故障分量差动保护
摘要深入地研究了基于故障分量的数字式差动保护的基本原理，并与传统的比率制动差动保护作了详细比较，讨论了故障分量差动保护的动作判据，最后介绍了基于该原理的保护在实际中的应用。
关键词故障分量差动保护微机保护发电机变压器
0 引言
基于故障分量(也称增量)来实现保护的原理最早可以追溯到突变
量原理的保护，但真正受到人们普遍关注和广泛研究则是出现微机保护技术之后。微机具有长记忆功能和强大的数据处理能力，可以获取稳定的故障分量，从而促进了故障分量原理保护的发展［1］。近20年来，陆续提出了基于故障分量的差动保护、方向保护、距离保护、故障选相等许多新原理，并在元件保护、线路保护各个领域得到了成功的应用。本文针对在发电机、变压器中广泛使用的比率制动式差动保护，讨论故障分量保护的基本原理、判据和应用中的一些问题。
1 故障分量比率差动保护原理
故障分量电流是由从故障后电流中减去负荷分量而得到的，可以由它来构成比率差动保护。习惯上常用“Δ”表示故障分量，故也有人称之为“Δ差动继电器”［2］。以两侧纵联差动保护为例，若两侧电流假定正向均取为流入被保护设备，故障分量比率差动保护的动作方程可表示为：
(1)
式中;下标L表示正常负荷分量；下
标Ⅰ，Ⅱ则分别表示被保护设备两侧的电量。
在故障分量比率差动保护中，令,分别表示动作量(差动量)和制动量，即
(2)
因正常运行时有，故传统比率差动保护的动作量
d 可表示为：
和制动量
r
(3)
比较式(2)与式(3)可见，忽略变压器两侧负荷电流的误差之后，两种差动保护原理的动作量相同，主要不同之处表现在制动量上。发生内部轻微故障(如单相高阻接地或小匝数匝间短路)时，可能出现
L决定，从
，这时式(3)中制动量主要由2I
Ⅰ
而使得传统比率差动保护方案因制动量太大而降低了灵敏度。利用降低K值来改善灵敏度是有限的。因为必须保证外部严重故障时有足够的制动量不使保护误动，发生外部严重故障时，一般有
，因此两种原理差
，制动量主要决定于Δ
r
动保护的制动量相当，不会引起误动。由以下进一步的分析可更清楚地看到这一点。
设一单相变压器发生对地高阻抗接地故障，现用一简化的具有两端电源的T形网络来表征，如图1所示。
图1 单相变压器内部故障简化等值电路
Fig.1 The simplified equivalent circuit
of single-phase transformer with internal fault 短路阻抗为Z
。按照叠加原理，可将图1所示电路分解为正常网络
f
和故障附加网络。由故障附加网络推导出式(1)的另一种形式为：
(4)
由式(4)可见，故障分量原理的灵敏度与Z
f
无关。对于一个感性电
力系统，Z
R 与Z
S
的相位差介于［-90°,+90°］之间，所以|Z
R
+Z
S
|/|Z
R
-Z
S
|
的最小值为1。也就是说，故障分量差动原理在内部故障时，总会有
存在，即在双侧电源条件下，若取K=1，按上述分析能
保障对最轻微故障的灵敏度。
当然实际情况要比这种简化分析复杂：当故障阻抗Z
f
很大时，将无
法正确取出保证计算精度的故障分量，因此灵敏度仍然受Z
f
限制；同时，三相变压器所遇到的问题也不能简单地归结为上述简化分析；另外，为防止当只有一侧投入系统的变压器发生内部故障时不拒动，K值的选择仍必须小于1。
传统差动保护判据也可由图1推导为：
(5) 式中
(6)
比较式(4)与式(5)，主要差别在于因子Kns。轻微内部故障时，
，Kns变得较大，传统方案的灵敏度很低，同时传统
方案受故障电阻Z
f
的不利影响也十分明显。
当有外部故障引起的穿越电流流过被保护设备时，有很多原因使电
流互感器(TA)副边电流产生误差。设两侧TA副边误差百分比分别记为e
Ⅰ
和e
Ⅱ，并用
D
和
R
分别表示不含误差的差动电流和制动电流，故障分
量原理的差动电流和制动电流可表示为：
(7)
正常运行时，及，将其代入式
(7)，则有ΔI
d =0和ΔI
r
=0。
外部故障时，考虑最严重情形，有e
Ⅱ=-e
Ⅰ
=emax,e
Ⅱ
L=-e
Ⅰ
L=e
L
,代入
式(7)，并考虑外部制动要求，应满足：
(8) 在同样条件下，传统差动保护方案的制动要求则应满足：
emax≤K
(9)
当外部严重故障时，。此时若忽略式(8)中与有
关的项，就得到式(9)。请注意，对于同样的外部故障条件和K值，故障分量原理差动保护总要比传统差动保护的制动量略小一些。例如按照10%误差，对于传统保护方案，由式(9)可确定K=0.1；对于故障分量比
率差动保护方案，若近似假设e
L
=0.01以及，由式(8)则要
求emax-0.005≤0.05，即若emax≥0.055就会误动(当然，通常这种情况下emax不大可能达到5.5%)。根据前面的分析，故障分量原理的比率差动保护的一个重要特点是，即使K值取得较大(但K<1)，也不会对灵敏度产生不利影响。因此K值应适当取大一些，只要满足变压器仅一侧投入系统，且发生内部故障时能可靠动作即可。
2 故障分量差动保护的动作判据
构成一个完整的差动保护往往还需要用到一些辅助判据，如差流速
断判据、TA断线闭锁判据、变压器保护中的励磁涌流制动判据和低电压
加速判据等，这里仅就主判据作讨论。
2.1 两侧电流相量构成的比率制动判据
实现保护应先计算被保护设备两侧故障分量的基波相量，然后再构
成比率制动特性动作判据。采用故障分量原理仍然需要设置一个差流故
障分量门坎值ΔId.min，并与从原点出发的比率制动特性相结合，形成
折线制动特性。根据第1节的分析，故障分量差动保护可选用较大的K
值而不会降低灵敏度，故只需要一段斜线特性就够了，如图2所示。在
正常运行条件下，差动电流ΔI
中已消去了TA等因素引起的稳态误差
d
的影响，故ΔId.min可以整定得更小一些，这对于提高保护对内部轻微
故障的灵敏度非常有益。
