电力变压器中纵差保护的运用分析
三绕组变压器纵差动保护的设计与仿真
摘要目前国内电力工业得到良好的发展成果，特高压输电线路创建完成，超大容量发电机组也开始产生，其中跨地区电网互联时期随之到来。
现在，电网系统更加复杂，综合规模稳步扩张，对电力系统稳定运作提出更加严苛的要求。
在电网中作为最重要的电力系统装置之一，变压器承担了电力系统中功率调节的功能，提升变压器保护的灵敏度和可靠性尤为关键。
但与其他一次性设备如母线等相比，变压器保护误动次数处于较高水平。
随着智能电站项目内开始使用电子变压器，我们也开始寻找到全新分析角度。
尤其是为此领域纵差保护的研究提出了一个新的方向。
关键词：三绕组；变压器；继电SummaryWith the development and progress of electric power in our country, the continuous construction of UHV transmission lines, the increase of super-capacity units, the era of interconnection between regions has been gradually realized, and the complexity of power grid is gradually deepening.And the scale expands unceasingly, put forward the new request to the safe operation of the electric power system. As one of the most important electrical equipment in power system, transformer is carrying the role of power porter in the power network, so it is very important to improve the sensitivity and reliability of transformer protection. However, compared with other disposable equipment such as busbar, the statistics of misoperation times of transformer protection has always been at a relatively high level, and with the gradual use of electronic transformers in intelligent power plant projects, This brings a new research idea to transformer protection, especially the research direction of transformer longitudinal differential protection.Key words: three windings; Transformer; Relay目录摘要 (1)1 变压器保护Θ (5)1.1 励磁涌流 (7)2 继电保护装置原理 (9)2.1 纵差动保护 (9)2.2 变压器瓦斯保护 (9)2.3 平行双回线路横联方向差动保护 (9)2.4 复合电压启动的过电流 (10)2.5 变压器中性点直接接地零序电流保护工作原理 (10)2.6 过电流保护的构成及工作原理 (11)3 短路电流计算 (12)3.1 基本参数 (12)3.2画出短路等值电路 (13)3.3短路电流计算的过程 (14)3.4保护装置的配置 (15)4 各保护装置的整定计算 (16)4.1纵差保护的整定计算 (16)4.2 110kV侧复合电压启动过电流保护整定计算 (18)4.3 38.5kV侧方向过流保护 (18)4.4 110kV零序过电流保护 (19)4.5 变压器气体保护的整定 (19)5 差动元件基本原理 (20)5.1 差动元件的动作方程 (20)5.2 差动电流及制动电流的取得 (21)5.3 电流互感器二次接线进行相位补偿（外转角） (22)5．4 用保护内部算法进行相位补偿（内转角） (22)5.5 CT二次断线 (25)5.6 逻辑构成框图 (26)第六章三相变压器的仿真 (29)6.1 三相变压器仿真的数学模型 (29)6.2电源电压的描述 (34)6.3铁心动态磁化过程简述 (34)7 三绕组变压器的仿真与分析 (38)7.1空载合闸 (38)7.2内部故障 (40)结论 (48)致谢 (48)三绕组变压器纵差保护的设计与仿真1 变压器保护变压器是电力领域内不容忽视的重要装备，甚至影响整个系统的正常发电，供电与平稳运作。
