变压器差动保护原理

变压器差动保护

一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）；

二：差动保护的定义

由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护

三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述：

1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高=220KV,

主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KVA,

I1’：流过变压器高压侧的一次电流；

I”：流过变压器低压侧的一次电流；

I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流；

I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流；

nh：高压侧电流互感器CT1变比；

nl：低压侧电流互感器CT2变比；

nB：变压器的变比；

各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2” I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB

2、区内：CT1到CT2的范围之内；

3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地）

单相接地故障以及匝间、层间短路故障；

四：差动的特性

1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图：

下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性：

o：图二的坐标原点；

f：差动保护的最小制动电流；

d：差动保护的最小动作电流；

p：比率制动斜线上的任一点；

e：p点的纵坐标；

b：p点的横坐标；

动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时，

由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲

线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此，

图中阴影部分，即差动保护的动作区；

制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区；

比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。以p点为

例：计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of)；举例说明一

下：差动保护有关定值整定如下：最小动作电流Iopo=2,最小制动电

流Iopo=5,比率制动系数k=0.5；按照做差动保护比率制动系数的方

法，施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定

I1升I2,当I2升到9.4A的时候保护动作，计算一下此时的比率制

动系数。由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，

Izd=(9.4+6)/2=7.7,所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52;

2、谐波制动：当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就

判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。500kv一下等级的变压器之

进行二次谐波判别，500kv及以上变压器，则还需进行5次谐波判别。

以二次谐波为例：二次谐波系数=差电流中的二次谐波分量与基波分

量的比值。当谐波系数大于整定值时，保护被闭锁；小于整定值时，

保护被开放；根据经验，二次谐波制动比可整定为0.15~0.2；

五、不平衡电流

实际上，差动保护比率制动也好，谐波制动也好，归根结底都是要躲过变压器的不平衡电流，而不平衡电流，也正是可能引起差动保护误动的最重要因素之一。

产生变压器不平衡电流有以下几个重要的原因：

1、由变压器励磁涌流Ily所产生的不平衡电流；

励磁涌流主要是由于在变压器空投时产生的含有大量高次谐波含量的电流，其中以2次谐波为主。我们的800变压器差动保护中有“二次谐波制动系数”一项定值，用来防止此原因造成的差动误动。

二次谐波制动系数：差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值；

根据经验，此系数可整定为15%~25%

2、由于变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；

由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次侧电流由于相位不同，也会有一个差

电流流入我们的保护装置。为了消除这种不平衡电流的影响，通常都是

将变压器星星侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的

三个电流互感器接成星形，并适当考虑联结方式后即可把二次电流的相

位校正过来。

但我们的保护要求现场二次侧电流互感器的接线都接为星形接线，因此，一次侧为Y，d11的接线方式的变压器将产生差流，差动保护靠

程序将此不平衡电流补偿掉，具体方法如下：

如图所示为Y，d11两卷变压器两侧绕组及电流互感器接线方式及其中通过的一次、二次电流流向：（各电流均为向量值）

IA,IB,IC表示流过变压器高压侧一次绕组的电流；

Ia,Ib,Ic 表示流过变压器低压侧一次绕组的电流；

IAＹ’,IBＹ’,ICＹ’表示流过变压器高压侧电流互感器二次侧的电流；

Ia△,Ib△,Ic△表示流过变压器低压侧电流互感器的一次侧电流；

各电流关系如下：

Ia= Ia△+ Ib<=> Ia△= Ia- Ib

Ib= Ib△+ Ic<=> Ib△= Ib- Ic

Ic= Ic△+ Ia<=> Ic△= Ic- Ia

向量图：

为了消除相位上带来的差异：