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。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。2、变压器纵差动保护的特点 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，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
2、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 2 m+ 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谐波分量占基波分量的百分数（%）条件 直
3、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。3、变压器不平衡电流产生的原因1、相位不同导致2、CT 变比不一致导致3、CT 型号不一致导致4、带负荷调整分接头导致5、线路不平衡电容电流导致（1）稳态情况下
4、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。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
5、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，甚至使变压器差动保护不能接受）。 4、减小不平衡电流的措施（1）减小稳态情况下
6、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
7、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如何让被保护装置的两侧电流的差流为 0？变压器：电流的大小本身不一致-标幺值（Tap 值）相位不一致-相角补偿（算法）变压器一般算法（电流幅值调整以及电流相位校正）分析：要消除相位的差别可以用 IAIB 与 Ia 进行相位补偿。BI AICIaIbcIABIBAI为何我们的 687A 与 SEL587 装置的补偿算法用的是 IAIB 而不是 IBIA？答：因为 687A 差动电流计算公式为： ，如果补偿算法用 IAIB opHLI，那么高低压侧相位相反，如果幅值相等的，那么 Iop=0，如果补偿算法用 IBIA ，那么 Iop=2IH=2I
8、L，差动就会动作。补偿算法中的 IAIB 为何要除以 后再参与计算？ 3答：因为我们在进行相位补偿的时候，相应的高压侧电流幅值增加为 IA 。3我们计算的标幺值（Tap 值）是针对高低压侧而言的，而不是针对 IAIB 而言。曲线 SLP1、 SLP2 的原因？曲线 SLP1 主要考虑由主 TA 及继电器 TA 的变比误差或由主变分接头位置改变而产生的误差，这种误差在 TA 饱和前与电流基本成比例增加。 曲线 SLP2 主要考虑在大电流范围内，由于 TA 饱和，测量电流误差将会急剧增大，因此其斜率比 S1 更高。 我们的 687A 用于现场时变压器各侧 CT 都按 Y 型接线，当变压器各侧电流互
9、感器二次均采用星型接线后，其二次电流直接接入保护装置，从而简化了 TA 二次接线，增加了电流回路的可靠性。 CT 的极性端可选则同时指向母线或者同指向变压器电力系统中变压器常采用 Y/D-11 接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为 30。如果不采取措施，差回路中将会由于变压器两侧电流相位不同而产生不平衡电流，必须消除这种不平衡电流。为消除各侧 TA 二次电流之间的角度差，由保护软件通过算法进行调整。装置采用 Y变化调整差流平衡，其校正方法如下：Y 侧：A2=（ A2 B2）.I.IB2=（ B2 C2）.I.IC2=（ C2 A2）.I.I 侧：a2 = a2.I.b2 = b2.I.c2
10、 = c2.I.式中： A2 、 B2 、 C2 为 Y 侧 TA 二次电流， A2 、 B2 、 C2.I.I.I .I.I.I为 Y 侧校正后的各相电流； a2、 b2、 c2 为侧 TA 二次电流， a2 、 .I.I .I.Ib2、 c2 为 侧校正后的各相电流。.I经过软件校正后，差动回路两侧电流之间的相位一致。可以看到高压侧二次电流由于在进行相位校正时扩大了 倍，所以与低压侧电流做差流比较时要将高3压侧电流除以 。3空送变压器如何闭锁差动保护？1、 变压器空充有两种避免保护误跳的方法。为二次谐波闭锁法和间断角法。PMC687B 采用间断角方法，所以在出厂试验时无法做间断角闭锁试验，
11、故做五次谐波闭锁试验。2、 发电厂发变组空充里面含有很大的五次谐波，采用五次谐波闭锁。空投变压器时，由于存在励磁涌流，会导致差动保护误动作。由于励磁涌流中有较大的二次谐波成分，常见的解决方法是用二次谐波制动差动保护.(我们的687A 采用的就是二次谐波制动差动保护)。以下是我们 687A 的主要功能： 差动保护电流幅值和相位自动补偿（装置自动完成） ； 差动速断保护快速切除变压器内部严重故障； 比率制动差动保护采用 2 段斜率的动作曲线，能有效区分区内、区外故障并正确动作； 带有二次谐波制动和五次谐波制动的比率差动保护，能有效防止励磁涌流和过励磁造成的误动；以下是高压侧 CT 接成三角形，低压
