电力变压器装设零序差动保护的必要性及其原理
变压器零序差动保护
自耦变压器零序差动保护问题0引言在超高压电力系统中，自耦变压器因体积小、效率高、用材省等优点而得到了广泛应用。
在为自耦变压器配置保护时，其相间差动保护、匝间保护、瓦斯保护及相间后备保护与普通变压器基本相同，一般不需作特殊考虑，但其零序保护及过负荷保护却有着不同于普通变压器保护的特点。
对于过负荷保护，曾有许多专家及工程技术人员进行过大量的论述［1］，本文将主要讨论自耦变压器的零序差动保护。
众所周知，自耦变压器与普通变压器的功率传递方式不尽相同，在普通变压器中，高、中压线圈之间没有电的联系，全部是由电磁感应的作用进行功率传递的，而在自耦变压器中，高、中压线圈之间有电的联系，其功率传递除一部分是靠电磁感应的作用外，另一部分则是靠电的直接传导传递的；并且由自耦变压器的原理、结构所定，其高、中压侧的中性点必须连在一起，且同时接地。
这是自耦变压器与普通变压器的主要差异［2］。
在超高压系统中，大多数大容量的自耦变压器都是分相式。
显而易见，对于分相式的自耦变压器而言，其内部发生接地故障的概率远大于相间故障，因此，对于自耦变压器的接地故障必须有高可靠系数的零序保护。
1自耦变压器单相接地故障时的电流分析为了更清楚地说明自耦变压器的特殊性，首先可以利用图1中500 kV/220 kV自耦变压器作为原型，对其中压侧、高压侧发生区外接地故障时的零序电流分布进行分析。
图1 自耦压器主接线图Fig.1 Connection diagram of autotransformera.当自耦变压器的中压侧发生区外接地故障时，对折合到中压侧的零序等效电路(如图2)进行分析，可以得到式(1)、式(2)。
图2自耦变压器中压侧区外单相短路电流分析Fig.2Current analysis of autotransformerwhen single phase ground fault occurs outsideof the protected zone at medium voltage side(1)(2) 其中nGZ=U G/U Z，为自耦变压器高、中压变比；Z0为中压侧(短路点)的零序电流；ZX为中性点提供的零序电流；GG0为自耦变压器公共绕组中的零序电流；G0为自耦变压器高压侧零序电流；G0′为折合到中压侧的高压侧零序电流；XG0，XD0分别为自耦变压器高、低压侧的零序电抗；XSM0为自耦变压器高压侧的系统零序阻抗。
变压器保护整定中的零序电流保护配置要点
变压器保护整定中的零序电流保护配置要点在变压器保护整定中，零序电流保护是一项关键的配置要点。
零序电流是指正、负序电流和零序电流的矢量和。
它的存在可能意味着线路中存在故障或其他问题，因此保护系统需要能够准确地检测和识别零序电流，并采取适当的措施来解决问题。
本文将介绍一些重要的变压器保护整定中的零序电流保护配置要点。
1. 零序电流保护原理变压器保护系统中的零序电流保护是通过使用差动保护装置来实现的。
差动保护装置监测变压器两侧电流的差异，当存在零序电流时，差异将超过设定的阈值，触发保护系统采取相应的动作。
因此，正确配置差动保护装置是实现零序电流保护的关键。
2. 零序电流保护配置要点在变压器保护整定中，配置零序电流保护时需要考虑以下要点：a. 阈值的选择零序电流保护的阈值应根据变压器的额定容量和特性进行选择。
通常情况下，阈值设置在变压器额定容量的1-2%之间。
但在实际应用中，也需要根据具体情况进行调整。
b. 动作延时设置为了避免误动作和滤除瞬态零序电流，保护系统应该设置适当的动作延时。
动作延时的设置应该根据变压器的特性和负载情况进行调整，以确保保护系统的准确性和可靠性。
