变压器纵差保护原理及不平衡电流分析(2)
变压器差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法基础知识讲解
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
set.min
Iset.r Iset.min K (Ires I ) res.g
当Ires Ires.g 当Ires Ires.g
定值整定：
➢ 最小动作电流：按躲过变压器在正常运行条 件下产生的不平衡电流整定
Iset.min Krel (fza U 0.1Kst )IN
Iset.min 很小时，取 Iset.min (0.2 ~ 0.5)IN
5. 带负荷调整变压器分接头产生的不平衡电流ຫໍສະໝຸດ nTA2 nTA1nT
或
nTA2 nT
nTA1
3
Iunb UIk.max
6.2.3 具有制动特性的差动继电器
(Differential relay with restraint characteristic)
1. BCH-1型差动继电器的制动特性
铁芯中剩磁的大小和方向 变压器铁芯的饱和磁通
防止励磁涌流影响的方法
采用具有速饱和铁芯的差动继电器 采用间断角原理的差动保护 利用二次谐波制动 利用波形对称原理的差动保护
2. 三相变压器接线产生的不平衡电流
.
nTA1
.
I
A
2
.
.
变压器纵差保护及不平衡电流消除措施
I1
Y Y
△
I2 *
A TA1
BC
KDA KDB KDC
I3
*
图 1 三绕组变压器电流输入
TA2 ab c
图 2 变压器纵差保护接线图
2 励磁涌流的识别及防范
2.1 励 磁 涌流 的 危 害及 识 别 方法 变压器空载合闸时会产生励磁涌流，其大小一般可以达到
变压器额定电流的几倍甚至近十倍，且只流过变压器的空投电 源侧，而负荷侧因开路并没有电流通过。若励磁涌流流入纵差 保护的差动回路而变压器差动保护未能对其准确识别并闭锁 差动保护，则保护装置必然会误动作。励磁涌流是影响变压器 差动保护正确动作最为严重的因素，因此对励磁涌流和内部故 障电流的正确识别是变压器差动保护一个非常重要的问题。目 前，励磁涌流主要的识别方法主要有：（1）二次谐波原理法。二 次谐波原理法，即利用流过差动元件差电流中的二次谐波电流 作为制动量，来计算差电流中二次谐波的分量，如果其值大于 判定值，则可判定为励磁涌流。（2）间断角原理法。变压器内部 故障时，故障电流波形无间断，间断角很小；而变压器空投时， 励磁涌流的波形是间断的，具有很大的间断角，通过检测励磁 涌流波形中间断角的大小来区分励磁涌流和故障电流。（3）波 形对称原理法。首先要尽可能地消除电流波形中所含有的衰减 直流分量，将流入继电器的差电流进行差分滤波，再将经差分
3.1 由 于 变压 器 绕 组接 线 不 同产 生 的 不平 衡 电 流 IBP1 三绕组变压器通常采用 Y／Y／△ 接线，双绕组变压器则一
般采用 Y／△ 接线，这使得变压器各侧电流互感器的二次电流 相位不同，在差动回路中会产生一个不平衡电流 IBP1。 3.2 由 于 电流 互 感 器变 比 不 同引 起 的 不平 衡 电 流 IBP2
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 '2I =''2I = 。
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。
因此必须想办法解决。
为了消除励磁涌流的影响，首先应分析励磁涌流有哪些特点。
经分析得出，励磁涌流具有以下特点：（1） 包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏向于时间轴的一侧 ； （2） 包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主； （3） 波形之间出现间断，在一个周期中间断角为ɑ。
根据以上特点，在变压器纵差动保护中，防止励磁涌流影响的方法有： （1） 采用具有速饱和铁心的差动继电器；İ1′′ n İ1′（2） 利用二次谐波制动；（3） 鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别等。
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。
分析变电站主变压器差动保护的不平衡电流产生的原因
分析变电站主变压器差动保护的不平衡电流产生的原因摘要：本文从变电站主变压器差动保护的应用现状出发，通过分析引起主变压器差动保护的不平衡电流产生的原因，并提出了相应的应对措施，从而正确的应用主变压器的差动保护。
关键词：主变压器；差动保护；不平衡电流；原因近年来，随着我国电力事业不断进步，变电站中主变压器作为电力系统的电压转换装置，其容量越来越大，并且具有电压等级高、结构复杂、造价昂贵等特点，因此在运行过程中一旦发生破坏，将会产生一系列的故障问题，并且检修难度非常大，不仅会直接影响用户的用电质量，还会消耗大量的人力、物力，产生严重的经济损失。
因此，加强变压器的保护工作十分重要。
目前，在主变压器的保护措施中，包括安装主保护和后备保护装置，其中应用比较广泛的是配置差动保护，这也构成了变压器保护的核心部分。
然而在实际应用过程中，由于主变压器差动保护会产生不平衡电流，对变压器造成一定的影响。