图2 故障分量差动保护动作特性
Fig.2 Operating characteristic of fault
component based differential protection
综合判据的表达式为：
(10)
还可以用标积制动量构成比率制动判据［3］：
(11)
式中；S为标积制动系数，S>0。
根据余弦定理，不难证明式(10)中的K与式(11)中的S的关系为：
(12)
若令，可以导出式(11)中标积制动量的算法为：
(13)
上述分析表明，动作判据式(11)与式(10)在原理上是基本一致的。不过，用式(11)更容易理解采用故障分量后，不仅可以提高保护对内部故障的灵敏度，而且也可加强对外部故障的制动作用。采用故障分量的特点是完全消除了负荷电流的影响，或者说在故障附加网络中，移去了被保护的设备两侧的等值系统电源电势，而只在故障点处还保留唯一的一个故障分量电势。外部故障时，故障分量电势位于区外，由它引起穿越性故障分量电流。对被保护设备两侧测量点而言，两侧测量电流几乎是完全反相的(“几乎”是指传感器或测量元件会引入相位误差，下同)，即θ≈π，在判据式(11)中将产生很大的制动量，而动作量很小，可确保可靠的制动作用。内部故障时，故障分量电势位于区内，由它引起从被保护设备两侧流出的电流，因而两侧测量点测得的故障电流几乎是完全同相的，即θ≈0°①，在判据式(11)中动作量很大，而制动量为负，故保证了对内部故障的灵敏度，并较小地受故障过渡电阻的影响。
2.2 多侧电流相量构成的比率制动判据
对三绕组变压器差动保护或发电机—变压器组差动保护(大差)等，需要用到3侧或更多侧电量来构成故障分量比率制动特性。此时动作判据仍可采用式(10)，但该式中各量的组成将发生变化。对于M侧(M>2)，电流差动保护应取为：
的动作量ΔI
d
(14)
常有3种取法，分别如式(15)、式(16)、式(17)所示：
而制动量ΔI
r
(16)
(17)
Δmax满足
,。
对于由式(10)、式(14)及式(17)构成的判据，可以认为是将多侧比率差动转换成两侧比率差动来实现，因此与图2的特性完全一致，并且这组判据很容易用标积制动量构成，表达式如下：
(18)
式中
式(12)所示关系和式(13)所表达的算法可直接应用于式(18)。
对于由式(10)、式(14)及式(15)构成的判据，其制动量式(15)在多数情况下较式(17)偏弱；而对于由式(10)、式(14)及式(16)构成的判据，其制动量式(16)在多数情况下较式(17)偏强，必要时可采取一些措施。
更一般地，式(10)亦可表达为另一种形式：
(19) 显然，对于图2的动作特性有：
若取，斜线将沿横轴(ΔI
r
轴)向正方向平移，这有利于改善
灵敏度，但会劣化制动特性，故一般要求ΔIr.min<0.8I
n
；反之若取
ΔI r.min<，斜线将沿横轴向负方向平移，这有利于增强制动性，但会劣化灵敏性。一般应使ΔIr.min≥-，等号成立时斜线将与纵轴在
ΔId.min处相交。
因此对于由式(10)、式(14)及式(15)构成的判据，可取
ΔIr.min≤；而对于由式(10)、式(14)及式(16)构成的判据，可取ΔIr.min≥，并一般应遵守前面讨论的原则。
2.3 具有双曲线型非线性制动特性的判据
折线比率制动判据反映了非线性制动要求，但它们是由分段直线构成的，
而外部故障时由于TA误差引起的ΔI
d 与ΔI
r
在ΔI
d
-ΔI
r
平面上通常表现为
更为平滑的曲线，因而需要探讨直接采用曲线制动特性的判据。如一条开口向上并对称于纵轴的双曲线的右支，开始上升慢，后来上升快，且最终趋近的斜率是稳定的，比较适合用来实现非线性制动特性。这种双曲线制动特性判据一般可表示为：
(21)
式中K
0,K″及K
C
均为与动作特性有关的正常数，式(21)应满足双曲线的基本
条件［3］。
合理选择K
0，K″和K
C
可以灵活实现各种不同的双曲线制动特性判据，如
令K″=1时，式(21)可以演变为：
(22) 式中
式(22)表明标积制动量与ΔI
d 配合可以构成双曲线制动特性。S
确定了
双曲线的顶点；K
0-K
C
为渐近线在纵轴的截距，它控制双曲线随制动量增加而
上升的速度，截距越负，上升速度越慢。只要选择合理，可以得到比较理想的非线性制动特性。
2.4 利用瞬时采样值的比率制动判据
直接用瞬时值比较来实现差动保护可以明显提高保护动作速度和减少计算量，这对于某些场合(如发电机纵差保护、母线差动保护等)是非常有价值的。其应用也分两侧或多侧差动保护两种(可参考第2.1节和2.2节)。故障分量的计算一般采用“周周比较法”。此外，为保证动作的正确性，可以采用“多点表决法”，即在连续m次计算中有n(n≤m)次满足条件，则判定为内部故障［1］。
3 故障分量比率差动保护的应用
WYB—01型发电机—变压器组微机成套保护装置按3侧量(变压器高压侧，发电机中性点及厂用变分支)构成故障分量相量差动原理设计，采用动作判据如下。
3.1 比率制动判据
采用式(19)所示判据，其中动作量ΔI
d 和制动量ΔI
r
分别如式(14)和式
(15)所示(M=3)。
3.2 辅助判据
3.2.1 励磁涌流闭锁判据
ΔI d2>K d21ΔI d1
(23)
式中ΔI
d1，ΔI
d2
分别为差流中基波和二次谐波电流故障分量幅值；K
d21
为二
次谐波比率制动系数。
3.2.2 差流速断判据(满足时直接出口)
ΔI d>K ds I n
(24)
式中I
n
为额定电流；Kds为额定电流倍数。
TA断线闭锁判据等其他辅助判据从略。
3.3 讨论［4］
3.3.1 正确选择整定值
一般地，故障分量比率制动判据有3个定值，即ΔI
d.min ，ΔI
r.min
和K，这
与传统的两段折线比率制动判据中3个定值I
d.min ,I
r.min
和K
相对应，故可参考