12、侧 CT 接成星型的变压器原理图：差动保护的原理的原理是相同的，我们的 687A 要求高压侧 CT 为星型，其相位校正在装置里完成（微机保护中采用软件进行相位校正） ，这样 CT 的接线就变简单了。而上图高压侧的 CT 为三角形，其接线方式复杂了，但是其完成了相位的校正。我们在变压器送电前要做哪些工作？ PMC-687A 差动保护装置上电后，面板指示灯 状态 （绿色）点亮； 通过调试人员相关调试； 变压器做空充试验时，应暂时投入差动保护压板。充电试验结束后，退出差动保护压板； 变压器（电动机）正式投运，带一定负荷确认二次电流回路没有问题后（请填写 投运测试工作单 ） ，方可投入其差动保护压板；
13、 可以通过查看 PMC-687A 的表计值，辅助确认二次电流回路正确性，所需的负荷：变压器高、低压侧二次电流均需要大于 0.1In（0.5A,5A 额定；0.1A，1A 额定） 。 如果变压器正常运行，二次电流回路正确时，PMC-687A 的表计值中的差动动作量（Idif ）应小于 0.1 倍的差动制动量（Ibias ） 。 图一：PMC-687A CT 二次接线图（以 A 相为例） (一定确保 CT 接线如上图所示，注意相序的正确性，否则带负荷后就会跳闸！) 连接组别为 Y/-11 降压变压器，高压侧电流超前低压侧电流 150(本来是 30，将 CT 接成减极性后就变成了 150)，如下图，
14、图中以 IA、IB、IC 示高压侧各相电流，Ia 、Ib、Ic 示低压侧各相电流。图二：连接组别为 Y/-11 变压器，高压侧电流超前低压侧电流 150要确保实际六角图如上图所示，不然差动保护就会跳闸。注意：差动保护的 CT 二次侧要求在保护屏内一点接地，绝对不允许多点接地。同样，我们也可以根据高低压侧视在功率相等来推导差动保护判据公式：单相变压器差动保护原理说明单相变压器差动保护原理较为简单。假设变压器高压侧额定电压为 U1，CT 变比为 CT1；低压侧额定电压为U2，CT 变比为 CT2。正常运行时，由于变压器损耗很小，可近似认为高低压侧视在功率相等，因而有: S=U1*I1=U2*I2(
15、I1 为高压侧电流，I2 为低压侧电流)所以：I1/I2=U2/U1假设高压侧 CT 二次电流为 I1, 低压侧 CT 二次电流为 I2，则有：I1=CT1*I1 I2=CT2*I2那么：I1/I2=(CT1*I1)/(CT2*I2)=U2/U1所以：I1/I2=(CT2*U2)/(CT1*U1)=(CT2/CT1)*(U2/U1) 结论：正常运行时单相变压器高低压侧 CT 二次电 流成正比。变换式：I1-(CT2/CT1)*(U2/U1)*I2=0令变压器差流： d= 1-k* 2（相量运算） 。I。 。I其中平衡系数 k=(CT2/CT1)*(U2/U1)=(U2*CT2)/(U1*CT1
16、)忽略误差，理论上高低压侧 CT 二次电流成一正比。所以，正常运行时，差流近似为零；外部短路可认为是变压器带了一个很大的负荷，所以理论上外部短路时差流也近似为零。变压器高低压侧差动保护 CT 之间，如有导线短路则变为电源侧 CT 有故障电流，负荷侧无故障电流，破坏了高低压侧 CT 二次电流这种平衡关系(正比例)。如变压器为双侧电源供电，则故障电流由两侧提供，差流更大。如变压器匝间短路，则相当于改变了电压比(U1/U2)，所以也会出现差流。由于高低压侧 CT 二次电流成一正比，此比例往往也不会等于一。在取高低压侧 CT 二次电流做差动保护时，需将低压侧电流乘以系数 k。对于常规电磁型差动保护即让
17、低压侧电流线圈匝数为高压侧的 k 倍(或等效)；对于微机型差动保护，将低压侧 CT 电流直接乘以 k 后，再与高压侧电流做相量运算。平衡系数 k 也可由另外的方法得到：k=I1n/I2n其中 I1n 为高压侧 CT 二次额定电流，I2n 为低压侧 CT 二次额定电流。这两种计算方法是等效的，证明如下：I1n=S/(U1*CT1) I2n=S/(U2*CT2) I1n/I2n=S/(U1*CT1)/S/(U2*CT2)=(U2*CT2)/(U1*CT1)=k将式等号两边除以 I1n，得:d/I1n=( 1/I1n)-(k* 2/I1n)=( 1/I1n)-( 2/I2n)。I。I。I。I。I这样
18、得到了按标么值计算的差流公式。由于变压器存在励磁电流，CT 传变存在误差；某些变压器还要考虑分接头引起的额外误差：分接头档位变化导致电压比(U1/U2)变化；同时也要考虑继电器的测量误差。所以随着外部电流的增大，变压器差流也会增大，特别是在外部短路时。因此，变压器差动保护不能采取差流超过一固定值就动作：定值太低，在变压器外部故障时穿越电流很大，差流也大可能导致差动保护误动作；定值太高，保护灵敏度不够。采用比例制动差动保护能较好的解决这一问题。比例制动差动保护动作原理：制动电流：Izd=(| 1|+|k* 2|)/2 (制动电流是考虑了平衡系数的两。I。I侧电流绝对值相加除以二)保护启动条件：I
