变压器差动保护

1 差动保护的作用

差动保护是防止变压器内部故障的主保护，在35kV 及以上变电站中普遍采用，主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备以及连接这些设备的导线。简单地讲，就是输入的两端TA 之间的设备。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，发生区内故障时，可以整定为瞬时动作;差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，所以用于变压器做主保护。

2 保护原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定律中“在任意时刻，对电路中的任一节点，流经该节点的电流代数和恒为零”的原理工作的。差动保护把被保护的变压器看成是一个接点，在变压器的各侧均装设电流互感器，把变压器各侧电流互感器副边按差接线法接线，即各侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，将同极性端子相连，并联接入差动继电器。在继电器线圈中流过的电流是各侧电流互感器的副边电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的;从理论上讲，正常情况下或外部故障时，流入变压器的电流和流出的电流(折算后的电流)相等，差回路中的电流为零。

当变压器正常运行或区外故障(流过穿越性电流)时，各侧电流互感器的副边电流流入保护装置，通过程序的运行，各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正，自动计算出各侧电流IH-(IM- IL)接近为零(IH 为高压侧电流，IM 为中压侧电流，IL 为低压侧电流)，则保护不动作。当变压器内部发生相间或匝间短路故障时，两侧(或三侧)向故障点提供短路电流，在差动回路中由于IM 或IL 改变了方向或等于零，流入差动继电器的电流I觶H-(IM- IL)不再接近于零;当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护变压器的各侧断路器跳开，使故障变压器断开电源。

3 接线特点

在电力系统中，三绕组变压器通常采用YN，yn，d11 的接线方式;因各侧电流相位不一致，d 侧电流比y 侧电流超前30°，从而在变压器差动保护的差回路中产生较大的不平衡电流。在原来的电磁式保护中，按照差动保护原理，在正常运行或有穿越性电流流过时，流入继电器的电流必须为零，即必须保证电源侧与负荷侧电流相位相差180°，使流入差动继电器的电流接近于零。因此，必须通过改变接线组别的方法矫正相位差，而改变接线组别，即麻烦且容易出现错误。在微机保护逐渐普及的今天，由于软件计算的灵活性，允许变压器各侧TA 二次侧都按Y 形接线，在进行差动计算时由软件对变压器副边电流进行相位较准，各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正，简化了TA 接线，现场施工中简单易行。

由软件进行相位校准后，还必须对各侧TA 变比进行计算调整，才能消除不平衡电流对变压器差动保护的影响。在微机保护装置中变比的计算调整也是靠软件实现的，将计算出的TA 调整系数当作定值送入微机保护，由保护软件实现TA 自动平衡功能，消除不平衡电流的影响。应注意的是采用微机型差动保护装置之后各侧差动TA 的极性仍然朝向母线侧，只有这

样的接线才能保证软件计算正确。

4 保证接线正确

变压器差动保护按照规定在保护投运前要严格检查电流互感器的接线，以确保变压器各侧电流极性的正确性。在带负荷前解除差动保护压板，带负荷后通过查看保护装置上的差流指示值ID 和各侧相量来验证接线是否正确。例如我单位变电站主变装设的DF3333E 双圈变差动保护装置，从装置的LCD 屏幕上很方便地看到各相差动电流ID 的大小，而且在高、低压二次侧电流有效值的后面直接显示出相位角如：高压侧IHA=0.81A ∠0°，IHB=0.84A∠240°，IHC=0.83A ∠120°; 低压侧ILA=0.82A∠212°，ILB=0.84A∠91°，ILC=0.84A∠332°;该型保护装置这样的显示，说明接线正确。根据现场测试，ID 一般为0.01～0.03 IN ( IN 为二次额定电流)。

5 不平衡电流产生的原因与对策

实际运行中，由于各种因素的影响会引起差动回路中流过不平衡电流，而且不平衡电流往往对于变压器差动保护的正常工作影响很大;如果不能够很好的解决这些问题，就会直接影响变压器差动保护的性能，甚至造成变压器差动保护的误动或拒动。

5.1 原因

5.1.1 各侧电流互感器的特性不可能完全一致，例如35kV 侧是利用断路器中的套管式电流互感器，而10kV 侧多数是在高压开关柜内装设独立的环氧树脂浇铸式电流互感器，这两者之间不但型号不同，而且特性也不一致，势必在差回路中引起不平衡电流。

5.1.2 变压器的励磁涌流，变压器空载合闸或外部短路故障切除后电压恢复时，在变压器电源侧绕组中，将产生很大的励磁电流，达变压器额定电流的6～8 倍，由于此电流只流过变压器电源侧绕组，因此，在差回路中必然要出现较大的不平衡电流。

5.1.3 运行中变压器带负荷调压或分接开关位置改变后，电流互感器二次电流的平衡关系被破坏，在差回路中产生不平衡电流。

5.1.4 变压器区外短路时，由于穿越性短路电流使TA 铁芯饱和，从而使不平衡差流增大，而且穿越性电流越大，不平衡差流就越大，二者呈线性关系。

5.2 对策

差动保护的理想情况是外部故障时保护可靠制动，内部故障时保护可靠动作。为降低不平衡电流对差动保护的影响，设置复式比率差动保护，就是按复式比率大小而动作的差动保护，它能满足正常运行、区外故障、内部故障及励磁涌流等多种情况对保护的要求。在变压器严重内部故障时，短路电流很大的情况下，TA 严重饱和产生很大的不平衡电流，影响了复式比率差动保护的快速动作，所以差动保护还应有差动速断保护，作为辅助保护，以加快保护的动作速度。

我单位变电站主变使用的DF3333E 双圈变差动保护装置，系烟台东方电子公司生产，该装置利用强大的软件功能对各种不平衡电流都能够做到正确识别和判断，有效地防止误动作。例如该装置对TA误差、暂态现象和干扰不敏感，能够识别保护区外部引起的TA 饱和;具有良好的不同原理抗变压器励磁涌流的能力、比率差动保护循环闭锁功能、差流异常检测、采样数据异常检测等功能。但是设备越先进、越智能化、越需要相关工作人员熟练掌握继电保护装置和自动装置的基本原理、接线方式和动作过程、整定原则，熟悉保护装置技术说明书，掌握保护装置的构成、调试和使用方法：根据主变实际运行状况，科学合理地调整保护定值，最大限度地降低变压器差动保护中的误动或拒动。