纵联差动保护原理以及整定计算
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。
电动机纵联差动保护
电动机纵联差动保护一、比率制动差动保护 （1）电动机二次额定电流1n TAI n =•（2）差动保护最小动作电流I s =K rel (·K cc ·K er +Δm )I nap K K rel ——可靠系数，取K rel =2ap K ——外部短路切除引起电流互感器误差增大的系数（非周期分量系数）=2 ap K K cc ——同型系数，电流互感器同型号时取K cc =0.5，不同型号时K cc =1 K er ——电流互感器综合误差取K er =0.1 Δm ——通道调整误差，取Δm =0.01~0.02I s =2 (2×0.5×0.1+0.02)I n =0.24 I n一般情况下，取I s =(0.25~0.35)I n ，当不平衡电流较大时，I s =0.4I n （3）确定拐点电流I t 有些装置中拐点电流是固定的，如I t = I n ；当拐点电流不固定时可取I t = (0.5~0.8)I n （4）确定制动特性斜率s 按躲过电动机最大起动电流下差动回路的不平衡电流整定最大起动电流I st ·max 下的不平衡电流I umb ·max 为I umb ·max =(·K cc ·K er +Δm ) I st ·maxap K =2，K cc =0.5，K er =0.1，Δm=0.02，I st ·max =K st I n (取I st =10)ap KI umb ·max =(2×0.5×0.1+0.02)10I n =1.2I n比率制动特性斜率为tn st sumb rel I I K I I K s −−=•maxK rel =2，当I s =0.3 I n ，I t =0.8 I n ，K st =72 1.20.30.3470.8n n n nI I s I I ×−==−一般取s =0.3~0.5 （5）灵敏系数计算电动机机端最小两相短路电流为(2)12K L I x x =•′+x ′- 电动机供电系统处最小运行方式时折算到S B 基准容量的系统阻抗标幺值 U B - 电动机供电电压级的平均额定电压U B =6.3(10.5)kV X L - 电动机供电电缆折算到S B 基准容量的阻抗标幺值制动电流(2)resTA2K I I n =相应的动作电流为(2)op s t TA 2KI I I S I n ⎛⎞=+−⎜⎟⎝⎠灵敏系数满足以下条件(2)senTA op1.5(2)K I K n I =≥ （6）差动速断动作电流按躲过电动机起动瞬间最大不平衡电流条件整定 I i =K rel I umb ·maxK rel – 可靠系数取K rel =3.5~4.5I umb ·max =1.2 I n 则I i =(3.5~4.5)×1.2 I n =(4.2~5.2) I n一般取I i =(4~6) I n 要求电动机机端两相短路时(2)senTA i1.2K I K n I =≥ （7）差流越限告警，取差流越限告警定值为15% I n ，告警延时一般装置内部固定（8）动作时限，差动保护本身不需设动作时限，但有的装置为躲暂过程而设了动作时限，此时可取动作时限0.03~0.05 s 。
纵联差动保护
6.2 纵联差动保护6.2.1 基本原理6.2.1.1 定义差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。
变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。
6.2.1.2 基本原理变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互感器TA 1、TA 2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，即2•'I －2•''I ＝0，保证纵差保护不动作。
但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。
(a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布（图6.4 变压器纵差保护原理接线图）在图6.4（a ）双绕组变压器中，变压器两侧电流1•'I 、1•''I 同相位，所以电流互感器TA 1、TA 2二次的电流2•'I 、2•''I 同相位，则2•'I －2•''I ＝0的条件是2•'I ＝2•''I ，即 2•'I ＝2•''I ＝11i n I •'＝21i n I •'' (6.1) 即 12i i n n ＝11••'''I I ＝T K (6.2) 式中，1i n 、2i n ——分别为TA 1、TA 2的变比； T K ——变压器的变比。
若上述条件满足，则当变压器正常运行或纵差保护区外故障（以下简称“区外故障”或“区内故障”）时，流入差动继电器的电流为K I •＝2•'I －2•''I ＝0 (6.3)当区内故障时，2•''I 反向流出，则流入差动继电器的电流为K I •＝2•'I ＋2•''I ＞ 0 (6.4) 当K I ＞ 0时，差动继电器动作，驱动变压器两侧断路器分闸，对变压器起到保护作用。