纵差保护在电力变压器中的应用
…ｎ ｔ ａ ｓ ｈ
工 业 技 术
纵差保护在 电力变压器中的应用
石 凯 郝 凤 霞
（ 内蒙古北方联合 电力公司海勃湾发 电厂 ， 内蒙古 乌海 ０６ ０ ） １０ ０
摘 要 ： 差保 护在发 电机上 的应 用比较 简单 ， 是作 为变压 器 内部故 障的主保 护 ， 差保护 将 有许 多特 点和 困难 。 差保护是 一切 纵 但 纵 纵 电气主设备 的主保 护 ， 灵敏度 高、 选择 性好 ， 变压 器保护 上运 用较为 广泛。 在
配 置变 压器 的保 护 装置 对 于变 压器 安 全 、 可 靠 的运行是 十分重要 的。 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 Ｋ Ｌ基本 定理 ， 被保 护 设 备 无 故 Ｃ 当 障时恒 有各流 人 电流之 和必 等 于各流 出 电流
关 键词 ： 变压 器 ； 差保 护 ；ｃ 涌 流 纵 ｌ磁 ｈ
以二 同时在励 磁 对 于 由变压 器两 侧 电流相位不 同而产 生 电力变 压器是 电力 系统 中十分 重要 的供 解成 各次 谐波 ， 次谐 波为 主 ， 的不 平衡 电流可 以通 过 改变 Ｌ Ｈ接线 方式 的 电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的 涌 流波形 中还会 出现 间断角 。 方 法来 克服 。对 于变压 器 Ｙ形接 线侧 ， Ｌ 其 Ｈ ２ ． 组连接 方式不 同 的影 响 ２绕 正 常运行带 来严 重的影 响 。同时大 容量 的 电 变压 器各侧 绕组 的连 接方式 不 同 ，如 双 采 用 △形 接 线 ， 变压 器 △形 接线 侧 ， Ｌ 而 其 Ｈ 力变 压器也 是十分 贵重 的元件 。因此合 理 的
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。
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
纵差保护的保护范围
纵差保护的保护范围
纵差保护是电力系统中一项非常重要的保护措施，它的主要作用
是保护电力系统中的发电机、变压器、线路等重要设备，避免因电压
偏差过大而引起的设备损坏和系统故障。
下面我们来详细了解一下纵
差保护的保护范围。
1、发电机保护范围
纵差保护在发电机保护中起着非常重要的作用。
当发电机运行过
程中出现电压偏差过大的情况时，纵差保护会及时发现并保护发电机。
纵差保护的作用范围主要是发电机绕组和旁路电容器，能够在电压偏
差较大时及时发现，同时还可以监测变量如电流、功率、频率等，确
保发电机运行的正常。
2、变压器保护范围
纵差保护在变压器保护中也有着非常重要的作用。
当变压器电压
偏差过大时，纵差保护会自动跳闸，对整个电力系统的安全起到了关
键性作用。
变压器保护范围主要是二次侧绕组，能够及时提醒我们加
强对电网负荷的调控。
3、线路保护范围
纵差保护在线路保护中也起着至关重要的作用。
线路保护主要是
指高压输电线路，当线路过载或者短路时，纵差保护会自动跳闸，排
除故障，保护设备。
纵差保护在线路保护中的作用范围主要包括线路、
电缆等，能够及时发现电压偏差较大的情况，保证电网的稳定性和可靠性。
总之，纵差保护的保护范围非常广泛，不仅可用于发电机保护、变压器保护和线路保护，还可以用于其他电力系统的保护中。
在实际应用中，我们应该充分发挥纵差保护的优势，加强对电压偏差等异常情况的监测，提升电网的安全性和稳定性。
同时，加强对纵差保护的维护和修复，不断完善保护体系，确保电力系统的正常运行。
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。
电力变压器的纵差保护
电力变压器的纵差保护一．引言电力变压器在电力系统中是十分重要的电气设备。
微机保护在整个系统中占有重要的地位，它的性能好坏将直接影响到系统安全稳定运行和能否可靠地供电。
电力变压器微机保护通常由电流纵差动保护(反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳闸)与瓦斯保护（反应变压器的内部短路故障或油面降低，瞬时动作于信号或跳闸）作为主保护，而过电流或复合电压启动的过电流保护〔反应变压器外部相间短路)、过负荷保护（反应变压器对称过负载，动作于信号或跳闸）、零序过流保护（反应变压器大电流接地系统中变压器外部接地短路，一般作用于信号）、过激磁保护（反应变压器过励磁，动作于信号或跳闸）等构成其后备保护。
瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的相间或匝间短路是一种非电量保护，其动作时间一般晚差动保护。
差动保护是作为变压器相间、匝间和接地短路故障的保护，它是变压器的一种重要的保护形式。
二．电流平衡与相位校正原理在理想情况下，当变压器正常运行或发生外部故障时，流过差流回路的电流为零，差动继电器不动作。
实际上由于主变各侧CT型号、变比、计算变比、磁饱和特性、励磁电流及主变空载合闸的励磁涌流等影响，差流回路不可避免存在不平衡电流；一旦不平衡电流超过差动继电器动作整定值时，会导致差动保护误动作。
为了防止变压器励磁涌流所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，主变差动保护采用间断角制动原理、二次谐波制动原理、波形对称原理躲过变压器励磁涌流的影响；为防止两侧CT型号不同所产生的不平衡电流引起差动保护误动作，则采用增大启动电流值以躲开主变保护范围外部短路时的最大不平衡电流；为了防止因变压器接线组别、CT变比不同引起的不平衡电流，则采用软件进行相位补偿及电流数值补偿使其趋于平衡。
图1变压器差动保护连线图Y→△补偿方式主变差动保护实际对主变高压侧（Y型侧）二次电流相位校准，算法如下：Y型侧：(222(222(222I I I A A B I I I B B C I I I C C A '⎧∙∙∙⎪=-⎪⎪'∙∙∙⎪=-⎨⎪'∙∙∙⎪⎪=-⎪⎩△型侧：222222a a b b c c I I I I I I ∙∙∙∙∙∙'⎧=⎪⎪'⎪=⎨⎪'⎪=⎪⎩ △→Y 补偿方式主变差动保护实际对主变低压侧（△型侧）二次电流相位校准，算法如下：Y 型侧：220220220()()()A A B B C C I I I I I I I I I ∙∙∙∙∙∙∙∙∙'⎧=-⎪⎪'⎪=-⎨⎪'⎪=-⎪⎩ △型侧：222222222()/()/()/a a c b b a c c b I I I I I I I I I ∙∙∙∙∙∙∙∙∙'⎧=-⎪⎪'⎪=-⎨⎪'⎪=-⎪⎩其中02221()3A B C I I I I ∙∙∙∙=++表示Y 型侧去掉零序电流，目的在于去除主变区外接地故障时流入Y 型侧的零序电流；因为△型侧不能提供零序电流通路，当发生接地故障时，零序电流在差流回路会产生不平衡电流而引起差动保护误动作。
电力变压器纵差保护常见问题分析
电力变压器纵差保护常见问题分析（1）首先有必要一提的是最常见的问题便是安装过程中消失的问题；目前常见的电流互感器，出厂时都在外壳上明确标注P1、P2；抽头S1、S2；意思是当CT一次侧的电流由P1流向P2时，二次侧感应电流的方向为S1到S2。
差动装置取的是爱护区域两端的两个CT的二次侧感应电流进行计算，此时就肯定要留意差动爱护装置本身的固有特性：是180度接线还是0度接线。
所谓180度接线要求，就是对两端两个CT进入爱护装置的电流求和，和为零时不动作；0度接线要求就是对两端两个CT进入爱护装置的电流求差值，差值为零时不动作。
安装作业人员甚至一些设计人员经常由于对该原理的模糊导致对于发电机的差动爱护习惯性设置为0接线，对变压器采纳180接线；这就与很有可能与差动爱护装置本身的计算属性要求不符，继而造成差动爱护的误动作。
虽然现在的自适应接线方式的差动爱护装置很好的解决了这个问题，但这种装置电厂普及度不高，极易消失问题，这就要求现场人员在施工过程中要严格校验。
（2）差动继电器的电流回路接线问题，现在电力变压器主要分为干式变压器和油浸式变压器两类，在变压器的规格参数中有一项被称之为联接组标号。
也就是平常说的接线方式。
暂以常规的Dyn11来阐明差动继电器电流回路接线问题。
依据基础电路理论，角型接法的线电压比星型接法的相电压超前30度，所以就变压器自身来说高压侧的电流会超前低压侧30度。
那么假如两侧的CT采纳相同的接线方式的话，在高压侧CT处产生的二次电流也会比低压侧CT产生的二次电流在相位上相差30度，那么正常运行时也就可能超过爱护定值造成误动。
对此问题现在普遍采纳转变CT二次绕组接线方式的方法来解决。
以Dyn11为例来说明，高压侧采纳三角形接线，那么高压侧对应的CT的二次绕组就采纳星型接线；低压侧采纳星型接线，那么低压侧对应的二次绕组就采纳角型接线；这样一次侧虽然高压侧的感应的线电压虽然会比低压侧感应的相电压超前30度；但由于接线方式，星型接法的CT的感应电流会比角型接法的CT的感应电流滞后30度。
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。
3.电力变压器的纵联差动保护(一)-工作原理(课件)
一、纵联差动保护的基本原理
1.变压器正常运行或者外部故障时差动电流分析
差动电流： Id
I1'
I2' =
I1 nTA1
I2 nTA2