后者来确定前者②。第1节分析认为：故障分量比率差动保护判据中的差动量与传统比率差动保护判据中的差动量基本相当，但故障分量有效地消除了正常不平衡电流，故ΔId.min可比Id.min取得略小一些。故障分量判据中的制动量由于去除了负荷分量影响，从绝对值上看较传统判据中的制动量略小，
因此ΔI
r.min 应比I
r.min
取得更小一些，以保证制动作用。根据前面的分析，故
障分量判据中的比率制动系数K只要满足K<1，即使取大一些也不会影响保护灵敏度和制动作用，因此K可比K
取得大。
故障分量差流门坎值ΔI
d.min
与装置的测量精度密切相关(下面还将讨
论)，一般取为(0.2～0.5)I
n 。例如取ΔI
d.min
=0.3I
n
③。
比率制动系数K一般可取0.3～0.8,建议取大一些。
拐点制动电流的选取与斜线方程及ΔI
d.min
,K值有关。当取斜线方程过原
点时，有ΔI
r.min =I
d.min/K
,按照前述建议，则有ΔI
r.min
取(0.375～1.0)I
n
。对于
WYB—01型发电机—变压器组保护采用的故障分量比率差动判据，由于制动量
选择偏小，故斜线可适当向横轴左方平移。运行经验表明应使ΔI
r.min ≤0.7I
n
④。
3.3.2 尽量减小精工电流
这里主要指减小差流故障分量ΔI
d 的最小精确测量电流。这可使ΔI
d.min
降低，从而有利于改善对轻微内部故障的灵敏度，或者在同等ΔId.min情况下，提高保护动作的安全性，为此需要注意以下问题：
a.保证各电流模拟通道的一致性。就装置而言，主要指装置的电流输入变换器、低通模拟滤波器、采样保持器、多路转换器直至A/D前各个电流通道的稳态和暂态特性应尽量保持一致。这除了对工艺水平、元器件质量等提出高标准要求外，还要求各通道尽量同时采样。
b.提高A/D变换的精度，降低A/D变换电路的内部噪声影响。一般地说，提高A/D变换的分辨率有利于提高变换精度，但这也不尽然。如果精度不高主要是由A/D变换电路(布线乃至器件、供电电源等)内部噪声引起的，那么单纯提高A/D分辨率将于事无补。
c.装置输入额定电流按被保护设备二次实际额定电流选择。装置输入额定电流通常是按TA副方额定电流确定的，如In2=5 A(或1 A)。而不同电厂、不同机组二次实际额定电流比TA副方额定电流有可能小很多。如葛洲坝二江电厂4号机二次实际额定电流仅为2.5 A，这使装置对应设备二次实际额定电流的分辨率大为降低。例如对于12位A/D，考虑允许输入最大电流为额定电流的20倍，那么对于按TA副方额定电流(5 A)选择，则每安对应的数码约为20，对应2.5 A(二次实际额定电流)的数码为50；对于按设备二次实际额定电流(2.5 A)选择，则每安对应的数码约为41，对应2.5 A的数码为102。显然分辨率大为提高，改善了信噪比和测量精度。因此每台装置都应按二次实际额定电流作为其输入额定电流。
作者简介:尹项根，男，1954年生，博士，教授，博士生导师，电力系主任，主要从事电力系统自动化专业继电保护与安全稳定控制领域的教学与科研工作。
作者单位:华中理工大学电力系430074 武汉
三峡国际招标公司443002 湖北宜昌
审稿人意见：
①如果内部短路时θ≈0°，外部短路时θ≈π，则S的取值越大越好(越灵敏和越不误动)，何必按式(12)决定S值?问题是内部短路时θ 0°。
②正如作者清楚地阐明：ΔI
d =I
d
,而ΔI
r
≠I
r
,ΔI
d.min
≠I
d.min
，即增量差动
在概念上不同于传统差动，所以整定计算时完全不必“仿效”或“参考”。
③请解释ΔI
d.min 取值之理由。个别装置测量精度较差，要求ΔI
d.min
大，
不应推广。
④ΔI
r.min
取值太大，不能作为一般通用的整定推荐值。
作者答复：
①此段文字是为了说明故障分量原理与传统原理之关键区别而作的简化分析，也是基于一次系统的一种经典分析，从而有内部短路时θ≈0°和外部短路时θ≈π的结论。正是由于实际应用的复杂性，应通过式(12)由K值来确定S值，有益于把握特性边界和便于试验检验。
②原文中“参考”的含义是说明ΔI
d.min ,ΔI
r.min
,K与I
d.min
,I
r.min
,K
的类同
关系，并不表示这两组定值完全相等，并且原文紧接着阐述了这之间的差别，在思路上和审稿人的意见是一致的。
③原文中已经分析指出故障分量判据中的差动量和传统判据中的差动量
是基本相当的，但故障分量有效地消除了正常不平衡电流，故ΔI
d.min 可比I
d.min
取得略小。这也表明，以往的经运行考验的整定经验是值得参考的，原文中
建议ΔI
d.min 取为(0.2～0.5)I
n
正是反映了国内被普遍认可的运行经验。
④原文中建议ΔI
r.min ≤0.7I
n
并不排斥为增加制动性选择较小的ΔI
r.min
。
具体选择时将由设计和运行人员选定，只要保证运行安全即可。
1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流：
在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但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，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
