纵联差动保护
线路纵联差动 零序差动保护原理
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纵联电流差动保护概述
纵联电流差动保护概述摘要：纵联电流差动保护有明确的选择性，逐渐成为高压线路的主保护。
本文首先重点介绍了纵联电流差动保护的保护原理，然后分析了影响纵联电流差动保护的性能因素及其解决办法，最后介绍了纵联电流差动保护在现场的对调工作。
关键字：纵联电流差动保护；选择性；原理；解决办法；对调0、引言根据继电保护在电力系统中所担负的任务，通常继电保护装置必须满足四个基本要求，即选择性、快速性、灵敏性和可靠性。
随着微机保护技术和光纤通信技术的日益成熟，纵联电流差动保护逐渐成为高压线路的主保护，其保护原理简单，有明确的选择性和很好的速动性，可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。
1、纵联电流差动保护原理纵联保护在电网中可实现全线速动，理论上具有绝对的选择性。
电流差动保护是较为理想的一种保护原理，其选择性不是靠延时，不是靠方向，也不是靠定值，而是靠基尔霍夫电流定律：流向一个节点的电流之和等于零【1】。
图1-1 纵联电流差动保护原理（b）比率制动特性设流过两端保护的电流、以母线流向被保护线路的方向规定为其正方向。
以两端电流的相量和作为继电器的动作电流，如式1-1（a），该电流有时也称作差动电流、差电流。
另以两端电流的相量差作为继电器的制动电流，如式1-1（b）。
式1-2 比率制动特性两折线公式而当线路外部短路时，经计算，其工作点落在动作特性的不动作区，差动继电器不动作。
差动继电器可以区分线路外部短路（含正常运行）和线路内部短路。
继电器的保护范围是两端TA之间的范围。
【2】2、影响差动保护的性能因素及其解决办法2.1 电流互感器的误差和不平衡电流同型号的电流互感器性能也不能保证完全一致，电流互感器之间存在误差；电流互感器励磁电流的影响也会带来误差；保护装置采样回路的误差等。
以上误差都会引起不平衡电流，不平衡电流增大会影响差动保护的灵敏度。
电流互感器的误差可以通过选取同一厂家同一批次的相同型号电流互感器来尽量减小，而对于保护装置采样回路的误差，则要求保护厂家采取措施尽量减小它的影响。
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1 与 I2 反向流入，KD的电流为11TAIn- 22TAIn=1I' - 2I'≈0 ，故KD不会动作。
当在保护区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD的电流为：11TAIn+ 22TAIn=1I' +2I'=2kTAIn当2kTAIn大于KD的整定值时，即1I' - (3)max max/unb st unp i k TAI K K f I n=≠0 ,KD动作。
这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TAI n ≥Iset ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。
通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达：.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中：Kst ——同型系数，取；Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop=(Krel 为可靠系数，取）。
越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。
对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。
为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流=（IN 为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。
110KV供电系统中的各种保护
1、纵联差动保护，即输电线的纵联差动保护，是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。
2、差动保护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。
特性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。
以前由于受辅助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，由于光纤的广泛使用，纵联差动保护已可作为长线路的主保护。