c. 灵敏度设置正确设置零序电流保护的灵敏度对于及时检测故障和准确识别零序电流至关重要。
灵敏度设置应根据变压器的特性和所需保护水平进行调整，以确保保护系统的可靠性和灵活性。
3. 零序电流保护的其他考虑因素除了以上的配置要点外，还有一些其他考虑因素应该被纳入变压器保护整定中的零序电流保护：a. 双重地锁定零序电流保护应采用双重地锁定，以确保保护系统在地故障发生时能够正确地动作。
b. 高阻抗接地系统的特殊配置在一些特殊情况下，变压器的中性点可能采用高阻抗接地系统。
此时，对零序电流保护的配置要求更为复杂，需要根据实际情况进行详细分析和设计。
4. 零序电流保护的实施与测试零序电流保护的实施和测试是保证其有效性和可靠性的重要环节。
在实施过程中，应确保电流传感器的正确安装和连接，保护装置的正确配置和设定。
变压器差动保护原理及作用
变压器差动保护原理及作用1.基础差动原理：当正常工作时，变压器的主绕组和副绕组的电流应当是相等的，即主绕组电流与副绕组电流之差为零。
而当存在绕组短路时，短路电流会流入接地电流，使主绕组电流与副绕组电流不再相等。
2.基本结构：变压器差动保护系统通常由电流互感器、电流比率继电器、差动继电器等组成。
电流互感器将主副绕组电流分别采集，然后经过电流比率继电器进行比较，最终由差动继电器实现差动保护功能。
3.过电流定向元件：为了防止外部故障信号对差动保护的干扰，还需要加入过电流定向元件。
过电流定向元件可以通过比较主绕组电流和副绕组电流的幅值和相位，确定差动电流方向，从而确保差动保护的准确性。
1.短路故障保护：变压器差动保护可以快速、可靠地检测变压器主副绕组之间的电流差异，及时发现变压器内部的短路故障，并迅速对故障区域进行保护。
这种保护措施能够避免短路电流继续加大，造成更严重的设备损坏，甚至危及人员生命安全。
2.电气设备保护：变压器差动保护不仅仅用于保护变压器本身，还可以对接在变压器绕组上的其他设备进行保护，如电动机、发电机等。
当这些设备发生短路故障时，差动保护能够迅速判断并隔离这些故障，保护其他设备不受到冲击。
3.滤波器保护：变压器差动保护还可以用于滤波器的保护。
在变压器的输入和输出侧都设置差动保护，可以有效地避免滤波器内部的短路故障对电网和变压器产生不利影响。
4.系统稳定性：通过及时发现和保护变压器内部的故障，变压器差动保护可以避免故障扩大，降低系统不稳定的风险。
同时，差动保护还可以提供故障信息，有助于运维人员及时采取措施进行维修，保证电网的运行安全和稳定。
总之，变压器差动保护是一种重要的保护装置，通过检测变压器主副绕组之间的电流差异，实现对变压器及相关设备的短路故障保护，不仅能够避免设备损坏和人员安全事故的发生，还有助于提高电网的稳定性和可靠性。
变压器的零序电流差动保护
以 Y0/Y0/Δ接线 的三绕组变压 器为例，中性 点接地的某一 侧发生外部接 地故障时，三 绕组变压器的 三相零序电流 分布及变压器 零序电流差动 保护的原理接 线如图9-19。
I0.LI0.H来自I0.M U k0
3I0. NH
3I0. NM
（b）外部单相接地的零序电流分布图
(a)
2
低压侧
3I d.0
I 0. H I
3I 3I 3I 3 I 0.M 0. NH 0. NM 0.H nTA
、 I0.M 分别为流过变压器高、中压侧的零序电流。 0. L 为变压器低压角形接线绕组中环流的零序电流。 3I 0. NH 为流过变压器高压侧接地中性线上的电流。 3I 0. NM 为流过变压器中压侧接地中性线上的电流。 4
变压器的零序电流差动保护