电力系统继电保护课程设计
电力系统继电保护课程设计1、主变保护：变压器纵联差动保护纵连差动保护原理：差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化所构成的对电气设备的保护装置，一般可分为纵联差动保护和横联差动保护。
动作特性：只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件的保护的选择性配合问题，因而可以切除保护区内的任何一点短路事故。
整定计算;电流互感器的变比选择14.33511021===T T T n n n 48.105.1011031'===T T T n n n 考虑到不平衡电流等的影响，为增加可靠性可以采取以下措施：可以让电流互感器的变比大一点；在差动回路中接入具有饱和特性的中间变流器的方法；采用相同的互感器等。
原理图：电力系统继电保护（第二版）张保会167页2、110KV 母线的保护：完全电流母线差动保护母线保护的的原则：1、在110kv 及以上的双母线和分段母线上，为保证有选择性的切除任一组（或段)母线上发生的故障，而另一组（或段）无故障的的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。
2、110kv 及以上的单母线，重要发电厂的35kv 母线或高压侧为110kv 及以上的重要降压变电所的35kv 母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。
完全电流母线差动保护的原理接线图：电力系统继电保护（第二版）张保会228页。
整定计算：TA MAX K REL SET R N I K I .1.1.0×=TAMAX L RSET N I KRELI .2×=KA I MAX L 235.011085.022.=÷=TATA SET N N I /282.0/2.1235.0=×=∴3、35KV 出线的保护配置：零序电流速段保护原因：对于35kv 出线处的保护，在出口处如果发生三相短路时，保护可能会出现死区。
零序电流保护的特点在于保护不存在死区，零序阻抗大，保护灵敏性高；除此之外受运行方式的影响较小。
继电保护第四章-纵联保护
4. 输电线路纵联保护（Unit Protection）结构
继电保 护装置
通信设备
• 导引线 • 载波 • 光通信纤信道 • 微波
继电保 护装置
通信设备
继电保护装置
实现电气量采集并形成电气量特征，完成保护任务。
通信设备
将上述信息发送至对端的保护设备，同时接收对端保护发送的
信息并送至本端保护单元
通信信道
故障分量方向元件的特点
不受负荷状态的影响 不受故障点过渡电阻的影响 正、反方向短路时，方向性明确 无电压死区 不受系统振荡影响
（二） 闭锁式方向纵联保护
1. 工作原理
以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭
锁信号的方式构成。
闭锁信号
A1
B
2
3
闭锁信号
C
4
5
6D
F
对AB线路为外部故障，2处功率方向均为 负，发闭锁信号，1、2保护被闭锁。
导引线通信应用：
高压电网超短线路（几公里）。 用于变压器、发电机等电力设备和母线。
（二） 电力线载波通信
采用输电线路本身作为信息传输媒介，在传输电能的同时 完成两端信息的交换。 （一）通道的构成
1
2 76
3 45 89
3
2
4 5
67
98
1.传输线 2.阻波器 3.结合电容器 4.连接滤波器 5.高频电 缆 6.保护间隙 7.安全接地开关 8. 高频收发信机 9.保护 继电器
3. 电气元件故障时两端电气量的特征分析
所选电气量
区内故障 特征
区外或正常 运行时特征
保护原理
功率方向
均指向被保 护元件
一端指向被 保护元件反
电力系统继电保护第4章4-1,4-2
图4-1环流法接线的纵差保护 单相原理接线图
4.1.1 纵联差动保护原理
正常运行和外部短路： 流入差动继电器KD中的电流为：
I r I I 2 I II 2 1 I I I II 0 KTA
实际上，差动回路中还有一 个不平衡电流Iunb。差动继电器 KD的起动电流是按大于不平衡电 流整定的，所以，在被保护线路
I I I2 I I I 2 II II 2
II
正常及外部故障时差动保护不会 动作。
内部短路：流入差动保护回路的电 流为
I I I r 2M 2N I I I 1N 1M ' K KTA KTA KTA
被保护线路内部故障时，流 入差回路的电流远大于差动继电 器的起动电流，差动继电器动作， 瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两 侧断路器。 结论： 1、差动保护灵敏度很高 2、保护范围稳定 3、可以实现全线速动 4、不能作相邻元件的后备保护
4.1.1 纵联差动保护原理
电网的纵联差动保护反应被保护 线路首末两端电流的大小和相位，保 护整条线路，全线速动。纵联差动保 护原理接线如图4-1所示。
电流互感器采用环流法接线。 流入继电器的电流为两个电流互 感器二次电流的差。即
Ir I2M I2 N 1 I1M I1N KTA
I opr K rel Kerr K st K np I K max KTA
