变压器差动保护
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电力变压器差动保护
复习（变压器气体保护） 复习（变压器气体保护）
变压器可能发生哪些故障和异常运行状态？ 变压器可能发生哪些故障和异常运行状态？ 一般应配置哪些保护装置？ 一般应配置哪些保护装置？
气体保护有何优点？ 气体保护有何优点？为什么不能单独作为 变压器的主保护？ 变压器的主保护？
变压器气体保护的评价
4.变压器调压分接头改变产生的不平衡电流 变压器调压分接头改变产生的不平衡电流 及解决的办法 产生原因 带负荷调压的变压器在运行中改变分接头 调压时，改变了变压器的变比， 调压时，改变了变压器的变比，原已调整 平衡的差动保护，又出现新的不平衡电流。 平衡的差动保护，又出现新的不平衡电流。 解决办法 在变压器差动保护的整定计算中考虑， 整定计算中考虑 在变压器差动保护的整定计算中考虑，即 提高差动保护的动作电流。 提高差动保护的动作电流。
nTA (Y ) = 3I N (Y ) / 5
变压器三角形侧TA变比为： 变压器三角形侧 变比为： 变比为
nTA( ∆ ) = I N ( ∆ ) / 5
模拟式的差动保护都是采用上图所示的接线 模拟式的差动保护都是采用上图所示的接线 方式， 方式，从而可以消除由于变压器接线方式 不同在差动回路中产生的不平衡电流。 不同在差动回路中产生的不平衡电流。 对于数字式差动保护，一般将 侧的三相电流 对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流 数字式差动保护 直接接入保护装置内， 直接接入保护装置内，由计算机的软件实 保护装置内 现相位补偿功能，以简化接线。 现相位补偿功能，以简化接线。
1. 变压器励磁涌流所产生的不平衡电流； 变压器励磁涌流所产生的不平衡电流； 2. 三相变压器接线产生的不平衡电流； 三相变压器接线产生的不平衡电流； 3. 由计算变比与标准变比不同产生的不平 衡电流； 衡电流； 4. 由电流互感器变比误差产生的不平衡电 流； 5. 带负荷调整变压器分接头位置改变产生 的不平衡电流。 的不平衡电流。
要求不平衡电流尽可能小， 要求不平衡电流尽可能小，确保继 电器不会误动作。 电器不会误动作。
当保护范围内部发生故障 内部发生故障时 ② 当保护范围内部发生故障时（两电流互感器之 间范围），在差回路中由于I2改变了方向或等于 ），在差回路中由于 间范围），在差回路中由于 改变了方向或等于 无电源侧），这时流过继电器的电流为I1与 ），这时流过继电器的电流为 零（无电源侧），这时流过继电器的电流为 与 I2之和，为全部的二次侧短路电流之和，即 之和， 之和 为全部的二次侧短路电流之和，
这会使差动继电器可靠动作。 这会使差动继电器可靠动作。 使差动继电器可靠动作 变压器的差动保护范围 保护范围是构成变压器差动保 变压器的差动保护范围是构成变压器差动保 护的各电流互感器之间的电气设备， 护的各电流互感器之间的电气设备，以及连 接这些电气设备的导线。 接这些电气设备的导线。
产生不平衡电流的因素
（1）优点 ） 能反应油箱内各种故障，且动作迅速、 能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵 敏性高、接线简单。 敏性高、接线简单。 （2）缺点 ） 不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。 不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。 故气体保护不能作为变压器唯一的主 保护，须与差动保护或电流速断保护配合 保护， 与差动保护或电流速断保护配合 共同作为变压器的主保护。 变压器的主保护 共同作为变压器的主保护。
2.TA实际变比与计算变比不等引起的不平衡 实际变比与计算变比不等引起的不平衡 电流及减小影响的措施 采取的措施 采用电流补偿法： 采用电流补偿法：将TA二次电流大的那侧 电流补偿法 二次电流大的那侧 经电流变换器变换后， 经电流变换器变换后，使电流变换器的输 出与另一侧TA二次电流大小相等。 出与另一侧 二次电流大小相等。 二次电流大小相等
（2）变压器两侧接线组别不同引起的不平衡 ） 电流及消除措施 产生原因 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式， 接线方式， 电力系统中变压器常采用 ， 接线方式 因此，变压器两侧电流的相位差为30° 因此，变压器两侧电流的相位差为 °，Y 侧电流滞后△侧电流30° 若两侧的TA采用 侧电流滞后△侧电流 °，若两侧的 采用 相同的接线方式， 相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流 也相差30°左右， 也相差 °左右，从而产生很大的不平衡电 流。
5.三绕组变压器差动保护 三绕组变压器差动保护 三绕组变压器的差动保护不平衡电流比双 绕组变压器的大。 绕组变压器的大。 采取的措施 采用带制动特性的差动继电器构成差动保 采用带制动特性的差动继电器构成差动保 带制动特性 护
比率制动式纵差动保护