变压器差动保护的比率制动特性曲线及现场测试方法 摘要：目前变压器都安装了差动保护，并引入比率制动式差动继电器继电器AL3 AL4 ，以保障电力系统的安全运行水平。为此，介绍变压器差动保护的制动特性曲线及现场测试方法。 关键词：变压器；差动保护；制动特性；测试方法 1前言 变压器是现代电力系统中的主要电气设备之一。由于变压器发生故障时造成的影响很大，故应加强对其继电保护装置功能的调试，以提高电力系统的安全运行水平。变压器保护装置中最重要一项配置——差动保护，就是为了防御变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路，以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路。同时，由于差动保护选择性好，灵敏度高，因此，我们还应该考虑该保护能躲过励磁涌流和外部短路所产生的不平衡电流，同时应在变压器过励磁时能不误动。 2差动保护中引入比率制动特性曲线 变压器在正常负荷状态下，电流互感器电流互感器LDZ1 的误差很校这时，差动保护的差回路不平衡电流也很小，但随着外部短路电流的增大，电流互感器就可能饱和，误差也随之增大，这时的不平衡电流也随之增大。当电流超过保护动作电流时，差动保护就会误动，因此，为了防止变压器区外故障发生时差动保护误动作，我们希望引入一种继电器，其动作特性是：它的动作电流将随着不平衡电流的增大而按比例增大，并且比不平衡电流增大的还要快，这样误动就不会出现。因此，我们在差动保护中引入了比率制动式差动继电器，它除了以差动电流作为动作电流外，还引入了外部短路电流作为制动电流。当外部短路电流增大时，制动电流也随之增大，使继电器的动作电流也相应增大，从而有效地防止了变压器区外故障发生时差动保护误动作，制动特性曲线见图1。 由图1可知，该保护继电器能可靠地躲过外部故障时的不平衡电流，能有效地防止变压器区外故障发生时保护误动作，因此，差动保护的制动特性曲线的精确性是决定保护装置正确动作的关键，故制动特性曲线的测试是整套保护装置的调试重点。 3制动特性曲线的测试方法 以往在实际工作中，由于试验仪器所限，我们很容易忽略比率制动特性的测试，认为制动系数装置已固有，不用测试，结果往往造成保护装置因调试工作不细致而误动作。但随着现场
高压电动机差动保护原理及注意事项 差动保护是大型高压电气设备广泛采用的一种保护方式，2000KW以上的高压电动机一般采用差动保护，或2000kW(含2000kW)以下、具有六个引出线的重要电动机，当电流速断保护不能满足灵敏度的要求时，也装设纵差保护作为机间短路的主保护。差动保护基于被保护设备的短路故障而设，快速反应于设备内部短路故障。对被保护范围区外故障引起区内电流变化的、电动机启动瞬间的暂态峰值差流、首尾端CT不平衡电流等容易引起保护误判的电流，对于不同的差动保护原理，有不同的消除这些电流的措施。 差动保护的基本原理为检测电动机始末端的电流，比较始端电流和末端电流的相位和幅值的原理而构成的，正常情况下二者的差流为0，即流入电动机的电流等于流出电动机的电流。当电动机内部发生短路故障时，二者之间产生差流，启动保护功能，出口跳电动机的断路器。微机保护一般采用分相比差流方式。 图1 电动机差动保护单线原理接线图 为了实现这种保护，在电动机中性点侧与靠近出口端断路器处装设同一型号和同一变化的两组电流互感器TA1和TA2。两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线。设两端电流互感器一、二次侧按同极性相串的原则相连，即两个电流互感器的二次侧异极性相连，并在两连线之间并联接入电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I·12与I·22之差。继电器是反应两侧电流互感器二次电流之差而动作的，故称为差动继电器。图1所示为电动机纵差保护单线原理接线图。 在中性点不接地系统供电网络中，电动机的纵差保护一般采用两相式接线，用两个BCH-2型差动继电器或两个DL-11型电流继电器构成。如果采用DL-11型继电器，为躲过电动机启动时暂态电流的影响，可利用出口中间继电器带0.1s的延时动作于跳闸。如果是微机保护装置，则只需将CT二次分别接入保护装置即可，但要注意极性端。一般在保护装置
母线保护装置是正确迅速切除母线故障的重要设施,它的拒动和误动都将给电力系统带来严重危害.母线倒闸操作是电力系统最常见也是最典型的操作,因其连接元件多,操作工作量大,对运行人员的综合操作技能也提出了较高的要求.基于一次设备的客观实在性,运行人员对一次设备误操作所带来的危害都有一个直接的较全面的感性认识. 但对母线差动保护在倒闸操作过程中进行的一些切换、投退操作则往往认识模糊. 1 母线差动保护范围是否是确定的,保护对象是否是不变的 通常讲的差动保护包含了母线差动保护、变压器差动保护、发电机差动保护和线路差动保护.实现差动保护的基本原则是一致的,即各侧或各元件的电流互感器,按差接法接线,正常运行以及保护范围以外故障时,差电流等于零,保护范围内故障时差电流等于故障电流,差动继电器的动作电流按躲开外部故障时产生的最大不平衡电流计算整定. 但也应该十分清楚,母线差动保护与变压器差动保护、发电机差动保护又有很大的不同:即母线的主结线方式会随母线的倒闸操作而改变运行方式,如双母线改为单母线运行,双母线并列运行改为双母线分段并列运行,母线元件(如线路、变压器、发电机等)可以从这一段母线倒换到另一段母线等等.换句话说,母线差动保护的范围会随母线倒闸操作的进行、母线运行方式的改变而变化(扩大或缩小),母线差动保护的对象也可以由于母线元件的倒换操作而改变(增加或减少).忽视了这一点,在进行母线倒闸操作时,对母线差动保护的一些