对于发电机、变压器及母线等，均可广泛采用纵联差动保护实现主保护。
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。
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。
变压器纵差保护原理接线图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。
主变纵联差动保护误跳闸几种原因分析
主变纵联差动保护误跳闸几种原因分析误跳闸是指在正常操作条件下，保护装置错误地将电力系统的一部分或全部切除电源。
主变纵联差动保护是一种常用的保护方式，用于保护电力系统的主变压器。
误跳闸的原因可能是多方面的。
以下是几种常见的主变纵联差动保护误跳闸的原因分析：1.外部干扰：当电力系统中存在外部干扰时，可能会导致差动保护误跳闸。
例如，周围环境中的闪电放电、强电磁场干扰等都可能引起保护装置的误动作。
这种情况下，应采取防雷措施或在保护装置周围设置屏蔽装置，以减小外部干扰对保护的影响。
2.信号误差：主变差动保护装置通过测量主变压器的高压侧和低压侧电流，进行差动计算并与设定值进行比较，从而判断系统是否存在故障。
然而，由于测量设备的精度限制、传输线路的质量等原因，测量的电流值可能存在误差。
当这些误差超过设定值时，差动保护可能会误动作。
因此，应定期校准测量设备，检查传输线路的质量并及时更换老化设备，以降低信号误差。
3.被保护设备故障：差动保护的作用是保护主变压器免受内部故障的损害。
然而，在主变压器内部发生故障时，例如主绕组短路、绝缘击穿等，电流分布会发生改变，导致差动保护误判为故障。
因此，在主变压器内部进行定期检查和维护，及时处理潜在的故障，可以减少误动作的概率。
4.设备参数变化：保护装置对电力系统进行保护时，需要设定一些参数，例如差动电流阈值等。
然而，由于主变压器的负载变化、温度变化等原因，电气参数可能会发生变化。
如果设定值与实际值不匹配，保护装置可能会误判为故障并跳闸。
因此，应定期检查和校准保护装置的参数，并根据实际情况进行调整。
5.人为操作错误：人为操作错误也可能导致差动保护误跳闸。
例如，误操作了与差动保护装置相关的设备，或者误操作了与主变压器相关的设备。
此外，对主变压器进行维护或检修时，可能会因为未按规定程序进行操作而引起保护装置的误动作。
因此，在操作保护装置前，应进行必要的培训和演练，并按照操作规程进行操作，以减少人为操作错误。
纵联和横联差动保护说明
纵联差动保护与横差保护的区别
定义：其动作和选择性取决于被保护区各端电流的幅值比较或相位与幅值比较的一种保护。
所谓输电线的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。
因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。
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。
由于受辅助导线条件的限制，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。
定义：应用于并联电路(或双回线)的一种差动保护。
其动作取决于这些电路中电流的不平衡分配。
在阻抗相同的两条平行线路上可装设横联差动方向保护。
横联差动方向保护反应的是平行线路的内部故障，而不反应平行线路的外部故障。
纵联电流差动保护
4.4.1 纵联电流差动保护原理
外部短路时穿过两侧电流互感器的实际短路电流 可I re以s 采 用以下方法计算：
（2）带制动特性的差动继电器特性 这种原理的差动继电器有两组线圈：制动线圈和动作线圈。
制动线圈流过两侧互感器的电流之差（循环电流） Im ，In 动作线圈流过两侧互感器的电流之和 Im ，In动作条件为：
I mI nKI mI nIo0p
K
I op 0
制动系数，在0~1之间选择。 很小，克服继电器机械摩擦或保证电路状态发生翻转做需要的值。
比率制动方式
Ires0.5I mI n， Ires0.5I mI n 标积制动方式
Ires I mI nco1s8( 0m)n co1s8( 0m)n0
0
co1s8( 0m)n0
在差动继电器的设计中，差动的动作门坎随着 I res 的增大而增大， I res 起制动作用，称为制动电流。动作
的电流（不平衡电流）为：
I unb I mI nnT 1（ A I MI N)
电流继电器正确动作时，差动电流（动作电流） I 应r 躲过
最大不平衡电流，即：
Ir I mI n Iunb
4.4.1 纵联电流差动保护原理
在工程上，不平衡电流稳态值采用电流互感器的10% 的误差曲线按下式计算：
Iun b 0.1KstKnp Ik
因此可以从高频信号的连续和间断反应两端电流相位比 较结果，构成相位纵联保护。
下面结合图形具体说明。
区外故障时
