变压器电流纵差保护讲解
变压器纵差动保护的基础知识讲解
内部故障时的动作行为
I set.r
I set. max
1
2
a
Iset.min b c
I res.g 灵敏度大为提高
Ires
I res.max
减小方法
数字式保护：计算补偿 电磁式：采用中间变流器进行补偿
采用中间变流器进行补偿
I1
I1
I2
I2
Id
I1 .
. W2 TS
I2
Wb
Wd
正常运行和外部故障时 I1(Wb Wd ) I2Wd
Iunb fza Ik.max
计算补偿：用 I1 补偿
Ir
I1 I2
I1 nTA1
I2 nTA2
直流
66 80 62 73
特点： ➢ 有很大成分的非周期分量 ➢ 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主 ➢ 波形经削去负波后出现间断
影响涌流特征的因素：
合闸时电压的初相角α
对于单相变压器而言，当α= 0°时合闸，涌流最严 重。当α= 90°时合闸，将不产生涌流。
对于三相变压器而言，三相电压的相角互差120°， 所以无论电压初相角是多少总会产生励磁涌流。
Iop.r (Iunb )
无制动
3
a
2
Kres tg
1
(一般取0.3~0.4)
I unb . max
Ik.max Ires (Ik )
2. 微机纵差动保护的比率制动特性
I set.r
I set. max
aC
IA set.min
动作判据
B
Ires
I I res.g
res.max
I I set.r
切除后电压恢复）时：4~8 IN → 励磁涌流
变压器纵差保护原理
变压器纵差保护原理
变压器纵差保护是保护变压器的一种重要保护方式，目的是在发生变压器内部故障时，及时切除故障区域，保护变压器不受进一步的损害。
其基本原理是利用变压器偏差电流的存在来检测变压器内部故障，并对故障进行判别和定位。
变压器偏差电流是指变压器正常运行时，由于磁路不对称或绕组接地等原因，发生的不平衡电流。
该电流包含了负荷电流和因不平衡而产生的额外电流。
变压器纵差保护利用偏差电流的大小和方向进行保护判据的建立。
一般情况下，变压器内部短路故障会导致变压器的绕组短路，使得电流在绕组内形成环流。
这样，由于短路故障产生的偏差电流会使得变压器两侧的偏差电流不平衡，通过测量偏差电流的不平衡程度，可以判断出故障的位置及类型。
变压器纵差保护系统主要由绕组电流变比、差动电流继电器和相关的电路组成。
绕组电流变比将绕组电流变换成适合差动电流继电器测量的信号，差动电流继电器则进行信号的比较和判别，当测量到的差动电流超过事先设定的阈值时，差动电流继电器将产生动作指令，使断路器切除故障点。
总之，变压器纵差保护的原理是基于测量变压器偏差电流的不平衡程度来判断变压器内部是否存在故障，并通过差动电流继电器进行判别和动作，以实现对变压器的保护。
变压器的纵差动保护原理及整定方法
热电厂主变压器的纵差动保护原理及整定方法浙江旺能环保股份有限公司 作者：周玉彩一、构成变压器纵差动保护的基本原则我们以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理，如图1所示。
由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。
例如在图1中，应使图1 变压器纵差动保护的原理接线'2I =''2I =1'1l n I =21''l n I 或 12l l n n 1'1''I I =B n 式中：1l n —高压侧电流互感器的变比；2l n —低压侧电流互感器的变比；B n —变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。
由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比B n ，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。
这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。
二、变压器纵差动保护的特点变压器的纵差动保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流，而且由于İ1′′ n İ1′差动回路中不平衡电流对于变压器纵差动保护的影响很大，因此我们应该对其不平衡电流产生的原因和消除的方法进行认真的研究，现分别讨论如下： 1、由变压器励磁涌流LY I 所产生的不平衡电流变压器的励磁电流仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能平衡，在正常运行和外部故障的情况下，励磁电流较小，影响不是很大。
但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，由于电磁感应的影响，可能出现数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。
励磁涌流有时可能达到额定电流的6~8倍，这就相当于变压器内部故障时的短路电流。
变压器纵差保护原理及不平衡电流的克服方法_变压器三相电流不平衡
变压器纵差保护原理及不平衡电流的克服方法_变压器三相电流不平衡1.变压器纵差保护基本原理变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据KCL基本定理，当被保护设备无故障时恒有各流入电流之和必等于各流出电流之和。