必要的切换投退操作肯定就认识模糊、甚至趋于盲目了. 2 母线倒闸操作时是否须将母线差动保护退出 “在进行倒闸操作时须将母线差动保护退出”是错误的,之所以产生这种错误认识,是因为一些运行人员曾看到过,甚至在母线倒闸操作时发生过母线差动保护误动,但其根本原因是对母线差动保护缺乏正确认识.母线倒闸操作如严格按照规定进行,即并、解列时的等电位操作,尽量减少操作隔离开关时的电位差,严禁母线电压互感器二次侧反充电,充分考虑母线差动保护非选择性开关的拉、合及低电压闭锁母线差动保护压板的切换等等,是不会引起母线差动保护误动的.因此,在倒母线的过程中,母线差动保护的工作原理如不遭到破坏,一般应投入运行.根据历年统计资料看,因误操作引起母线短路事故,几率还很高.尽管近几年为防止误操作在变电站、发电厂的一次、二次设备上安装了五防闭锁装置,但一些运行人员违规使用万能钥匙走错间隔、误合、误拉仍时有发生.这就使在母线倒闸操作时,保持母线差动保护投入有着极其重要的现实意义.投入母线差动保护倒母线,可以在万一发生误操作造成母线短路时,由保护装置动作,切除故障,从而避免事故的进一步扩大,防止设备严重损坏、系统失去稳定或发生人身伤亡事故. 事实上,与其说母线倒闸操作容易引起母线差动保护误动,倒不如说,母线倒闸操作常常会使母线差动保护失去选择性而误切非故障母线. 3 母线倒闸操作后,是否要将母线差动保护的非选择性开关合入
5.1发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。 5.1.1保护原理 5.1.1.1比率差动原理。 差动动作方程如下： l op 3 I op.0 （ I res 兰 l res.0 时） l op > I op.O + S （l res — res.0） （ l res > l res.0 时） 式中：l op 为差动电流，l o P.O 为差动最小动作电流整定值，I res 为制动电流，I r es.O 为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发 电机为正方向，见 图 （根据工程需要，也可将 5.1.1.2 TA 断线判别 当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下 列条件认为 TA 断线： a. c. 5.2发电机匝间保护 发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂一次设备情 况，可选择以下方案中的一种： 5.1.1。 差动电流: 1 op 制动电流: 1 res — 式中：I T ，I N 分别为机端、 见图5.1.1。 中性点电流互感器（TA ）二次侧的电流，TA 的极性 _L 氓 € % 5 TA 极性端均定义为靠近发电机侧） 本侧三相电流中至少一相电流为零； b.本侧三相电流中至少一相电流不变； 最大相电流小于1.2倍的额定电流。 5.1.1电流极性接线示意图
5.2.1故障分量负序方向（△ P2）匝间保护 该方案不需引入发电机纵向零序电压。
故障分量负序方向（△ P2）保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.1.1保护原理 当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障 时，在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的A U2和A I2分别取自机端TV、TA，其TA极性图见图5.2.1.1,则故障分量负序功率A P2为： △ P2 =3艮〔厶『2心?2心也21 2L J A ? 式中i I2为也I2的共轭相量，申sen。2为故障分量负序方向继电器的最大灵敏 角。一般取60。~80。（也|2滞后A U2的角度）。 故障分量负序方向保护的动作判据可表示为: > E-p △》2=血e^S n 实际应用动作判据综合为: A P2 = A U2r』I ' + A U2i ”也I ' > ￡P （S S i、年为动作门槛） 保护逻辑框图见图521.2。 枣力， “ r ‘ 1 1 Um： I 1卄TA 图521.1故障分量负序方向保护极性图
3.2 原理说明 3.2.1 母线差动保护 母线差动保护由分相式比率差动元件构成，TA 极性要求支路TA 同名端在母线侧，母联TA 同名端在Ⅰ母侧。差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。母线大差是指除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差动回路。某段母线的小差是指该段母线上所连接的所有支路（包括母联和分段开关）电流所构成的差动回路。母线大差比率差动用于判别母线区内和区外故障，小差比率差动用于故障母线的选择。 1）起动元件 a ）电压工频变化量元件，当两段母线任一相电压工频变化量大于门坎（由浮动门坎和固定门坎构成）时电压工频变化量元件动作，其判据为： △u >△U T +0.05U N 其中：△u 为相电压工频变化量瞬时值；0.05U N 为固定门坎；△U T 是浮动门坎，随着变化量输出变化而逐步自动调整。 b ）差流元件，当任一相差动电流大于差流起动值时差流元件动作，其判据为： Id > I cdzd 其中：Id 为大差动相电流；I cdzd 为差动电流起动定值。 母线差动保护电压工频变化量元件或差流元件起动后展宽500ms 。 2）比率差动元件 a ） 常规比率差动元件 动作判据为： cdzd m j j I I >∑=1 （1） ∑∑==>m j j m j j I K I 1 1 （2） 其中：K 为比率制动系数；I j 为第j 个连接元件的电流；cdzd I 为差动电流起动定值。） 其动作特性曲线如图3.2所示。 ∑j I j I cdzd I 图3.2 比例差动元件动作特性曲线 为防止在母联开关断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件的灵敏度不够，大差比例差动元件的比率制动系数有高低两个定值。母联开关处于合闸位置以及投单母或刀闸双跨时大差比率差动元件采用比率制动系数高值，而当母线分列运行时自动转用比率制动系数低值。 小差比例差动元件则固定取比率制动系数高值。 b ） 工频变化量比例差动元件 为提高保护抗过渡电阻能力，减少保护性能受故障前系统功角关系的影响，本保护除采用由差流构成的常规比率差动元件外，还采用工频变化量电流构成了工频变化量比率差动元件，与制动系数固定为0.2的常规比率差动元件配合构成快速差动保护。其动作判据为：