为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电 流互感器二次断线整定： K rel I Lmax I op KTA 灵敏度校验： K sen I K min 1.5 ~ 2
I op
4.1.4影响输电线路导引线纵联差动 保护正确动作的因素
2．暂态不平衡电流
光纤纵联差动保护原理
光纤纵联差动保护原理
光纤纵联差动保护是一种利用光纤通道进行数据传输的保护方式，其基本原理是利用基尔霍夫定律，将流入被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。
当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。
当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。
光纤纵联差动保护利用光纤通道，实时向对侧传送电流采样数据，同时接收对侧数据。
各侧保护利用本地和对侧电流数据进行差动电流计算，根据差动制动特性进行故障判别。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。
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K st
当两侧互感器的型号、容量相同时取0.5，不同取1。
K np
非周期分量系数。
Ik
外部短路时流过互感器的短路电流（二次值）。
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路 电流越大，不平衡电流越大。
4.4.1 纵联电流差动保护原理
因此，差动保护的判据有两种思路： （1）躲过最大不平衡电流I，这种方法可以防止区外 短路的误动，但对区内故障则降低了差动保护的灵敏度；
1 纵联电流差动保护原理
纵联电流差动保护要求传输两端的电流相量，对传输设 制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） ，
可见：不平衡电流的大小和外部短路电流的大小有关，短路电流越大，不平衡电流越大。 外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可以采用以下方法计算：
备的容量和速率都有较高的要求，并要求两端的数据要严 此时需要传递两端各自的相位信息，需要传递的信息量小。
（2）采用浮动门坎，即带制动特性的差动保护。
由纵联电流差动保护的原理可知，在外部短路情况下，输电线两侧一次电流虽然大小相等，方向相反，理论上其和为零，但由于电流
互感器传变的幅值误差和相位误差，使其和不再等于零，保护可能进入动作区。
k 2 因为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以根据短路电流的大
因为区外故障时流过差动回路的不平衡电流与短路电流的大小有关系，短路电流小，不平衡电流也越小，因此可以根据短路电流的大
小调整差动保护的动作门坎。
2）躲过最大负荷电流
I I K I I I 当两侧互感器的型号、容量相同时取0. mn
m n o0 p
4.4.1 纵联电流差动保护原理
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纵联差动保护原理以及整定计算
纵联差动保护整定计算
与纵联差动保护有关的变压器参数计算，可按表1所列的公式和步骤进行。
在中作了如下假定：三绕组变压器；额定容量SN；绕组接法为YN,YN,d11；如低压侧电流互感器的二次电流最小，则选低压侧为基本侧；电流互感器二次额定电流为1A。
纵联差动保护原理：
所谓变压器的纵联差动保护，是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保护。
纵联差动保护装置，一般用来保护变压器线圈及引出线上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路。
对于变压器线圈的匝间短路等内部故障，通常只作后备保护。
纵联差动保护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成，两个电流互感器串联形成环路，电流继电器并接在环路上。
因此，电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。
在正常情况下或保护范围外发生故障时，两侧电流互感器二次侧电流大小相等，相位相同，因此流经继电器的差电流为零，但如果在保护区内发生短路故障，流经继电器的差电流不再为零，因此继电器将动作，使断路器跳闸，从而起到保护作用。
变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的，变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互
感器TA1、TA2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，保证纵差保护不动作。
但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。