2.纵差保护不平衡电流分析2.1稳态情况下的不平衡电流由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。
正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。
为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。
但是，实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是一定的，因此上述条件是不能得到满足的，因而会产生不平衡电流。
由变压器两侧电流相位不同产生。
变压器经常采用两侧电流相位相差30°的接线方式。
此时，假如两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会在纵差保护回路产生不平衡电流。
2.2暂态情况下的不平衡电流由变压器励磁涌流产生。
变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。
在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。
在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响经常可忽略不计。
在电压忽然增加的非凡情况下，比如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电的情况下，则可能出现很大的励磁电流，这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称励磁涌流。
由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生。
纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。
在变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使互感器的铁心更加饱和。
电流纵差动保护原理(一)
电流纵差动保护原理(一)电流纵差动保护什么是电流纵差动保护？电流纵差动保护（Differential Current Protection）是一种用于保护电力系统中的设备和电路的保护装置。
它通过检测电流的差值来判断系统是否出现故障，并迅速采取措施以减小故障造成的影响。
原理概述电流纵差动保护的原理是基于保护对象的电流变化情况来判断是否存在故障。
在正常运行中，电流应在设定范围内波动，当设备或电路出现故障时，电流的差值将超过设定的阈值，触发电流纵差动保护装置。
工作原理电流纵差动保护的工作原理可以分为以下几个步骤：1.上下游电流检测：电流纵差动保护装置通过分别检测保护对象上游和下游的电流值。
2.电流差值计算：保护装置将上下游电流的差值进行计算，并与设定的阈值进行比较。
3.比较判断：如果电流差值超过设定阈值，则判断系统出现故障，触发保护动作。
4.保护动作：一旦保护动作触发，装置会快速断开故障电路，并发送信号给上位系统，以通知操作人员存在故障。
特点和优势•灵敏度高：电流纵差动保护装置能够精确检测微小的电流差值，并判断系统是否出现故障。
•速度快：一旦检测到电流差值超过阈值，保护装置迅速采取措施，快速断开故障电路，以防止进一步扩大事故。
•精准性高：通过设置适当的阈值，可以避免误判和误动作，提高系统的可靠性和稳定性。
•可靠性强：电流纵差动保护装置采用了高可靠性的硬件和软件设计，确保了其长时间稳定工作的能力。
应用领域电流纵差动保护广泛应用于电力系统中，常见的应用领域包括：•发电厂：用于保护发电机和输电系统，防止电流异常导致设备故障和事故发生。
•变电站：用于保护变压器和其他设备，有效减小故障对电力系统的影响。
•配电系统：用于保护配电线路和电力设备，提高电网的可靠性和安全性。
总结电流纵差动保护是一种重要的电力系统保护装置，通过检测电流差值来判断设备和电路是否存在故障，并采取迅速的措施进行保护。
它的快速响应、高灵敏度和可靠性强等特点，使其在电力系统的运行中扮演着重要的角色。
变压器的纵联差动保护
变压器的纵联差动保护众所周知，纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择性好，在变压器保护上运用较为成功。
它可以用来反映变压器绕组的相间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障、中性点接地侧引出线的接地故障。
但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素，变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。
纵差保护还受到互感器采集不平衡电流的影响，在本章将研究纵差保护的基本原理、不平衡电流的产生及克服方案。
1变压器纵差保护基本原理按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别被保护范围末端和相邻范围始端的故障。
为了保证动作的选择性，在整定动作参数时必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区（降低灵敏度）或延长动作时限（降低速动性）的方法来获得选择性。