这个电流在变压器正常运行或外部故障时不一定为零。
I1'
I
2' ，即I
' d
=
0
一、纵联差动保护的基本原理
如何选择合适的电流互感器变比，使正常运行或变压器外 部故障时差动电流为零？
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（1）励磁涌流对差动保护的影响 由变压器的原理可知，变压器的励磁电流只流过变压器其 中的一侧。因此通过TA反映到差动回路中不能被平衡。但在 变压器正常工作情况下，励磁电流很小，反映到差动回路可以 忽略不计。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（2）励磁涌流产生的原因
如果考虑剩磁Φr，这样经过半个周期后铁芯中的磁通将达到 幅值2Φm+Φr。因此：
铁芯中的磁通达到最大值—>变压器严重饱和—>励磁阻抗降 低—>对应的励磁电流很大—>类似于“涌动的潮流”，故简称 “励磁涌流”。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
1.变压器的励磁涌流
（1）励磁涌流对差动保护的影响 但是当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，
由于变压器铁芯中的磁通急剧增大，使变压器铁芯瞬时饱和， 出现数值很大的励磁电流（称为：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。
二、纵差动保护的不平衡电流及相应措施
5.电力变压器的纵联差动保护(三)-比率制动差动保护(课件)
变压器每相绕组励磁涌流中含有较大的二次谐波分量，含
量大小与铁芯饱和磁通甚至大小及电压突变出现角度等因素直
接相关。 判据：
I
2
I
K
1
I2——电流中的二次谐波有效值 I1——电流中的基波有效值 K——给定的整定值，一般取0.15~0.2
五保护
同时，理论研究及实践均发现，变压器三相励磁涌流中， 二次谐波并非同时达到此整定值，故一般采用或门制动的方式， 即三相中有一相2次谐波含量超过这个定值就闭锁变压器纵联 差动保护。
四、比率制动式差动保护
1.工作原理
图3-14 变压器差动保护原理接线图
若以流入变压器的电流方向为正，则差动电流为：Id = Ih Il
为了使区外故障时获得最大制动作用，区内故障时制动作用
最小甚至为0，制动量为：Ires = Ih - Il / 2
四、比率制动式差动保护
图中可以看出，区外故障时 Ih = Il，制动电流Ires达到最大
六、变压器的差动速断保护
Id
比率差动 动作区
Ist.0 A B 0G I res.0
C
I unb.max
SD
F
E
I res
Ires.max
图3-19 变压器差动速断动作区
差动速断保护的整定值， 按照躲过变压器最大励磁涌流 和外部短路最大不平衡电流的 整定，只反应差流中工频分类 的大小，不考虑谐波及波形畸 变的影响，其值达4~10倍的额 定电流。
六、变压器的差动速断保护
在变压器差动保护中，常常配有二次谐波等制动元件，以 防止励磁涌流引起保护误动。但是，在纵差保护区内发生严重 短路故障时，如果电流互感器出现饱和而使其二次侧电流波形 发生畸变，则二次电流中含有大量谐波分量，从而使涌流判别 元件误判为励磁涌流，致使差动保护拒动或延迟动作严重损坏 变压器。
变压器差动保护问题分析及措施
变压器差动保护问题分析及措施【摘要】在电力系统中电力变压器是十分重要和必不可少的设备。
它的故障将会给系统的正常供电和安全运行带来严重的后果，因此，变压器主保护：差动保护的正确动作至关重要。
为提高差动保护正确动作率，我们还要在工作中总结问题，分析问题，并提出改进措施，提高电网的安全运行。
【关键词】变压器；差动保护按差动原理构成的继电保护装置具有动作速度快，灵敏度高，不受外部短路影响，不受系统振荡影响等优点。
因而差动原理在构成继电保护装置上得到了广泛的应用。
当差动原理用于保护变压器时，需要解决在构成其他设备差动保护时，也会遇到一些特殊的问题，本文分析了一些问题及改进措施。
1.变压器纵差保护问题分析与措施变压器的高、低压侧是通过电磁联系的，故仅在电源的一侧存在励磁电流，它通过电流互感器构成差回路中不平衡电流的一部分。
在正常运行情况下，其值很小，小于变压器额定电流的3%。
当发生外部短路故障时，由于电源侧母线电压降低，励磁电流更小，因此，在这些情况下的不平衡电流对差动保护的影响一般可以不必考虑。
但在变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中，则会出现励磁涌流。
特别是在电压过零时刻合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流(可达5～10倍的额定电流)，通常称为励磁涌流。