1变电站主变压器的差动保护原理变电站主变压器的差动保护是其主保护，主要是保护变压器单相匝间、变压器绕组内部以及引出线上发生的各种短路故障。
理论上来讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零，而两侧的电流互感器按差接法接线，在正常和外部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近为零，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。
2变电站主变压器差动保护的应用现状在变电站的主变压器差动保护装置中有速断保护、本体保护和差动保护三种，主要是在变压器发生故障的时候采取一系列的保护动作，首先是瞬间跳开高低压断路器，然后把变压器和电源隔离开，从而实现主变压器的保护，避免造成不必要的损坏。
从理论上讲，主变压器差动保护的应用基于基尔霍夫电流定律，能够在较短的时间内灵敏的切除主变压器的内部故障；在切除外部故障的时候，可靠的避免励磁涌流；此外，无论是在正常运行的情况下，还是在遇到外部故障的时候，都能够躲避不平衡电流，不会产生因过励磁而造成的误动作。
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。
分析主变纵差动保护不平衡电流原因及解决方法（2）
分析主变纵差动保护不平衡电流原因及解决方法（2）对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可采用2种方法来克服：一是采用自耦变流器进行补偿。
通常在变压器一侧电流互感器（对三绕组变压器应在两侧）装设自耦变流器，将LH输出端接到变流器的输入端，当改变自耦变流器的变比时，可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流，从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。
二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。
通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈，接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接入二次电流较小的一侧。
适当选择平衡线圈的匝数，使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势，则在二次线圈里就不会感应电势，因而差动继电器中也没有电流流过。
采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数，但实际上平衡线圈只能按整数进行选择，因此还会有一残余的不平衡电流存在，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。
2、由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法(也称相位补偿法)来克服。
对于变压器Y形接线侧，其LH采用△形接线，而变压器△形接线侧，其LH采用Y形接线，则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。
但当LH采用上述连接方式后，在LH接成△形侧的差动一臂中，电流又增大了3倍，此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧LH的变比扩大3倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。
3、由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡电流的克服方法在变压器外部故障的暂态过程中，使纵差保护产生不平衡电流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周期分量，为消除它对变压器纵差保护的影响，广泛采用具有不同特性的差动继电器。
对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中非周期分量影响的有效方法之一。
4.电力变压器的纵联差动保护(二)-不平衡电流及相应措施(课件)
3
nT
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
（2）消除不平衡电流的措施 2）微机保护平衡系数折算法（通过软件实现） 方法是：在微机中，变压器的差动保护利用软件算法对变压
器各侧的相位和幅值进行校正。最常用的算法TA1、TA2全部接成 星形接线，仿照前面所述的常规接线的处理方法，对变压器星型 侧电流按两相电流差处理方式进行相位补偿。
Y A2
I
Y A2
I
BY2－I
Y C2
I
Y B2
I
D c2
I
D a2
I
D b2
I
D c2
I
D a1
a
I
D b1
b
I
D c1
c
I
D a1
I
D a1
变压器△侧：
I
D b1
I
D b1
I
D c1
图3-12 变压器正常运行时 TA一次侧电流向量图
I
D c1
图3-13 变压器正常差流回路 两侧电流向量图
图3-11 YNd11接线变压器纵差动接线图
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