主变比率制动式差动保 护 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
1.1.1. 主变比率制动式差动保护 比率制动式差动保护能反映主变内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA 断线、TA 饱和、TA 暂态特性不一致的情况。 由于变压器联结组不同和各侧TA 变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿，以下说明均基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。 1.1.1.1. 比率差动动作方程 ? ?? ??-+-+≥-+≥>)I 6I (6.0)I I 6(S I I ) I I (S I I I I e res 0.res e 0.op op 0.res res 0.op op 0.op op ) I 6I ()I 6I I ()I I (e res e res 0.res res.0res >≤<≤ (6-3-1) op I 为差动电流，0.op I 为差动最小动作电流整定值，res I 为制动电流，0.res I 为最小制动电流整定 值，S 为动作特性折线中间段比率制动系数。op.0I ，res.0I ，S 需用户整定。 对于两侧差动： 21I I I op += (6-3-2) 2I 21res I I -= (6-3-3) 1I ，2I 分别为变压器高、低压侧电流互感器二次侧的电流。各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。 1.1.1. 2. 比率差动动作特性 比率差动动作特性同图6-3-1所示： 图6-3-1 主变（厂变、励磁变）比率差动动作特性 注：只有主变比率差动保护动作特性才有速动区，厂变和励磁变均没有速动区。 1.1.1.3. 主比率差动启动条件 当三相最大差动电流大于倍最小动作电流时，比率制动式差动启动元件动作。 图6-3-2 主变增量差动保护动作特性图 1.1. 2. 主变差动保护逻辑图 主变差动保护逻辑如图6-3-3所示： 图6-3-3 主变（厂变、励磁变）差动保护逻辑图
8.2 母线差动保护原理 ——单母线完全电流差动保护 ——高阻抗母线差动保护 ——具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护
为了满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接着较多的电气元件（如线路、变压器、发电机等），因此就不能像发电机的差动保护那样，只用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的。
（1）在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等。 （2）当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的符合电流。 （3）从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中德电流相位是相反的。 根据原则（1）和原则（2）可构造电流差动保护，根据原则（3）可以构造电流比相式差动保护。
负荷1 电源 负荷2 1 I 2 I 3 I 3 21I I I +=负荷1 电源 负荷2 1 I 2 I 3 I 03 21=++I I I 若支路1、2、3上均安装相同变比的电流互感器，则三个电流互感器的电流之和应等于0（理想情况）。 =∑I
母线故障时的电流特征 若支路1、2、3上都安装有相同变比的电流互感器，则母线故障时，三个电流互感器的电流之和应等于短路电流（二次值）。 电源 1 I 2I 3 I 0321=+++k I I I I k I 依KCL ： 即： k I I I I -=++321
8.2.1 单母线完全电流差动保护 KD 1p I 2p I 3 p I pn I 1 s I 2 s I 3s I sn I KA I 0 11 TA 1 ===∑∑==n i pi n i si KA I n I I 正常工作时
变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使
8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但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，如果考虑剩磁Φr，这样
经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