超高压大型变压器绕组的短路类型主要是绕组对 铁芯（即地）的绝缘损坏，即单相接地短路，相间短 路可能性较小。因此实现可靠的变压器绕组单相短路 故障保护十分必要。运行经验表明，超高压系统中大 容量变压器中性点接地侧的单相接地故障是常见故障 类型之一。 变压器纵差动保护对于变压器内部的单相接地故 障具有保护作用，但是纵差动保护为了防止区外接地 故障时保护误动，差电流的计算中消除了接地侧零序 电流的影响，如图8-2的说明。因此，纵差动保护对 于变压器内部的单相接地故障灵敏度较低。为了获得 较高的灵敏度，可以装设零序电流差动保护。 1
3I0.H
高压侧
3I0.M
中压侧
零序电流差动 继电器
3I0. NH
3I0. NM
(c)零序电流差动保护原理接线图
(b)
设中压侧网络中另有中性点接地的变压器，零序 电流差流回路由变压器两侧中性线上的零序电流互感 器滤出的零序电流与变压器各接地侧三相电流互感器 中性线滤出的零序电流进行差动而构成，电流互感器 极性接法如图所示。由图可知，零序电流差动继电器 的差电流为
零序差动保护的基本原理电力配电知识
零序差动爱护的基本原理 - 电力配电学问变压器零序差动爱护回路由变压器中性点侧零序电流互感器和变压器星形侧电流互感器的零序回路组成，此爱护对变压器绕组的接地故障反应较灵敏。
零差爱护不受变压器涌流及励磁电流的影响，不受变压器电流相移的影响，在变压器高压侧或中压侧发生接地故障时，能够快速动作。
1.零序差动爱护的电流二次回路接线如图1所示，构成零序差动回路的高压侧、中压侧电流互感器的极性以母线侧为正、变压器侧为负，电流互感器正引出。
公共绕组电流互感器的极性以大地为正、变压器侧为负，电流互感器正引出。
图 1 三绕组自耦变压器零差电流二次回路接线及各侧电流互感器极性标注示意图用工作电压和负荷电流检验零序差动爱护电流二次接线的正确性较困难。
由于二次接线和电流互感器极性错误而造成变压器零序电流差动爱护误动作的状况较多。
目前，此爱护在应用上只作用于发信，其牢靠性有待于进一步证明。
爱护装置各侧电流互感器A、B、C三相以星型方式引入，利用软件计算以合成零序电流，这样可以避开各侧零序电流互感器的极性校验问题，而且差动爱护和零差爱护的高、中压侧电流使用同一绕组，并用同一电流端子接入爱护装置，接线简洁，且爱护采样值各侧各相电流都能显示，比较起来也格外便利和明显。
2.微机爱护零序比率差动元件构成原理以南自PST1200变压器爱护装置为例，零序比率差动动作方程为：I0cdd≥I0cd， I0zdd≤I0zdI0cdd- I0cd≥K1*( I0zdd - I0zd)， 3 I0zd I0zdd I0zdI0cdd - I0cd -K1*2 I0zd≥K2*( I0zdd -3 I0zd)，I0zdd 3 I0zd其中，I0cdd=|I01+I02+I03|;I0zdd=max(|I01|,|I02|,|I03|);I01为高压侧自产零序电流;I02为中压侧自产零序电流;I03为中性点自产零序电流;I0cd为零差爱护电流定值;I0cdd为变压器零差电流;I0zdd为变压器零差爱护制动电流，I0zd为零差爱护比率制动拐点电流定值,软件设定为高压侧额定电流值;K1,K2为比率制动的制动系数，软件设定为K1=0.5,K2=0.7;其动作特性如图2所示。
再谈220kV及以上大型变压器装设零序差动保护的必要性
变压器 ’B 侧两相接地短路如图 K 所示。
图 D ’B， ()) 变压器 C 相单相接地 ,-./D 012 9-3.E2 7189264:6.5:<3( ?8<E4 84 71892 C :? ’B， ()) 45839?:5@25
忽略负荷电流， 有 !C F !!， !* F!+ F"。