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。
纵联差动保护
可选择保护的动作判据为：
对于给定的Ra、Rb、RX、K2及K，当上式等号成立时，RX便为检测到的最大接地电阻Rx.max，若K2取固定值，则改变K可以调整灵敏性。K2值可根据灵敏性要求,由式（7.64）取等号求出，即
具有比率制动特性的差动保护
保护的动作电流Iop随着外部故障的短路电流而产生的Iunb的增大而按比例的线性增大，且比Iunb增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障的短路电流作为制动电流Ibrk,而把流入差动回路的电流作为动作电流Iop。比较这两个量的大小，只要IOP≥Ibrk，保护动作；反之，保护不动作。其比率制动特性折线如图7.2所示。
由电桥平衡原理构成的励磁回路两点接地保护有两个缺点：
①由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地后投人，所以，对于发生两点同时接地，或者第一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保护装置均不能反映。
②若第一个接地点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动。
电桥原理转子两点接地继电器电路原理接线及方框图
装置动作时对应的RX为
对于给定的Ra、Rb、RX、K2及K，当上式等号成立时，RX便为检测到的最大接地电阻Rx.max，若K2取固定值，则改变K可以调整灵敏性。K2值可根据灵敏性要求,由式（7.64）取等号求出，即
发电机励磁回路两点接地保护
当转子绕组发生两点接地故障，由于故障点流过相当大的短路电流，因而会烧伤转子；
，总有一定量值的电流流入KD,此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达：
纵联和横联差动保护的原理
纵联和横联差动保护的原理~！电网的纵联差动保护电流、电压和距离保护属于单端保护，不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。
这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。
如何保证瞬时切除高压输电线路故障？解决办法：采用线路纵差动保护线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。
当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。
－、纵联差动保护的工作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下图所示。
，即为电流互感器二次电流的差。
差回路：继电器回路。
正常'流入继电器的电流为I2—I2运行：流入差回路的电流外部短路：流入差回路中的电流为指出：被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电流为零。
实际上，差回路中还有一个不平衡电流Ibp。
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二、纵联差动保护的不平衡电流 1．稳态情况下的不平衡电流该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。
差动回路中产生不平衡电流最大值为式中 KTA一电流互感器 10％误差； max—被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。
∙Ktx—电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l； Id 2．暂态不平衡电流纵联差动保护是全线速动保护，需要考虑在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为 2。
三、纵联差动保护的整定计算~式中Kfz——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.5 差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定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灵敏度校验：四、纵联差动保护的评价优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。
山东大学全数字化电流差动纵联保护实验