差动保护基本原理 1、母线差动保护基本原理 母线差动保护基本原理,用通俗的比喻，就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围 2、什么是差动保护？为什么叫差动？这样有什么优点？ 差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。 主要用来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。 在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流只差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。 从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。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，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡点流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK 为Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡点流应尽量的小，以确保继电器不会误动。 当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即 Ik=I1+I2=Iumb 能使继电器可靠动作。 变压器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。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，所以在区内故障时，可以瞬时动作。 3、为什么220KV高压线路保护用电压取母线TV不取线路TV 事实上，两个电压都接入保护装置的，它们的作用各不相同 母线电压，一般用来判别正方向故障和反方向故障，通过电流与电压之间的夹角来判别 线路电压，一般用来重合闸的时候用，作为线路有压无压的判据 现在220kV线路保护比较常用的就是一套光纤电流差动以及一套高频距离保护 也有采用两套光纤电流，两套高频的比较少了 4、变压器差动保护的基本原理 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。
比率制动式差动保护 变压器差动保护 :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 :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, 11'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； 12'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：11'12 ' nh I”/12 ”= nl I2 ' I2 ” I1'/l”= nh/ n 1=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: 动作电流lop 4 d Iopo 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，因此我们只要计算岀此斜线的斜率，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撮小制动电流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Il=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定II升12,当12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(11+12) /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 f Ires, o 图二 b 制动电流Ires
1比率制动差动保护特性 随着计算机技术在继电保护领域日益广泛的应用，比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护具有动作可靠，实时数据采集、计算、比较、判断等较为方便简单等优点，得到用户的认可。 所谓比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。而在内部故障时，制动作用最小。 图1 图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。 曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大。 曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。 在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为0B,即保护区内短路时的短路电流必须大于0B所代表的电流值时，保护才能动作。 在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，短路电流只要大于0A所代表的电流值，保护即能动作。OA <0B这说明在同样的保护区内短路状态下，有制动特性的差动保护比无制动特性的差动保护灵敏度要高。 在实际的变压器差动保护装置中，其比率制动特性如下图2所示： 图2中平行于横坐标的AB段称为无制动段，它是由启动电流和最小制动电流构成的，动作值不随制动电流变化而变化。我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用，通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值。即：lzd=le/nLH 图2中斜线的斜率为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量，制动Izdo增大，当动作电流Idzo大于启动电流时，制动电流和动作电流的交点D必落在制动区内。当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流，制动电流则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的二直线交点必落在动作区内，差动保护可靠动作。 2比率制动式差动保护的整定在比率制动式差动保护的整定计算时，通常按以下原则选取： 2.1 Icdsd即差动速断电流 当变压器空载投入或变压器外部故障切除后电压恢复时，励磁涌流高达额定电流的6? 8 倍，当差动保护电流互感器选择合适时，变压器外部短路流过差动回路的不平衡电流小于