比率制动式纵差动保护的动作值随着外部短路电流的 增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。 增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。
电压突然增加（ 电压突然增加（空载投入变压器或 外部故障切除后电压恢复） 外部故障切除后电压恢复）时：5~10 IN → 励磁涌流
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产生励磁涌流的原因
在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90° 在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压 °， 在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但 瞬间合闸，铁芯中的磁通应为 在电压瞬时值 瞬间合闸 由于铁心中的磁通不能突变， 由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量 的磁通+Φm，这样经过半个周期后铁心中的磁通将达到 的磁通 2Φm。 。
电流补偿法
利用差动继电器中的平衡线圈补偿
3.两侧 型号不同，产生的不平衡电流及采 两侧TA型号不同 两侧 型号不同， 取的措施 产生原因 两侧TA型号相同相对误差较小 型号相同相对误差较小， 两侧 型号相同相对误差较小，型号不同 相对误差较大。 相对误差较大。变压器各侧的电压等级和额 定电流不同，因而采用的TA型号不同 型号不同， 定电流不同，因而采用的 型号不同，特 性差别较大，故引起较大的不平衡电流。 性差别较大，故引起较大的不平衡电流。 采取的措施 在差动保护的整定计算中加以考虑。 整定计算中加以考虑 在差动保护的整定计算中加以考虑。
纵差动保 护的动作 判据为：
双绕组变压器纵差动保护原理
正常及保护范围外部故障 外部故障时 ① 正常及保护范围外部故障时，差回路中的 电流为零。 电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特 性不可能完全一致等原因， 性不可能完全一致等原因，在正常和外部短 路时，差动回路中仍有差电流， 路时，差动回路中仍有差电流，即不平衡电 此时流过差动继电器的电流为： 流，此时流过差动继电器的电流为：
新课内容
一、变压器差动保护原理 变压器差动保护原理 二、变压器差动保护的不平衡 变压器差动保护的不平衡 电流及减小不平衡电流影响的方 电流及减小不平衡电流影响的方 法
变压器的纵差动保护
工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。 工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。
变压器两侧都装设电流互感器， 二次绕组按环流法接线。 变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流法接线。
特点： 特点： • 有很大成分的非周期分量； 有很大成分的非周期分量； • 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主； 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主； • 波形经削去负波后出现间断。 波形经削去负波后出现间断。
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
变压器励磁涌流
励磁涌流 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压 恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大， 恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大， 使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～ 使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～ 10倍额定电流。 倍额定电流。 倍额定电流
变压器励磁涌流
变压器的励磁电流 正常情况下： 正常情况下：(0.02~0.05)IN 外部短路时：更小 外部短路时：
消除措施
采用相位补偿法： 采用相位补偿法： 相位补偿法 将变压器星形侧的TA二次侧接成三角形 二次侧接成三角形， 将变压器星形侧的 二次侧接成三角形， 将变压器三角形侧的TA二次侧接成星形 二次侧接成星形。 将变压器三角形侧的 二次侧接成星形。 变压器星形侧TA变比为 变比为： 变压器星形侧 变比为：
差动电流或 动作电流 制动线 斜率
动作区
起动电流 制动区 制动 电流
拐点电流
下次课的任务： 下次课的任务：
变压器相间短路的后备保护的原理？ 变压器相间短路的后备保护的原理？
导入（电力变压器差动保护） 导入（电力变压器差动保护）
气体保护不能反应油箱外的 气体保护不能反应油箱外的引出线和 油箱外 套管上的任何故障， 套管上的任何故障，故不能单独作为变 压器的主保护， 压器的主保护，须与纵差动或电流速断 保护配合使用。 保护配合使用。
电力变压器的电流速断保护