图1为一500kV变压器合闸时励磁涌流的电流波形图（由RCS-978所录，也就是说从电流互感器二次所见到的波形）。
由图可见，励磁涌流IE中含有大量的非周期分量与高次谐波，因此励磁涌流已不是正弦波，且可能在最初瞬间完全偏于时间轴的一侧。
励磁涌流的大小和衰减速度，与合闸瞬间外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。
对于单相的双绕组变压器，在其它条件相同的情况下，当电压瞬时值过零时合闸，励磁电流最大；如果在电压瞬间值最大时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常的励磁电流。
变压器纵差保护
I a
I B
I C I C
I B
I b I c
变压器纵差保护的Y，dll接线
将变压器Y侧的电流 互感器二次绕组接成 ，而 将变压器 侧的电流互感器 二次绕组接成Y形，以补偿 30º 的相位差。
两侧电流互感器采用相位 补偿接线后，纵差保护两臂的电 I I I I bY 与 流同相，即 I 与 ， ， 与 分别同相。 I 因将Y侧的电流互感器二次 绕组接成 ，故其接入差动臂的 电流是电流互感器二次电流的 3 倍。为使正常情况下，每相两臂 中的电流大小相等，其电流互感 器的变比应增大 3 倍。
(3)励磁涌流有明显的间断角。差动保护 为了躲过励磁涌流影响，要充分利用 涌流间断角这一特征。 (4)克服励磁涌流引起的差动保护误动的 方法是延长保护的动作时间，以此来 躲过励磁涌流影响，但将失去保护装 置最可贵的特性——快速性，当然是 不可取的。
3. 抑制励磁涌流对差动保护影响的办 法： (1)采用带有速饱和特性变流器的变 压器差动保护。例如用电磁式DL型 电流继电器与FB-1型速饱和变流器 组成的差动保护。 (2)带有短路线圈的直流助磁特性的 差动保护。BCH-2 (3)带有制动和助磁特性的差动保护。 BCH-1
当变压器空载投入或外部故障切 除后电压恢复时，将可能出现很大 的励磁涌流。这是因为变压器在稳 态工作情况下，铁芯中的磁通滞后 于外加电压90º ，在空载投入的瞬间 恰好电压瞬时值u＝0时，则铁芯中 。 应具有负磁通 m
d e N dt
但铁芯中的磁通不能突变。因此， 这时必将产生一个幅值等于正磁通的 ，将负磁通抵消， 非周期分量的磁通 m 经过半个周期后，如果不计非周期分 量磁通衰减，铁芯中两个磁通极性相 同。总磁通幅值将达到2倍正磁通 ， 使铁芯处于高度饱和状态， 励磁涌流 2 m 的数值很大。
一起变压器纵联差动保护故障分析
一起变压器纵联差动保护故障分析介绍了某110kV变电站变压器纵联差动保护故障的原因分析。
标签：110kV变电站;纵联差动保护;电流互感器1引言对变压器引出线、套管及内部绕组的短路故障，大型变压器常装设纵联差动保护作为主保护，保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分，纵联差动保护灵敏度高，能快速切除故障变压器。
以下是某110kV变电站变压器纵联差动保护装置动作的故障分析，总结了变压器纵联差动保护应用中的常见问题及注意事项。
2故障情况简介某新建110KV变电站在站内满负荷运行时主变压器纵联差动保护装置动作，变电站综合自动化后台监控装置显示比率差动保护动作致变压器高、低压侧断路器跳闸。
综合自动化后台监控装置显示在断路器跳闸前保护装置曾有差流异常报警，在变电站运维人员尚未来得及处理时，比率差动保护动作引起变压器高、低压两侧断路器跳闸。
3 故障原因分析该变电站主变压器型号为SFZ11-100000/110 变比为115±8*1.25%/36.5kV Ynd11结线，uk=10.5%，最大运行方式下变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流初始值I’’2k，max为2.89kA，最小运行方式下变压器高压侧三相短路电流初始值I’’1k，min为11.35kA，低压侧三相短路时流过高压侧的电流初始值I’’2k，min为2.72kA。
变压器高压侧电流互感器变比为600/1，采用星型接法，低压侧电流互感器变比为2500/1，采用星型接法。
该110kV变电站主变压器纵联差动保护采用微机型继电保护装置，原理接线图见图1。
图1 变压器纵联差动保护原理接线图如图所示，在正常情况下，变压器低压侧电流的相位超前于高压侧同名相电流30°，如果直接用这两个电流构成变压器纵联差动保护，即使它们的幅值相同也会产生很大的不平衡电流，所以一般由微机保护装置用软件进行校正。
由于变压器两侧变比不一致，因此在正常运行和外部故障时变压器两侧电流互感器二次侧电流幅值不一致，即使经过相位校正，从两侧流入微机保护装置的电流幅值也不相同，存在不平衡电流，因此在微机保护装置中需要采用软件进行幅值校正。
