穿越变压器的短路电流的增大而增大，这种关系可近似用图7-3的直线1来描述。若变压器差动保护的动作电流按躲开外部故障的最大短路电流来整定，如图7-3的直线2，可见保护的动作电流较大，这时对于短路电流较小的内部故障，灵敏度往往不能满足要求。如果能利用变压器的穿越电流来产生制动作用，使得穿越电流大时，产生的制动作用大，穿越电流小时，产生的制动作用小，并且使保护的动作电流也随制动作用的大小而改变，即制动作用大时，动作电流大些，制动电流小时，动作电流也小，那么在任何外部短路电流的情况下，差动保护的动作电流都能大于相应的不平衡电流，从而既提高灵敏度，又不致误动作，差动保护的制动特性曲线如图7-3的曲线3所示，曲线3上方阴影部分的区域为差动保护的动作区。曲线3中A点对应为差动保护的最小动作电流Ipu．0，一般取（0．25～0．5）IN。Ipu．0小时保护较灵敏。B点对应的制动电流，一般取 （1～3）IN。当B点取值小时，保护不易动作。曲线3的斜率tanα，视不平衡电流的大小程度确定，一般取tanα＝0．25～0．5之间。当斜率小时，差动保护动作较灵敏。

本试验台微机变压器差动保护制动特性的A点、B点，在试验时可以通过整定进行改变，调节A 点或B 点可检查制动特性曲线对保护的影响。

在空载变压器或外部故障切除后恢复供电的情况下，可能出现的激磁涌流，因为它只流过变压器的一侧，常常导致差动保护误动作，给差动保护的实现带来困难。分析表明，在电源电压U＝0时，投入空载变压器，就有可能出现最大激磁涌流，在电源电压U＝Umax时投入空载变压器，则激磁涌流可能很小。

本试验台上学生可以通过合闸空载变压器观察激磁涌流的情况。分析表明，空载投入变压器时，出现的激磁涌流具有三大特点：

（1）涌流中有很大的非周期分量；

（2）涌流波形经削去负波之后出现间断；

（3）涌流中具有大量的高次谐波分量，其中以二次谐波为主。所以变压器差动保护中，常常利用二次谐波作为制动量以躲开激磁涌流的影响（实用上也可以用其他方法，例如利用判别间断角原理等）。

本试验台的微机差动保护为躲开激流涌流的影响，是利用二次谐波作为制动量。（I1－6I2）＞0判为内部故障；（I1－6I2）＜0判为激磁涌流，其中I1 为激磁涌流的基波分量；I2 为激磁涌流的二次谐波分量。

微机变压器差动保护的典型硬件结构图与图5-1一致。

微机变压器差动保护采用图7-3所示的制动特性，这部分的软件基本框图如图7-4所示。

图7-3　制动特性说明图

图7-4　微机变压器差动保护软件基本框图