全数字化电流差动纵联保护实验一、1.1 基本接线1.2 联机配置（外接PC 与保护装置的连接及配置时）二、 电流差动纵联保护测试三、 电流差动纵联保护基本原理电流差动纵联保护是利用线路两端的电流量的向量和在内部故障和非故障时的特征差异构成的保护，下图为电流差动纵联保护的原理图：图6.2 电流差动保护的原理KD 为差动继电器，其中I r =I n +I m ：1、当K2故障（或正常运行）时：I m ，I n 反向，I r =I n +I m =0；2、当K1故障（内部短路）时：I m ，I n 接近同向，I r ≠0且具有很大量值，因此利用差动电流的幅值大小即可反应区外和区内短路。
正常运行或外部故障时，由于两端TA 不可能完全相同，以及两端TA 饱和情况不一致等因数，流入KD 的电流通常不为零（不平衡电流），因而在设计差动继电器的动作判据时需考虑其影响。
目前，一般采用的动作判据为：&&&&&&⎩⎪≥⎨⎪≥−⎧I I I I I K I I ++m n op m n m n （式6-1）为正常运行情况下不误动的最小门槛值，K 为制动系数，可在0~1之间取值，&&I I +m n称为差动电流，&&−I I m n称为制动电流。
根据动作方程，可以得到动作特性图（横坐标为制动电流，纵坐标为差动电流）：I op图6.3 电流差动纵联动作特性图两侧电流的同步测量 ：对于数字化保护，线路两端必须进行同步采样或采样同步化处理，这是实现数字化电流差动纵联保护的关键。
目前采用的同步方式有两种：一种是基于通道的同步方法，另一种是基于GPS 的同步方法。
前者是对采样时钟或者采样电流进行同步调整，间接实现数据同步；对于电流差动纵联保护，最重要的是比较两侧“同时刻”的电流，但通过通信通道传递两侧电流时，首先要对各端电流的瞬时值进行数字化离散采样，保护常用的采样速率为每个工频周波12~24点，相差一个采样点间隔则相差30°~15°，为了保证判据的正确性，保护必须采用同步数据。
纵联差动保护原理
一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD 接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I 1 与 I 2 反向流入，KD 的电流为11TA In - 22TA I n =1I '- 2I '≈0 ，故KD 不会动作。
当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD 的电流为：11TA I n + 22TA I n =1I '+ 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时，即 1I ' - (3)maxmax /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。
这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TAI n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。
通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达：.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中：Kst ——同型系数，取；Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。
为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop=(Krel 为可靠系数，取）。
越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。
此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。
【精选】导引线纵联差动保护
导引线纵联差动保护(简称导引线保护)直接比较线路两端电流的幅值和相位，以判别区内、外短路。
它不受负荷电流、系统振荡的影响，也不反应区外短路，能快速切除全线各种类型短路故障。
通常采用综合变流器将三相电流变为单相电气量，用一个执行元件、一对芯线来保护电力线路区内各种短路〔1〕。
导引线保护有环流和均压两种接线方式。
环流式导引线保护将线路两端电流互感器按同极性相连，执行元件并联跨接在环流回路。
均压式导引线保护按反极性相连，执行元件串联接入在环流回路(如图1所示)。
正常运行和区外短路时，环流接线的导引线中有电流环流，执行元件中电流为零，均压接线的导引线中没有电流环流，执行元件中也无电流。
区内短路时，两种接线方式中的执行元件均有电流而动作，控制断路器跳闸。
因其接线简单，能反应区内各种短路故障，可作为110～220 kV、距离7 km以下的单、双回输电线路的主保护。
重要线路或短线路可配置两套导引线保护，实行主保护双重化。