（2）消除不平衡电流的措施
由于变压器高压侧的TA1是三角形接线，流进差动继电器KD3
的电流为TA1的线电流是TA1相电流的 3 倍，即
ICY2
I
Y A2
3I
Y C2
如果要在正常运行时，流进KD3的差动电流为零，则需满足：
(
I
Y A1
IBY1) / nT
I
D b1
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（1）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[3]。
因此，它必然给纵差保护的正确工作带来不利影响。
正常情况下，变压器的励磁电流很小，故纵差保护回路的不平衡电流也很小。
在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。
因此，在正常运行和外部短路时励磁电流对纵差保护的影响常常可忽略不计。
但是，在电压突然增加的特殊情况下，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。
（2）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。
因此，必须考虑外部故障暂态过程的不平衡电流对它的影响。
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。
3．变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法
从上面的分析可知，构成纵差保护时，如不采取适当的措施，流入差动继电器的不平衡电流将很大，按躲开变压器外部故障时出现的最大不平衡电流整定的纵差保护定值也将很大，保护的灵敏度会很低。
若再考虑励磁涌流的影响，保护将无法工作。
因此，如何克服不平衡电流，并消除它对保护的影响，提高保护的灵敏度，就成为纵差保护的中心问题。
（1）由电流互感器变比产生的不平衡电流的克服方法
对于由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流可采用2
种方法来克服：一是采用自耦变流器进行补偿。
通常在变压器一侧电流互感器（对三绕组变压器应在两侧）装设自耦变流器，将LH输出端接到变流器的输入端，当改变自耦变流器的变比时，可以使变流器的输出电流等于未装设变流器的LH的二次电流，从而使流入差动继电器的电流为零或接近为零。
二是利用中间变流器的平衡线圈进行磁补偿。
通常在中间变流器的铁心上绕有主线圈即差动线圈，接入差动电流，另外还绕一个平衡线圈和一个二次线圈，接入二次电流较小的一侧。
适当选择平衡线圈的匝数，使平衡线圈产生的磁势能完全抵消差动线圈产生的磁势，则在二次线圈里就不会感应电势，因而差动继电器中也没有电流流过。
采用这种方法时，按公式计算出的平衡线圈的匝数一般不是整数，但实际上平衡线圈只能按整数进行选择，
因此还会有一残余的不平衡电流存在，这在进行纵差保护定值整定计算时应该予以考虑。
（2）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流的克服方法
对于由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流可以通过改变LH接线方式的方法(也称相位补偿法)来克服。
对于变压器Y形接线侧，其LH采用△形接线，而变压器△形接线侧，其LH采用Y形接线，则两侧LH二次侧输出电流相位刚好同相。
但当LH采用上述连接方式后，在LH接成△形侧的差动一臂中，电流又增大了3倍，此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流，就必须将该侧LH的变比扩大3倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等。
（3）由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生的不平衡电流的克服方法
在变压器外部故障的暂态过程中，使纵差保护产生不平衡电流的主要原因是一次系统的短路电流所包含的非周期分量，为消除它对变压器纵差保护的影响，广泛采用具有不同特性的差动继电器。
对于采用带速饱和变流器的差动继电器是克服暂态过程中非周期分量影响
的有效方法之一。
根据速饱和变流器的磁化曲线可以看出，周期分量很容易通过速饱和变流器变换到二次侧，而非周期分量不容易通过速饱和变流器变换到二次侧。
因此，当一次线圈中通过暂态不平衡电流时，它在二次侧感应的电势很小，此时流入差动继电器的电流很小，差动继电器不会动作。
另外，采用具有磁力制动特性的差动继电器。
这种差动继电器是在速饱和变流器的基础上，增加一组制动线圈，利用外部故障时的短路电流来实现制动，使继电器的起动电流随制动电流的增加而增加，它能可靠地躲开变压器外部短路时的不平衡电流，并提高变压器内部故障时的灵敏度。
因此，继电器的启动电流随着制动电流的增大而增大。
通过正确的定值整定，可以使继电器的实际启动电流不论在任何大小的外部短路电流的作用下均大于相应的不平衡电流，变压器纵差保护能可靠躲过变压器外部短路时的不平衡电流。
由于励磁涌流产生的不平衡电流仍然是纵差保护的重点，不平衡电流的影响导
致纵差保护方案的设计也不尽相同。
因此，在实践的变压器差动保护中，应结合不同方案进行具体的设计。