但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避免扩大事故的要求来看，希望能快速切除被保护范围内任意地点发生的故障。
如果保护装置的测量元件能同时反应被保护设备两端的电量时，就能正确判断被保护范围区内和区外的故障。
被保护元件发生内部和外部故障时，其各侧功率方向或电流相位是有差别的，因而根据比较被保护元件各端电流大小和相位差别的方法而构成的纵联差动保护，获得了广泛的应用。
采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。
由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。
但是,为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。
由于受助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。
第三节 变压器纵差动保护
第三节变压器纵差动保护一、变压器纵差动保护工作原理由于变压器的高压侧和低压侧的额定电流不，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两二次电流相等。
要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，此区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。
图6-2 （a）双绕组变压器正常运行时的电流分布（b）三绕组变压器区内故障时的电流分布图6-3纵差保护特殊问题-引起不平衡电流增大原因：变压器的纵差动保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。
引起不平衡电流增大原因：（1）变压器两侧绕组接线方式不同；（2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；（3）变压器带负荷调节分接头；（4）电流互感器传变误差的影响；（5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6）变压器励磁涌流。
二、励磁电流的影响正常运行时，励磁电流仅为变压器额定电流的3％～5％，所以对保护无影响。
当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流。
励磁涌流可达变压器额定电流的 6～8 倍，如不采取措施变压器纵差保护将会误动。
涌流产生原因: 铁芯中的磁通不能突变。
图6-4稳态时，磁通滞后电压90°；当 U=0 时投入变压器，铁心出现磁通–Φm，铁心中磁通不能突变，必须产生+Φm的非周期分量，以抵消–Φm 使得Φ=0 ，考虑到剩磁Φsy的影响，半个周波后，铁心中的磁通达到最大值，严重饱和，对应的励磁涌流此时也达到最大。
图6-5单相变压器励磁涌流的特征：（1）数值较大，可达额定电流的6～8倍，偏于时间轴一侧；（2）含有较大的直流分量；（3）励磁涌流中含有大量的谐波分量；（4）励磁涌流的波形中有间断。
图6-6防止励磁涌流方法：在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有；采用具有速饱和铁心的差动断电器；鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；利用二次谐波制动等。
变压器的纵联差动保护
变压器的纵联差动保护众所周知，纵差保护是一切电气主设备的主保护，它灵敏度高、选择性好，在变压器保护上运用较为成功。
它可以用来反映变压器绕组的相间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障、中性点接地侧引出线的接地故障。
但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进、磁化特性的改善等因素，变压器纵差保护的固有原理性矛盾更加突出。
纵差保护还受到互感器采集不平衡电流的影响，在本章将研究纵差保护的基本原理、不平衡电流的产生及克服方案。
1 变压器纵差保护基本原理按照反应电流和电压量变化构成的保护装置，测量元件限于装设在被保护元件的一侧，无法区别被保护范围末端和相邻范围始端的故障。
为了保证动作的选择性，在整定动作参数时必须与相邻元件的保护相配合，一般采用缩短保护区(降低灵敏度)或延长动作时限(降低速动性)的方法来获得选择性。
但从保证系统稳定运行和减轻故障变压器的损失及避免扩大事故的要求来看，希望能快速切除被保护范围内任意地点发生的故障。
如果保护装置的测量元件能同时反应被保护设备两端的电量时，就能正确判断被保护范围区内和区外的故障。
被保护元件发生内部和外部故障时，其各侧功率方向或电流相位是有差别的，因而根据比较被保护元件各端电流大小和相位差别的方法而构成的纵联差动保护，获得了广泛的应用。
采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。
由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。
但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。
由于受助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。