应用范围：单台运行小于10000kVA、 并列小于6300kVA的变压器，当过电 流保护动作时限大于0.5s时装设。 装设地点：变压器的电源侧 作用：反应电源侧引出线和绕组的一 部分故障，用作主保护，和瓦斯保护 配合或过电流保护配合用以保护中小 型变压器。
复习（变压器气体保护） 复习（变压器气体保护）
变压器可能发生哪些故障和异常运行状态？ 变压器可能发生哪些故障和异常运行状态？ 一般应配置哪些保护装置？ 一般应配置哪些保护装置？
气体保护有何优点？ 气体保护有何优点？为什么不能单独作为 变压器的主保护？ 变压器的主保护？
变压器气体保护的评价
4.变压器调压分接头改变产生的不平衡电流 变压器调压分接头改变产生的不平衡电流 及解决的办法 产生原因 带负荷调压的变压器在运行中改变分接头 调压时，改变了变压器的变比， 调压时，改变了变压器的变比，原已调整 平衡的差动保护，又出现新的不平衡电流。 平衡的差动保护，又出现新的不平衡电流。 解决办法 在变压器差动保护的整定计算中考虑， 整定计算中考虑 在变压器差动保护的整定计算中考虑，即 提高差动保护的动作电流。 提高差动保护的动作电流。
nTA (Y ) = 3I N (Y ) / 5
变压器三角形侧TA变比为： 变压器三角形侧 变比为： 变比为
nTA( ∆ ) = I N ( ∆ ) / 5
模拟式的差动保护都是采用上图所示的接线 模拟式的差动保护都是采用上图所示的接线 方式， 方式，从而可以消除由于变压器接线方式 不同在差动回路中产生的不平衡电流。 不同在差动回路中产生的不平衡电流。 对于数字式差动保护，一般将 侧的三相电流 对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流 数字式差动保护 直接接入保护装置内， 直接接入保护装置内，由计算机的软件实 保护装置内 现相位补偿功能，以简化接线。 现相位补偿功能，以简化接线。
1. 变压器励磁涌流所产生的不平衡电流； 变压器励磁涌流所产生的不平衡电流； 2. 三相变压器接线产生的不平衡电流； 三相变压器接线产生的不平衡电流； 3. 由计算变比与标准变比不同产生的不平 衡电流； 衡电流； 4. 由电流互感器变比误差产生的不平衡电 流； 5. 带负荷调整变压器分接头位置改变产生 的不平衡电流。 的不平衡电流。
要求不平衡电流尽可能小， 要求不平衡电流尽可能小，确保继 电器不会误动作。 电器不会误动作。
当保护范围内部发生故障 内部发生故障时 ② 当保护范围内部发生故障时（两电流互感器之 间范围），在差回路中由于I2改变了方向或等于 ），在差回路中由于 间范围），在差回路中由于 改变了方向或等于 无电源侧），这时流过继电器的电流为I1与 ），这时流过继电器的电流为 零（无电源侧），这时流过继电器的电流为 与 I2之和，为全部的二次侧短路电流之和，即 之和， 之和 为全部的二次侧短路电流之和，
这会使差动继电器可靠动作。 这会使差动继电器可靠动作。 使差动继电器可靠动作 变压器的差动保护范围 保护范围是构成变压器差动保 变压器的差动保护范围是构成变压器差动保 护的各电流互感器之间的电气设备， 护的各电流互感器之间的电气设备，以及连 接这些电气设备的导线。 接这些电气设备的导线。
产生不平衡电流的因素
（1）优点 ） 能反应油箱内各种故障，且动作迅速、 能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵 敏性高、接线简单。 敏性高、接线简单。 （2）缺点 ） 不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。 不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。 故气体保护不能作为变压器唯一的主 保护，须与差动保护或电流速断保护配合 保护， 与差动保护或电流速断保护配合 共同作为变压器的主保护。 变压器的主保护 共同作为变压器的主保护。
2.TA实际变比与计算变比不等引起的不平衡 实际变比与计算变比不等引起的不平衡 电流及减小影响的措施 采取的措施 采用电流补偿法： 采用电流补偿法：将TA二次电流大的那侧 电流补偿法 二次电流大的那侧 经电流变换器变换后， 经电流变换器变换后，使电流变换器的输 出与另一侧TA二次电流大小相等。 出与另一侧 二次电流大小相等。 二次电流大小相等
（2）变压器两侧接线组别不同引起的不平衡 ） 电流及消除措施 产生原因 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式， 接线方式， 电力系统中变压器常采用 ， 接线方式 因此，变压器两侧电流的相位差为30° 因此，变压器两侧电流的相位差为 °，Y 侧电流滞后△侧电流30° 若两侧的TA采用 侧电流滞后△侧电流 °，若两侧的 采用 相同的接线方式， 相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流 也相差30°左右， 也相差 °左右，从而产生很大的不平衡电 流。
5.三绕组变压器差动保护 三绕组变压器差动保护 三绕组变压器的差动保护不平衡电流比双 绕组变压器的大。 绕组变压器的大。 采取的措施 采用带制动特性的差动继电器构成差动保 采用带制动特性的差动继电器构成差动保 带制动特性 护
比率制动式纵差动保护