导引线电缆若是架空或与动力电缆同沟敷设，则继电保护设备易受大气过电压或感应过电压的侵袭，引起保护误动作，危害设备及人身安全，所以要采取防护措施如上图所示，外部故障时，I d =I unb =0.05I k，I brk =2I k，I d /I brk =0.025I k，I k为―穿越性‖的外部故障电流。
差动电流不会进入动作区，保护不动作。
内部故障情况如上图所示，I d =I k ，I brk =(0～1)I k ，I d /I brk =(1～∞)I k，I d (I brk)在图中标注的区间内，保护可靠动作。
I k为故障点总的短路电流，制动电流大小与短路电流的分布有关，注意制动系数K brk应小于1。
（2）电容电流问题线路电容电流对于差动保护属于不平衡电流，整定时应躲过实测线路电容电流值。
电容电流较大时可以进行电容电流补偿，式7-10中I dΦ.c为补偿后相差动电流，I dΦ为相差动电流，I CΦ为相电容补偿电流。
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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。
6.2.1.3 动作整定值实际运行中，由于变压器的励磁涌流、有载调压等因素的影响，当变压器正常运行或区外故障时，流入差动继电器的电流K I ≠0，而是存在一个大于零的不平衡电流，其最大值称所以，为了保证纵差保护的动作可靠性，差动继电器的动作电流值act K I ⋅应按躲过变压器可能出现的最大不平衡电流来整定计算，即 act K I ⋅＝rel K max ub I ⋅ （6.5） 式中，rel K ——可靠系数，其值大于1。
从式(6.5)可见，不平衡电流max ub I ⋅愈大，继电器的动作电流也愈大。
可见max ub I ⋅太大，就会降低区内故障时保护的灵敏度，因此，减小不平衡电流及其对保护的影响，就成为实现变压器纵差保护的主要问题。
6.2.2 纵差保护的接线方式牵引变压器常采用YN,d11接线方式，因此，因此牵引变压器两侧电流的相位差为30°，如果两侧电流互感器采用相同的接线方式，即使两侧电流数值相同，也会产生12sin15I 的不平衡电流。
因此，必须补偿由于两侧电流相位不同而引起的不平衡电流。
传统的方法是将YN,d11接线的变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，三角形接线侧的电流互感器接成星形接线，这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流2AB I 和2ab I 相位一致，如图6.5(a)所示,电流相量图如图6.5(b)所示。
按图6.5(a)接线进行相位补偿后，高压侧保护倍，为使正常负荷时两侧保护臂中电流接近相等，T i i K n n 312= （6.6）（图6.5 Y,d11接线的变压器两侧电流互感器的接线及电流相量图）在微机变压器纵差保护中，两侧的电流互感器均接成星形，称为二次全星形联结，如图6.6（a）所示。
变压器三角形侧的电流经过接成星形的三个电流互感器输入微机保护装置，装置采集后得到三角形侧的三个线电流；而变压器星形侧的电流经过接成星形的三个电流互感器输入微机装置后，由软件对星形侧的电流进行校正，装置把采集的三个相电流两两相减，再同三角形侧的线电流相平衡，如图6.6（b）、(c)所示。
这种方式使得二次接线简单，便于判断故障相和TA断线。
(a)变压器及其纵差保护接线、(b)电流互感器一次电流相量图、(c)纵差保护回路的电流相量图（图6.6 二次全星形联结的纵差保护接线及其对称运行的相量图）6.2.3 不平衡电流产生的原因及消除6.2.3.1 变压器励磁电流正常情况下，变压器的励磁电流很小，通常只有变压器额定电流的3%～6%或更小，故纵差保护回路中的不平衡电流也很小。
在区外故障时，由于系统电压下降，励磁电流也将减小，因此，在稳态情况下，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，例如在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，就可能产生很大的励磁电流，其数值可达额定电流的6～8倍。
这种暂态过程中出现的变压器励磁电流通常称为励磁涌流。
由于励磁涌流的存在，常常导致纵差保护误动作，给变压器纵差保护的实现带来困难。
为此，应讨论变压器励磁涌流产生的原因和它的特点，并从中找到克服励磁涌流对纵差保护影响的方法。
产生励磁涌流的原因主要是变压器铁芯的严重饱和使励磁阻抗大幅度降低。
励磁涌流的大小和衰减速度与合闸瞬间电压的相位、剩磁的大小、方向、电源和变压器的容量等有关。
当电压为最大值时合闸，就不会出现励磁涌流，只有正常励磁电流。
但是对于三相变压器，无论在任何瞬间合闸，至少有两相会出现程度不等的励磁涌流。