图 K ’B， ()) 变压器 ’B 侧两相接地短路 ,-./K 012 (<8E 7189264:6.5:<3( ?8<E4 84 9485 >-3(-3. :? ’B， ()) 45839?:5@25
分析的目的是为了澄清滤去零序电流并不影响差动 保护灵敏度。直接从相电流入手， 可简捷地得到： !5A ’ !AI !? ’ !" I G ’ !"。
)/)
两相接地短路（ 另节讨论）
L
$， (!! 接线变压器的短路分析
L/! !侧 $， ! 两相短路 如图 L 所示， 已知 !B ’ !; ’ !"， ! 侧 B， ; 两相短路，
一侧三相电流为 !?， 另一侧为 !8， 绕 !@， !A， !B ， !; ， 组极性端为 ?， 非极性端为 C， @， A 和 8， B， ;， $， D和 在图中未标出） 。 E， +， F（
L/& $ 侧 @， A 两相短路 图 K 中， 已知 !@ ’ !A ’ !"， 则 ! 绕组中三相电流为 根据基尔霍夫电流定律， 立即 G， !" * ! ) ， !" * ! ) ， 得到 !8 ’ !" * ! ) ， 其正 !B ’ & !" * ! ) ， !; ’ !" * ! ) ， 方向如图 K 所示， 图中所有电流均同相位。
变压器零序差动保护的讨论
9
电 力 自 动 化 设 备
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第 !" 卷
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论点 !
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零序差动保护在单相接地故障时比相间差动保 护灵敏， 这是显而易见的事。零序电流属于故障分 量， 在区内故障时不会有零序电流流出。穿越性负 荷电流中也没有零序分量。这些都是零序差动保护 有较高灵敏度的原因， 但还不是根本的原因。 相间差动保护测量到的电流是变压器各侧引 线上的电流， 而零序差动保护测量到的是星形绕组高 压引线和中性点侧的零序电流。在绕组单相接地故 障时中性点侧的电流就是短路匝中的电流。如果双 绕 组 变 压 器 短 路 匝 中 电 流 !# 是 高 压 引 线 上 电 流 !$ 的（ 此时相间差动保护测量到的差 "% &" #） # "# 倍， 动电流为 !$， 而零序差动保护则为 !$’!#(（ "% ) " #） !$。 即后者测得的差动电流是前者的 "% ) " # 倍。 当故障点靠近中性点时， 例 如 " #(*+*!"% 时 零 序差动保护的灵敏度将是相间差动保护的 ,* 倍， 这 才是零序差动保护灵敏度高的根本原因。
? !E I!: !:
图 " 变压器星形绕组的单相接地故障 M4N?" O4;N/0 =P:K0 0:32P Q:8/2 6; 2P0 K2:3 74;J4;N 6Q 2P0 23:;KQ63903
图 " 是转录文献［ 中的图 $ 。文献［ 中图 D !］ $］ 也示出这种情况， 但忽略了非故障相中电流。实际只 要相间互感不可忽略， 非故障相中必然有电流。就 现在讨论的问题两文的差异无关紧要。令文献［ !］ 导出的公式中 !E F !G F# 便得到与文献［ 相同的结果： $］ （ " C ! C,（ "G ," C） !*F"! !: "） 式中 !: 的正方向与文献［ 相反。 $］ 文献［ 提出， 如果（ 则 !* 与 !: $］ " G ," C） !* H" C !C， 相位相反， 呈现外部故障的特征， 相间差动保护的 灵敏度下降。因为式（ 成立， 以（ "） "G ," C） !* H" C !C 为