比率制动式纵差动保护的动作值随着外部短路电流的 增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。 增大而自动增大。灵敏可靠，优点显著，应用广泛。
电压突然增加（ 电压突然增加（空载投入变压器或 外部故障切除后电压恢复） 外部故障切除后电压恢复）时：5~10 IN → 励磁涌流
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产生励磁涌流的原因
在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90° 在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压 °， 在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但 瞬间合闸，铁芯中的磁通应为 在电压瞬时值 瞬间合闸 由于铁心中的磁通不能突变， 由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量 的磁通+Φm，这样经过半个周期后铁心中的磁通将达到 的磁通 2Φm。 。
电流补偿法
利用差动继电器中的平衡线圈补偿
3.两侧 型号不同，产生的不平衡电流及采 两侧TA型号不同 两侧 型号不同， 取的措施 产生原因 两侧TA型号相同相对误差较小 型号相同相对误差较小， 两侧 型号相同相对误差较小，型号不同 相对误差较大。 相对误差较大。变压器各侧的电压等级和额 定电流不同，因而采用的TA型号不同 型号不同， 定电流不同，因而采用的 型号不同，特 性差别较大，故引起较大的不平衡电流。 性差别较大，故引起较大的不平衡电流。 采取的措施 在差动保护的整定计算中加以考虑。 整定计算中加以考虑 在差动保护的整定计算中加以考虑。
纵差动保 护的动作 判据为：
双绕组变压器纵差动保护原理
正常及保护范围外部故障 外部故障时 ① 正常及保护范围外部故障时，差回路中的 电流为零。 电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特 性不可能完全一致等原因， 性不可能完全一致等原因，在正常和外部短 路时，差动回路中仍有差电流， 路时，差动回路中仍有差电流，即不平衡电 此时流过差动继电器的电流为： 流，此时流过差动继电器的电流为：
新课内容
一、变压器差动保护原理 变压器差动保护原理 二、变压器差动保护的不平衡 变压器差动保护的不平衡 电流及减小不平衡电流影响的方 电流及减小不平衡电流影响的方 法
变压器的纵差动保护
工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。 工作原理：比较变压器各侧电流的大小和相位。
变压器两侧都装设电流互感器， 二次绕组按环流法接线。 变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流法接线。
特点： 特点： • 有很大成分的非周期分量； 有很大成分的非周期分量； • 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主； 有大量的高次谐波，尤以二次谐波为主； • 波形经削去负波后出现间断。 波形经削去负波后出现间断。
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
变压器励磁涌流
励磁涌流 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压 恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大， 恢复中由于变压器铁芯中的磁通急剧增大， 使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～ 使铁芯瞬间饱和。此时的励磁电流可达5～ 10倍额定电流。 倍额定电流。 倍额定电流
变压器励磁涌流
变压器的励磁电流 正常情况下： 正常情况下：(0.02~0.05)IN 外部短路时：更小 外部短路时：
消除措施
采用相位补偿法： 采用相位补偿法： 相位补偿法 将变压器星形侧的TA二次侧接成三角形 二次侧接成三角形， 将变压器星形侧的 二次侧接成三角形， 将变压器三角形侧的TA二次侧接成星形 二次侧接成星形。 将变压器三角形侧的 二次侧接成星形。 变压器星形侧TA变比为 变比为： 变压器星形侧 变比为：
差动电流或 动作电流 制动线 斜率
动作区
起动电流 制动区 制动 电流
拐点电流
下次课的任务： 下次课的任务：
变压器相间短路的后备保护的原理？ 变压器相间短路的后备保护的原理？
导入（电力变压器差动保护） 导入（电力变压器差动保护）
气体保护不能反应油箱外的 气体保护不能反应油箱外的引出线和 油箱外 套管上的任何故障， 套管上的任何故障，故不能单独作为变 压器的主保护， 压器的主保护，须与纵差动或电流速断 保护配合使用。 保护配合使用。
电力变压器的电流速断保护
应用范围：单台运行小于10000kVA、 并列小于6300kVA的变压器，当过电 流保护动作时限大于0.5s时装设。 装设地点：变压器的电源侧 作用：反应电源侧引出线和绕组的一 部分故障，用作主保护，和瓦斯保护 配合或过电流保护配合用以保护中小 型变压器。