19、d差动门槛，同时 Idk1*Izd (k1 为制动系数)制动系数 k1 的整定参考 SEL587 关于 SLP1 整定的说明。变压器差动保护也得考虑以下问题：空投变压器时，由于存在励磁涌流，会导致差动保护误动作。由于励磁涌流中有较大的二次谐波成分，常见的解决方法是用二次谐波制动差动保护：I2k2*Id(I2 为差流中的二次谐波值，k2 为二次谐波制动系数)，即二次谐波大于一定比例的差动电流后制动差动保护。励磁涌流也可能在以下情况出现：外部故障导致变压器电压降低，切除外部故障后电压恢复正常。为了防止严重故障时，比例制动差动保护不动作，引入了差动速断保护。差动速断保护动作条件：Id差动速断定值差动
20、速断保护不受二次谐波闭锁。两圈变三相变压器差动保护原理说明对于 YY 接线的两圈变三相变压器差动保护，其原理与单相变压器差动保护原理相似，在此不做分析。对于 Y/ 接线的两圈变三相变压器差动保护，特别是 Y/-11 点接线的两圈变，国内应用很多。Y/ 变压器差动保护的特殊性在于其 CT 二次电流的星三角变换，其它的与单相变压器类似。下面进行详细分析。两圈变 Y/-11 三相变压器差 动保护原理说明图 1：Y/-11 接线变压器带有 Y-Y 的 CT 连接上图为 Y/-11 接线变压器，二次 CT 接线为 YY，极性按上图中定义。假设 Y 侧为高压侧， 为低压侧；U1 为变压器高压侧额定线电压，
21、 atr1。I为变压器高压侧线圈 A 相绕组电流， aL1 为变压器高压侧 A 相线路电流；U2。I为变压器低压侧额定线电压， atr2 为变压器低压侧线圈绕组 A 相电流， aL2。 。I为变压器低压侧线路 A 相电流；B、C 相定义同理。注意：以上电流值均为相量。则： aL1= atr1 aL2= atr2- btr2。I。 。I。 。I说明：tr:transformer(变压器) L:Line(线路) W:Winding(线圈)假设变压器高压侧 CT 变比为 CTR1，A 相 CT 二次电流为 AW1；变压器低压。I侧 CT 变比为 CTR2，A 相 CT 二次电流为 AW2。则：。IA
22、W1= aL1/CTR1 AW2= aL2/CTR2 。I。 。I。由于 aL2= atr2- btr2=-(U1/ U2)*( atr1- btr1)。 。I。 3。I。=-(U1/ U2)*( AW1- BW1)*CTR13。I。其中： atr1/ atr2=-U2/(U1/ ) btr1/ btr2=-U2/(U1/ )。I。 。I。 3注意：变压器高低压线圈绕组电流成正比，线路高低压侧电流不成正比。CTR2* AW2=-(U1/ U2)*( AW1- BW1)*CTR1。I3。I。( AW1- BW1)/ AW2=-(CTR2/CTR1)*( U2/U1) 。 。 。I3结论：与单相变
23、压器不同，正常运行时 Y/-11 接线三相变压器高低压侧 CT二次电流不成正比；经过上式变换后的电流成正比。下面按照差动保护的计算方法描述整个计算处理过程。变换式得( AW1- BW1)+(CTR2/CTR1)*( U2/U1)* AW2=0。I。 3。I令变压器差流： da=( AW1- BW1)+(CTR2/CTR1)*( U2/U1)* AW2 。I。 。I3。I令：主变容量：MVA 高压侧线电压：VWDG1(U1) 低压侧线电压：VWDG2(U2)变压器高压侧电流调节变比： CTR1*VWDG30MATP1变压器低压侧电流调节变比： 22将式等号两边除以 *TAP1 得：3da/( *
24、TAP1)=( AW1-IBW1)/( *TAP1)+(CTR2/CTR1)*( U2/U1)* 。I3。I33AW2/( *TAP1)。其中：(CTR2/CTR1)*( U2/U1)* AW2/( *TAP1)。I=(CTR2/CTR1)*( U2/U1)* AW2*VWDG1*CTR1/(MVA*1000)3。= AW2* U2*CTR2/(MVA*1000)= AW2/TAP2。I 。Ida/( *TAP1)=( AW1- BW1)/( *TAP1)+ AW2/TAP2。 3。I。 3。令： OP1= da/( *TAP1)=( AW1- BW1)/( *TAP1)+ AW2/TAP2。
25、I。 。 。I。I同理令： OP2=( BW1- CW1)/( *TAP1)+ BW2/TAP2。 。I。 。OP3=( CW1- AW1)/( *TAP1)+ CW2/TAP2。I。 。I3。I这样得到了按标么值计算的差流公式，正常运行时，IOP1、IOP2、IOP3 均约为零。注意：高压侧作差流运算时 A 相是用 A-B，实质是完成星三角变换。高压侧作标么值运算时除以的是 *TAP1，而不是 TAP1，原因：星三角变换后， 电流3值为额定值的 倍。令制动电流：IRT1=( AW1- BW1)/( *TAP1)+ AW2/TAP2/2。I。 3。IIRT2=( BW1- CW1)/( *TAP1)+ BW2/TAP2/2。 。 。IRT3=( CW1- AW1)/( *TAP1)+ CW2/TAP2/2。I。 。I如果外部 CT 接成 -11/Y，则外部 CT 完成了星三角变换，且幅值增大为倍(三相对称)，此处不再讨论。3将差动电流用矩阵形式表示：(相量运算) ICW2BA*TP1ICB*10-*TAP13IOP21