电力变压器的纵联差动保护
励磁涌 流波形 的特点
1）初始值很大，可达额定电流的 6~8倍；
2）含有很大成分的非周期分量， 使曲线偏向时间轴的一侧；
3）含有大量的高次谐波，其 中二次谐波所占比重最大；
4）涌流的波形削去负波之后将 出现间断，图中α称为间断角。
14
措施：
1）接入速饱和变流器 2）采用以二次谐波制动原理构成的纵联差 动保护 3）采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护 4）采用差动电流速断保护
Iact (3 ~ 5)I NT 保护灵敏系数：
K sen
I (2) k . m in K I rel k.max
信号
18
III
III 2
接
线
图
～G
3
2、产生不平衡电流的原因与措施
（1）两侧电流互感器型号不同产生的不平衡 电流
产生 不平衡 电流 原因
变压器两侧的额定电压不同 两侧电流互感器的型号不同 饱和特性和励磁电流也不同
解决问题的方法：
整定计算时，引入同型系数。
4
（2）计算变比与标准变比不同产生的 不平衡电流
电流互感器选用的是标准化变比，
调压系数取值 取调压范围的一半。
8
（4）变压器接线组别的影响
常用的Y, d11接线组别的变压器， 它们 两侧电流之间存在着30的相位差。
相位补偿方法：1）通过电流互感器二次接
线进行相位补偿。
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IcY
Ibr
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IBd
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9
10
相位补偿后 ， 数值增大了 3倍。
变压器纵差动保护ppt课件
3
.
6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
4.三绕组变压器的纵联电流差保护
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电力系统常常采用三绕组变
压器。三绕组变压器的纵联
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差动保护原理与双绕组变压
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器是一样的。如图所示的变
压器为Yyd11接线方式。
思考：如何构造差动电流？如何选择CT变比？
nT I1 nTA2
nT I1 nTA2
I r nTn I 1 TAI 22(1nn Tn TTAA )2n 1IT 1A 1
选择CT变 比的原则
若选择： nTA2 nT A1
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则： (1nTnT A)1 I 1 0 nT A2 nT A1
正常运行或区外短路时：
Ir
nTI1 I2 0 nT A2
.
6.2 变压器纵差动保护
——基本原理和接线方式 ——减小不平衡电流影响的方法 ——整定计算的基本原则 ——具有制动特性的差动继电器
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6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
电流差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需 要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内故障， 具有独特的优点，因而被广泛的应用于变压器的主保护。 下面具体分析变压器电流差动保护。
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6.2.1 变压器纵差动保护的基本原理与接线方式
1.正常工作时理想变压器的一、二次侧的电流关系
I1
+
U1
-
I2
+
U2
-
nT
U1 U2
纵差稳态比率差动保护报告
纵差稳态比率差动保护报告一、引言纵差稳态比率差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，用于保护输电线路和变电站的稳态运行。
本报告将对纵差稳态比率差动保护进行详细介绍和分析，并探讨其在电力系统中的应用。
二、纵差稳态比率差动保护的原理纵差稳态比率差动保护是一种基于电流比率差的保护方式。