零序保护原理
零序保护原理
零序保护原理是电力系统中一种重要的保护控制原理，其作用是保护变压器及系统中的设备免受零序故障的损害。
零序故障是指电力系统中发生的对称故障，即电流中的三相相量和为零，但是零序电流非零。
这种情况常常会导致设备损坏和电力系统短路，因此需要采取相应的保护措施。
零序保护原理是基于Kirchhoff定律和电压平衡原理的基础上
设计的。
根据Kirchhoff定律，电流的代数和为零。
在没有故
障的情况下，系统中的零序电流应该为零。
因此，当电流的零序分量不为零时，说明系统中发生了零序故障。
为了实现零序保护，通常会在电网中安装零序电流互感器，用来检测系统中的零序电流。
当零序电流超过设定的保护阈值时，保护装置将发出保护信号，触发相应的断路器或开关，切断故障电流的流动，保护系统设备免受损坏。
此外，还可以采用差动保护原理来实现零序保护。
差动保护原理是通过比较电流输入和输出之间的差异来判断是否存在故障。
在零序保护中，差动保护原理可以用来检测系统中的零序电流流向和大小，进一步确保对系统的保护。
总之，零序保护原理是电力系统中重要的保护控制原理，可以有效地保护设备免受零序故障的损害。
通过合理布置零序保护装置和采用适当的保护原理，可以提高系统的可靠性和稳定性。
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・
差 动保 护 ， 当发生 单 相 接地 故 障 时 相 间差 动 保 护 可 能动作 ， 完全 被 统 计 为 相 间短 路 ，９ ８年 以 前 的 统 １９
计资料就没有接地故障的记录。
因此 可 以推 断 ： 路形 成 的 飞弧 到 达变 压 器 铁 短
轭比到达另一相高压绕组要容易得多 ， 发生接地故 障 的几 率要 高 于相 间短 路 。
度较低 甚 至拒 动 。 第 二种 情 况 ： 一般 的微 机差 动 保护 不 接 入 变压
（） ２ 只有 当零序 差动 保 护动 作 时 才统 计 为 接地 短 路 ， 则一律 称 为 相 间 短路 。以往 由于 零 序 差动 否
保 护不装 设 或不投 运 ， 计 部 门 统计 到 的变 压 器接 统
Ｙ Ｎ绕组发生对铁心 的单相接地短路 ， 如果不装设
５６ ・
第 ４期
杨欢： 电力变压器装设零序 动保 护的必要性及其原理 高灵敏 的零序差动保护 ， 就可能殃及铁心 ， 后果严重 。
闸 时 ， 磁涌 流对 零序 差 动保 护而 言 ， 属穿 越性 电 励 纯 流 ， 有 励磁 涌流 对 变 压 器 差 动保 护 所 造 成 的麻 烦 没
次 。对此 下 面作 出了说 明 。
（） １ 资料 中 的 “ 间 接 地 ” “ 相 接 地 ” 障 相 或 两 故 中将相 间短路 与接 地 短 路 合起 来 了 ， 法 区分 是 相 无 间短路还 是 接地短 路 。在 １９ ９ ８年 ２ ７次故 障 中能 确 定 为接地 短路 的仅 １次 ， 以零 序 差 动保 护 正 确 动 作
序电流被滤除， 使差动保护对内部单相短路的灵敏
度 降低甚 至拒 动 。 所 以当 差 动 保 护 的 内 部 单 相 短 路 的 灵 敏 度 较 低 时 ， 装 设 零 序 差 动 保 护 。 另 外 根 据 有 关 文 应 献 的 分 析 ， 压 器 星 形 接 线 侧 电 源 容 量 相 对 三 角 变 形 接 线 侧 电源 容 量 越 大 ， 设 零 序 差 动 保 护 的 必 增
杨 欢
（ 里供 电局 ， 州 凯 里 凯 贵 ５ ６０ ） ５ ０ ０
摘
要 ： 绍 了相 间差动保 护对 内部短路 的灵敏度较低 甚至拒动 ， 介 因此变压器非常有必要装设 零序 差动保护 ； ｎ绕 Ｙ