根据实验结果及分析可知，励磁涌流具有以下三个特点：（1）励磁涌流很大，其中含有大量的直流分量。
（2）励磁涌流中含有大量的高次谐波，其中以2次谐波为主，而短路电流中2次谐波成分很小。
表6.1中列出了短路电流和励磁涌流中各次谐波分量的比例。
（3）励磁涌流的波形有间断角，如图6.7所示。
（图6.7 励磁涌流波形的间断角）根据励磁涌流的特点，为了防止励磁涌流对纵差保护的影响，变压器纵差保护常采用下述措施：（1）采用带有速饱和变流器的差动继电器构成纵差保护。
（2）利用二次谐波制动的差动继电器构成纵差保护。
（3）采用鉴别波形间断角的差动继电器构成纵差保护。
6.2.3.2 电流互感器计算变比与实际变比不同根据纵差保护的基本原理可知，要保证变压器正常运行或纵差保护范围外短路时不动作，则变压器高、低压侧电流互感器的变比需要符合类似式（6.2）或式（6.6）的要求，并按该式进行计算与选用。
但实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较大的标准变比的电流互感器。
这样，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。
在传统的纵差保护中，常常用具有速饱和铁芯的差动继电器的平衡线圈来消除此差流的影响。
在微机变压器纵差保护中，两侧电流互感器的电流比和变压器的电压比不需要严格满足上述要求。
采用二次全星形联结的微机纵差保护对两侧（或三侧）电流互感器的电流比没有特别要求，可以采用具有标准化电流比的电流互感器，它将电流互感器二次侧电流差改为数字差（由软件实现），即由此带来的二次侧不平衡电流用数值计算进行补偿。
这种补偿方法较之传统纵差保护采用的补偿方法更准确，不平衡电流更小。
当然，微机保护装置在采样和数据处理时会带来一定的误差。
对于采样带来的误差，可通过提高采样的精度来改善，如采用位数更高的A/D转换器件。
对于数据处理（如数据截断）所带来的误差，可通过加宽数据窗长度的方法来提高精度。
但数据窗越长，所需的处理时间也会越长，从而对保护的快速性产生影响。
此外，研究新的保护算法也可改善误差。
一般而言，采样和数据处理所产生的不平衡电流很小。
6.2.3.3 变压器两侧电流互感器型号不同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。
为保证纵差保护的正常工作，通常根据电流互感器的10%误差曲线来选择电流互感器的型号。
6.2.3.4 变压器有载调压变压器带负荷调节分接头是电力系统中电压调整的一种方法，改变分接头就是改变电力系统变压器的变比。
但对继电保护来讲，在整定计算中，纵差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。
当纵差保护投入运行后，在调压抽头改变时，一般不可能对纵差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。
为克服由此产生的不平衡电流，应在纵差保护的整定中加以考虑。
6.2.3.5 纵差保护范围外部短路故障在变压器纵差保护区外故障的暂态过程中，由于变压器两侧电流互感器的铁芯饱和特性及饱和程度不同，互感器饱和后，传变误差增大而引起的不平衡电流，对纵差保护产生较大的影响。
当区外故障时，短路电流中含有很大的非周期分量。
在短路后的t＝0时，突增的非周期分量使电流互感器的铁芯中产生一个突增的磁通，它使二次回路中产生一个突增的非周期分量电流，此电流是去磁的。
电流互感器一、二次回路的衰减时间常数不同，一次回路衰减时间常数较短（例如0.05秒），二次回路的电阻小，电感大，衰减时间常数较长，甚至可达1秒。
在一次侧非周期分量减少以后，二次侧衰减很慢的非周期分量电流为励磁电流的一部分，使电流互感器铁芯饱和。
铁芯饱和后，励磁阻抗大大降低，周期分量的励磁电流加大，最大值出现在几个周波之后，其值为稳态励磁电流的很多倍，波形如图6.8所示。
曲线3为铁芯饱和以后励磁电流的周期分量，曲线4为短路电流中衰减的非周期分量（归算到互感器的二次侧）；曲线1为互感器的二次侧感应的非周期分量电流；曲线2为总的励磁电流（误差电流），其中包括铁芯饱和后加大的励磁电流和互感器二次衰减慢的直流分量。
总误差电流偏到时间轴的一侧。
（图6.8 过渡过程中电流互感器励磁电流的波形图）外部短路暂态过程中变压器两侧电流互感器励磁电流大大增加，由于两侧电流互感器铁芯饱和程度不同，两侧总励磁电流的差即暂态过程中不平衡电流加大。
从分析和实验记录的不平衡电流波形可知，外部短路暂态不平衡电流比稳态不平衡电流大，并含有较大直流分量。
为了减少纵差保护区部故障的暂态过程中不平衡电流的影响，在电磁式继电保护中曾采用在差动回路中接入具有快速饱和特性的中间变流器。
速饱和变流器是一个铁芯截面较小、易于饱和的中间变流器。
从上面的分析可知，暂态不平衡电流中有较大的直流分量。