其原理是通过比较同一线路两侧的电流比率，来判断线路是否存在故障。
当线路正常运行时，两侧电流比率应相等。
而当线路出现故障时，故障点处的电流比率将发生变化，从而触发保护装置。
三、纵差稳态比率差动保护的特点1. 灵敏度高：纵差稳态比率差动保护对故障点的检测非常敏感，能够快速准确地定位故障。
2. 抗干扰能力强：纵差稳态比率差动保护采用了先进的数学模型和算法，能够抵抗电力系统中的各种干扰，确保保护的可靠性。
3. 高速动作：纵差稳态比率差动保护的动作速度非常快，能够在故障发生时及时切断故障电路，保护电力设备的安全运行。
四、纵差稳态比率差动保护的应用纵差稳态比率差动保护广泛应用于电力系统的输电线路和变电站。
其主要应用场景包括：1. 输电线路保护：纵差稳态比率差动保护可以对输电线路进行全面保护，及时检测并切除故障，防止故障扩展和设备损坏。
2. 变电站保护：纵差稳态比率差动保护可以对变电站的主变压器和高压电缆进行保护，确保变电站的正常运行。
3. 电力系统稳定性分析：纵差稳态比率差动保护还可以用于电力系统的稳定性分析，通过对电流比率的监测，判断电力系统的稳定性，并及时采取措施进行调整。
五、纵差稳态比率差动保护的发展趋势随着电力系统的发展和升级，纵差稳态比率差动保护也在不断演进和改进。
未来纵差稳态比率差动保护的发展趋势包括：1. 多功能保护装置：纵差稳态比率差动保护将与其他保护方式相结合，形成多功能保护装置，提高保护的全面性和可靠性。
2. 智能化技术应用：纵差稳态比率差动保护将引入智能化技术，实现对电力系统的远程监测和控制，提高保护的智能化水平。
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电力变压器中纵差保护的运用分析
发表时间：2018-01-28T19:09:00.293Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：秦振华1 张英杰2 张学忠3 巩翔宇3 邵淑敏2
[导读] 摘要：变压器纵联差动保护的目的就是保护变压器本体、各侧引线和套管，并躲开励磁涌流、区外故障引起的穿越性电流的影响。
（1河南省机场集团有限公司河南省 450000；2河南森源电气股份有限公司河南省 461500；
3国网河南省电力公司周口供电公司河南省 466000）
摘要：变压器纵联差动保护的目的就是保护变压器本体、各侧引线和套管，并躲开励磁涌流、区外故障引起的穿越性电流的影响。
本文笔者对纵联差动保护的原理以及纵联差动保护不平衡电流的原因及其减少的措施进行了探讨。
关键词：纵联差动保护；变压器；不平衡
通常情况下来说，可以把变压器的故障大致的分成内部的故障与外部的故障两个大类。
内部的故障一般是指的变压器绕组发生或出现相间短路或者匝间短路，又或者是中性点接地侧单相接地短路等故障。
而变压器的最经常遇到的外部故障是指的，引出线绝缘套管的地方出现了故障，它很有可能将会引起引出线相间短路故障或者是接地（对变压器外壳）短路故障。
根据上述可能发生的故障及不正常工作情况，变压器一般应装设下列保护装置：1）瓦斯保护；2）纵联差动保护；3）电流速断保护；4）过电流保护；5）过负荷保护。
而纵联差动保护用来防御变压器内部故障及引出线套管的故障。
容量在10 000kV・A及以上单台运行的变压器和容量在6 300kV・A及以上并列以运行的变压器，都应装设纵联差动保护。
1 电力变压器纵差保护的基本原理
纵差保护全称纵联差动保护，变压器的纵联差动保护防御的是油箱外面套管和引出线等的故障。
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，相位相反，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，起到保护作用。
2 纵差保护中常见问题
（1）首先有必要一提的是最常见的问题便是安装过程中出现的问题；目前常见的电流互感器，出厂时都在外壳上明确标注P1、P2；抽头S1、S2；意思是当CT一次侧的电流由P1流向P2时，二次侧感应电流的方向为S1到S2。
差动装置取的是保护区域两端的两个CT的二次侧感应电流进行计算，此时就一定要注意差动保护装置本身的固有特性：是180度接线还是0度接线。
所谓180度接线要求，就是对两端两个CT进入保护装置的电流求和，和为零时不动作；0度接线要求就是对两端两个CT进入保护装置的电流求差值，差值为零时不动作。
安装作业人员甚至一些设计人员常常由于对该原理的模糊导致对于发电机的差动保护习惯性设置为0接线，对变压器采用180接线；这就与很有可能与差动保护装置本身的计算属性要求不符，继而造成差动保护的误动作。
虽然现在的自适应接线方式的差动保护装置很好的解决了这个问题，但这种装置电厂普及度不高，极易出现问题，这就要求现场人员在施工过程中要严格校验。