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改变电流相位来调节动作电流的大小 Iop = Ia+Ib；
通过测试仪，可方便的读出相电流值 和相间电流的值，方便地作出制动曲
线；如果两侧平衡系数不同，即两侧
的额定电流不同，把输入电流作相应 地折算可完成试验。
IA+IB 差动电流
IB Ⅱ侧差动电流
谢 谢！
nTA－TA变比
••••
动作电流 I d I1 I2 I3 I4
制动电流 I rt (I1 I2 I3 I4 ) / 2
公式中的电流为各侧输入差动臂电流，即折算到内部基
准后的电流
TA断线闭锁差动保护，制动值为差动门槛值，故障电流
大到一定程度时不制动，开放比率差动，一般在1.2In是解除
保护区外部短路时的暂态非周期分量大
谐波制动
防止励磁涌流过程误动，励磁涌流的特点如下： 1.有大量的非周期分量，并迅速衰减:0.5~1s后小于
0.25~0.5倍额定电流 2.含有大量的高次谐波，以二次谐波为主 3.波形之间出现间断
利用含有大量二次谐波的特点进行制动
1.一般含量为0.15~0.20倍基波 2.一般整定为0.18，过高易误动，过低易拒动 3.变电站有电容器时，与变压器线圈组成谐振回路，
但不会造成差动误动，此时存在的谐波主要为4次
变压器接线对差动保护的影响
一般采用Yn / y /Δ -11接线 Δ侧正序分量超前Y侧30度 外部接线纠正后，Y侧(互感器接成Δ型)
电流增大 3 倍，需要将该侧互感器变比 增大 3倍 NAS915A支持单侧内部多种变换； NAS925支持各侧内部11点变换
比率制动
用区外短路电流作为制动电流，起动电 流随着制动电流的增大而增加，从而躲 过区外短路产生的不平衡电流
CT饱和是在制动曲线下方的曲线
NAS925 (一) ——基本公式
Se
Ie=
* Kjx 3 *Ue * nTA
Se－变压器额定容量
Ue－变压器各侧额定电压
Kjx－变压器各侧TA接线系数：Y接线取1，Δ接线 取 3
用于外桥接线时，由于差动TA按侧接入，高压侧后备
保护电流要采用两侧电流矢量和作为后备保护电流。
NAS925 (六) ——试验方法
定值：各侧平衡系数为1（两侧额定 电流整定为In）。
将测试仪A相电流加入Ⅰ侧A相回路，
IA
B相电流加入Ⅱ侧A相回路；
Ⅰ侧差动电流
将两侧电流调至幅值相同相位相反；
改变电流幅值来调节制动电流的大小 Irt=(|Ia|+|Ib|)/2；
内部Y /Δ 变换：支持各侧11点变换， 即变压器绕组采用Δ型接线，外部TA 采用Y接线时，装置定值应选择该侧 电流采用“变换”方式
内部变换时的电流见右侧公式：Ia、 Ib 、Ic 为输入装置的电流（内部平 衡后*），IA、IB、IC为经过内部变 换后输入差动继电器的电流。如果不 选择内部变换，则输入装置的电流即 为输入差动继电器的电流
(
•
I1
•
IL
)
增加的各种因素，以及两个互感
器励磁特性的差别，是使不平衡
电流增大的主要原因
互感器铁心非线性
互感器标准化误差
调压分接头，甚至是有载调压
变压器两侧电流相位不同
不平衡电流的产生（暂态）
暂态过程中IL很大，并含有大量非周期 分量
励磁涌流，即突然增加的励磁电流。正 常时，励磁电流不大，只有额定电流的 (2~5)%；电压突然增加时很大，例如变 压器空投或故障切除后的电压恢复过程 中，可能达到额定电流的6~8倍。
IA (Ia Ib) / 3 IB (Ib Ic)/ 3 IC (Ic Ia)/ 3
NAS925 (四) ——电流计算举例*
主变Yd-11接线，Ie1=4.13A,Ie2=4.77A 外部变换：高侧A相输入4.13A,差流显示
多少？为什么？高侧动作电流为多少？ 内部变换：高侧A相输入4.13A,差流显示
区内动作故障时，相位相反，出现差流。
变压器纵联差动保护
保护特点：
1.只有电流量；
2.选择性好；
TA
3.动作迅速；
4.用于线路保护时经济
性差，常用于元件保护
TA'
纵差保护应用于变压 器来自TAI-II2'
d1
I2
TA'
I-I
I2'
I2
不平衡电流的产生（稳态）
IILb为p=电-(流IL1互+感IL器1’)的/n励，磁使电励流磁电I•2 流 1n
制动。无流值为0.1Ie
差流越限启动为0.6Id，
NAS925 (二) ——比率制动曲线
Idmin :差动门槛电流
Id
IRT1 :比率制动拐点电流
动作区
K :比率制动曲线斜率
Ibp :不平衡电流
I dmin
I RT1
K 制动区
I bp I
NAS925 (三) ——电流计算公式*
由于各侧TA二次额定电流可能不同， 因此不能将各侧电流直接用作差动继 电器的激励量，需要先调平衡。就是 将各侧二次电流的额定值折算到同一 基准电流IB，平衡系数为K＝IB/Ie
多少？为什么？高侧动作电流为多少？
NAS925 (五) ——注意事项
投运前一定要进线主变充电试验，查看各差动电流相 位
二次CT只能有一个接地点，否则会在区外发生接地故 障时，由接地网电位差产生循环电流，造成误动。建 议在保护屏内接地，可以防止电焊作业引发误动
配置了过流保护，保证在后备保护装置异常时仍具有 后备保护功能。注意：过流保护采用差动TA。启动风 扇和调压闭锁同样也采用的是差动回路的TA。
变压器电流纵差保护讲解
－基于NAS925变压器差动保护装置
崔得志 2005.03.18
基本概念
电流互感器一次和二 次相位定义相反
继电保护的要求：选 择、灵敏、可靠、速 动
•
•
W1 I 1W2 I2 0
纵差保护单相原理接线图
•
•
•
IJ
I
2
I
' 2
正常运行和区外故障时两侧电流大小和相位相同， 差流为零；