组也有 可能发 生对铁 心的单相接地短路 ； 其原理是 利用变压器 Ｙ侧 Ａ、 Ｃ三相的 复合零序 电流和 中性点 回路的 电 Ｂ、
１ 为证 。 次
ｌ 装 设 零 序 差 动保 护 的 必 要 性
第一 种 情 况 ： 在变 压 器 差动 保 护 三相 互感 器 二 次接 线接 成 三 角 形 方 式 下 ， Ｎ侧 的互 感 器 二 次 接 Ｙ 成三 角形 ， 当变 压器 内部单 相接 地短路 时 ， 零序 短路 电流 将被滤 去 ， 将导 致 差 动保 护 对 内部 短路 的灵 敏
用， 因为 它们 的保 护 范 围 只 包 含 电路 而 没 有 磁 路 的 介 入 ， 而 与 励 磁 涌 流 和 过 励 磁 无 关 ， 护 装 从 保 置简单 。
相 间接 地 故 障 ２ ７次 ；９９年 相 间 接 地 故 障 ２次 ； １９ ２０ 两相 接地 故 障 ３次 ；０ １ 两 相接 地故 障 ５ ００年 ２０ 年
３ 变 压 器 零 序 差 动 保 护原 理
图 １中 Ｙ Ｎ侧 三 相 电流 互感 器 同时 用作 相 间差 动和零序差 动保 护 ， 用 变压 器 Ｙ侧 Ａ、 、 利 Ｂ Ｃ三 相 的
及 以上变 压器绕 组 的相 间接 地 故 障统 计 有 ：９ ８年 １９
差 动保 护 作 为 电力 变 压 器 的 主 保 护 ， 般 都 一 配 置 差 动 速 断 保 护 和 比率 制 动 的 差 动 保 护 ， 序 零 差 动 保 护 。 作 为 差 动 保 护 用 于 变 压 器 ， 前 只 有 当 零 序 差 动 和 分 侧 差 动 可 称 是 差 动 原 理 的 正 确 应
地 故 障可 能 比实 际发 生的少 。 （） ３ 一般 广 为 采 用 的相 间纵 差 保 护 ， 于 高 压 对 绕组单 相接 地故 障并 不 是 原 理 上不 反 应 ， 仅 是 灵 仅
敏度不 及零 序差动 保护 。由于不装 设 或不投 运零 序
器 中性点 的 电流 ， 了 防止 差 动保 护 范 围外部 接 地 为 短路 时差 动保 护误 动 作 ， 机 差动 保 护 在算 法 上 采 微 取 了消 除零 序 电流 影 响 的措 施 防止 误 动 ， 同样 使 零
流 互感 器构 成 零 序 差动 回路 。 关键词 ： 变压 器 ； 差动 ； 零序 差 动
文章编号 ：０ ８— ８ Ｘ（０ ２ ４— ０ ６— ２ 中图分类号 ：Ｍ １ 文献标识码 ： １０ ０ ３ ２ １ ） ０ ５ ０ Ｔ ４ Ｂ
电力变 压器是 电力 系统 中使 用相 当普遍 而又 十 分 重要 的 电气 设备 ， 发生 故 障 将 给 电力 系 统 的运 如
行 带来严 重 的后果 。因此必 须装设 灵敏 、 快速 、 靠 可 的变压 器保 护 。
２ 变 压 器 高 压 绕 组 究 竟 有 没 有 接 地 故 障
大量 降压变 压器 将低 压 绕 组 置于 内层 （ 近 铁 靠
心 ）高压绕组能发生接地故障的可能性很低 ， 以 ， 所
绕组 接地 故 障很 少 。 １９ ２０ ９ ７～ ０ ０年 全 国故 障 统 计 资料 ， 于 ２０ Ｖ 关 ２ｋ
２ １ ４月 第 １ ０ ２年 ５卷 第 ４期
２ ２，Ｖ ｌ ５，Ｎ ． ０１ ｏ ，１ ｏ４
贵州 电力技术
ＧＵＩ ＺＨＯＵ ＥＬＥＣＴＲＩ ＯＷ ＥＲ ＣＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
专 题 研 讨
Ｓ ｃ ａ ｐ ｔｓ ｐｅ ｉｌＲｅ ｏ
电力 变压 器 装 设 零 序 差 动保 护 的必 要 性 及 其原 理