（2）差动继电器的电流回路接线问题，现在电力变压器主要分为干式变压器和油浸式变压器两类，在变压器的规格参数中有一项被称之为联接组标号。
也就是平时说的接线方式。
暂以常规的Dyn11来阐明差动继电器电流回路接线问题。
根据基础电路理论，角型接法的线电压比星型接法的相电压超前30度，所以就变压器自身来说高压侧的电流会超前低压侧30度。
那么如果两侧的CT采用相同的接线方式的话，在高压侧CT处产生的二次电流也会比低压侧CT产生的二次电流在相位上相差30度，那么正常运行时也就可能超过保护定值造成误动。
对此问题现在普遍采用改变CT二次绕组接线方式的办法来解决。
以Dyn11为例来说明，高压侧采用三角形接线，那么高压侧对应的CT 的二次绕组就采用星型接线；低压侧采用星型接线，那么低压侧对应的二次绕组就采用角型接线；这样一次侧虽然高压侧的感应的线电压虽然会比低压侧感应的相电压超前30度；但由于接线方式，星型接法的CT的感应电流会比角型接法的CT的感应电流滞后30度。
这样流入差动保护装置的两组电流就刚好可达到相位一致的状态。
（3）励磁涌流的问题，当变压器合闸时或外区域故障时，可能产生很大的电流，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流称之为励磁涌流，励磁涌流对变压器并无危险，因为这个冲击电流存在的时间很短。
解决方法最主要的的是如何识别涌流、利用涌流中的一些特性来构成差动保护的闭锁条件，找到准确、可靠的闭锁判据。
间断角原理就是利用短路电流波形是连续变化的，而励磁涌流波形是具有明显的间断角特征作为鉴别涌流的判据。
该方法是以精确测量间断角为基础的，间断角的测量必须考虑电流互感器传变对励磁涌流的影响，尤其当电流互感器饱和后对二次电流波形的影响。
同时还受到采样率、采样精度的影响及硬件的限制，因此这种原理在变压器差动保护中的应用效果曾不十分理想。
但是随着人们在这方面的研究的深入细致和进行了大量的试验工作，恢复间断角的算法被提出来，改进后应用效果还比较理想。
关于二次谐波法，目前常采用二次谐波构成差动保护的闭锁条件来防止涌流误动。
二次谐波制动目前也有几种方案，最常用的是三相“或”的闭锁方式，只要判断出一相差流中的二次谐波的含量满足涌流制动的条件，即闭锁使保护指令不能发出。
这种原理的保护在现场应用的效果还是比较理想，基本能够有效的区别变压器真正故障和空载合闸或外部故障切除后电压恢复时的涌流。
涌流中的三次谐波成分也比较大，仅次于二次谐波，但是三次谐波不能作为涌流的特征量来组成差动保护的制动或闭锁部分。
如果以直流分量来构成差动保护的闭锁条件的话，变压器内部短路时势必会延缓保护的动作速度，并且三相涌流中往往有一相为周期性电流，即它不含有直流分量，这时还必须增大差动保护的动作电流来躲过这种周期性涌流，这又使保护的灵敏度降低。
（4）差动保护定值的问题，目前的差动保护装置定值包含差动速段投退定值；差动速断电流定值；比率差动投退定值；比率差动门槛电流定值；拐点1/2电流定值；折线1/2斜率系数定值；CT断线闭锁投退定值；差动平衡系数定值；启动时间定值；差动延时时间定值。
以下主要对差动平衡系数、差动速断定值、比率差动保护定值进行说明：
①差动平衡系数：用于补偿差动回路电流平衡，以选择的基准值进行折算。
Kphl=In1/In2其中In为额定电流，
计算方法如下：In=Pn /√3Un*Kl
式中：Pn—额定容量。
Un—各侧额定电压。
Kl—电流互感器变比。
②差动速断定值：整定原则为躲开外部故障时最大不平衡电流即：Isd=Kr*In1式中：In1为高压侧额定电流；Kr为相对于额定电流的励磁涌流倍数，可根据系统阻抗和CT特性来整定，一般取6～10Ie。
③比率差动保护定值：包括差动电流门槛定值Icd、第一拐点定值Ir1、第二拐点定值Ir2、比率制动第一段折线斜率K1、第二段折线斜
率K2、谐波制动系数Kxb，Icd整定值应能躲过额定负载时差动回路的最大不平衡电流，即 Icd=Kk*（Ktx*Fi+）*IeIn--额定电流Kk—可靠系数，取1.3～1.5Ktx—电流互感器同型系数，取1.0Fi—电流互感器的最大相对误差，取0.1 实际中一般取Icd为0.25～0.5Ie对于不同型号、容量的变压器的纵联差动保护，出厂时都配有各自的定值手册，在安装结束调试工作开始前，一定要注意按照定值手册对差动保护装置的参数进行核对，选择合适的保护定值参数是保证变压器保护装置可靠动作的关键。
3 结语
灵敏性和灵活性现在占据广阔市场，通过目前对它的创新和改进以及各种功能的完善，在未来的市场上，这种切实可行的电力变压器仍旧具有不错的前景。
参考文献
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