比率差动保护实验方法 汉川供电公司石巍 主题词比率差动实验方法 随着综合自动化装置的普遍推广使用，变压器比率差动保护得到了广泛的使用，但是由于厂家众多，计算方法和保护原理略有差异，而且没有统一的实验方法，尤其是比率制动中制动特性实验不准确，给运行和维护带来了不便，下面介绍两种比较简单和实用的，用微机继电保护测试装置测试差动保护的实验方法。 一、比率差动原理简介： 差动动作方程如下： Id>Icd (Ir
制动电流的公式较多，有以下几种： Ir=︱?h-?l︱/2 (2) Ir=︱?h-?l︱(3) Ir=max｛︱?1︱，︱?2︱，︱?3︱…︱?n︱｝(4) 为方便起见，以下就采用比较简单常用的公式（3）。 由于变压器差动保护二次CT为全星形接线，对于一次绕组为Y/?，Y/Y/?，Y/?/?，Y形接线的二次电流与?形接线的二次电流有30度相位差,需要软件对所有一次绕组为Y形接线的二次电流进行相位和幅值补偿，补偿的方式为：?A=（?A’—?B’）/1.732/K hp ?B=（?B’—?C’）/1.732/K hp ?C=（?C’—?A’）/1.732/K hp 其中?A、?B、?C为补偿后的二次电流（即保护装置实时显示的电流），?A’、?B’、?C’为未经补偿的二次电流，相当与由CT输入保护装置的实际的电流。K hp为高压的平衡系数（有的保护装置采用的是乘上平衡系数），一般设定为1。 这样经过软件补偿后，在一次绕组为Y形的一侧加入单相电流时，保护会同时测到两相电流，加入A相电流，则保护同时测到A、C两相电流；加入B相电流，则保护同时测到B、A两相电流；加入C相电流，则保护同时测到C、B两相电流。 对于绕组为?形接线的二次电流就不需要软件补偿相位，只要对由于CT变比不同引起的二次电流系数进行补偿了，电流计算公式为： ?a=?a’ /K lp ?a’为未经补偿的二次电流，相当与由CT输入保护装置的实际的电流；?a为补偿后的二次电流（即保护装置实时显示的电流）。唯一要注意的是保护装置要求低压侧电流与高压侧电流反相位输入，高压侧的A相与低压侧的A相间应相差150度。K lp为低压的平衡系数（有的保护装置采用的是乘上平衡系数），与保护用的CT
前提是变压器为常见的星星三角接线，点数11. 所谓差流平衡，就是当正常运行或主变区外故障时的状态，装置感受到的变压器两侧电流方向相反，大小相等。这里暂且称装置感受到用来计算差流的量为装置量。 先计算1202的平衡系数。方法如下： 高压侧：PH高=变压器绕组星形接线1/√3 中压侧：PM中=变压器绕组星形接线Mct*Mdy/(Hct*Hdy*√3) 低压侧：PL低=变压器绕组角形接线Lct*Ldy/(Hct*Hdy) 装置量=输入值*平衡系数 例：CT变比H：1200/5 M：1200/5 L：2000/5 PT变比H：230/100 M：115/100 L：37.5/100 变压器星星角接线，CT二次星星星接线 可计算得Ph高，Ph中和Ph低值 当做高低压侧差流平衡时，加量方法如下：任取一个装置制动量X A(装置量)， 则测试仪加入X/PH高 0度（加在高压侧A相） X/ PH低 180度（加在低压侧A相） (补偿电流) X/PH低 0度（加在低压侧C相） 楼主给的是3A,取X为3代入，就可以得到测试仪加入的量了。这样加一定是装置无差流的。 至于为什么要加补偿电流，是因为从前的主变保护如果两侧为星型和三角型，则CT二次侧星型接为三角，三角接为星型，以补偿相位达到差流的平衡。但是现在的微机保护装置，统一二次侧全接为星型，因此需要软件中进行相位补偿。1202相位校正采取方法是星变三角，即将高压侧二次电流进行以下公式变换，也就是楼主所提供的公式。 IAH=（Iah-Ibh）/根3 IBH=（Ibh-Ich）/根3 ICH=（Ich-Iah）/根3 其实就是将来自高压侧的电流互相相减再除以根3 根据上式，如果做高低压侧差流平衡，本来在高压侧A相和低压侧A相通入相同幅值，相位相反的装置量，就应该差流平衡的。但是因为高压侧进行了以上的相位变换，所以当高压侧A相通入电流时，高压侧C相也产生了反相的同幅值电流，所以C相产生了差流。这样没有办法差流平衡。所以要进行补偿，同时在高压侧C相或者低压侧C相也加入一个同相同幅值的装置量来抵消。这就是C相补偿电流的来源。注意上面所
差动保护是许多电气设备的必备保护，变压器的差动保护由于有变比误差和星角变换问题，相对其他电气设备的差动保护较为复杂，常规的变压器差动保护为了保证星角接线方式的变压器保护差流的平衡，一般将星侧的CT接角形，而将角侧的CT接成星形。而现代的微机变压器差动保护已开始采用将变压器两侧CT均接成星形进入装置，由装置内部软件完成星角转换。做常规变压器差动保护制动特性时，可用一个三相试验台通过调整角度输出两相电流，模拟区内或区外故障两侧CT的同名相的电流加入装置，分别做每相的制动特性。如何用一个三相试验台做微机变压器差动保护比率制动曲线呢？下面以 Y/△-11接线的两卷变压器为例进行说明。 假定变压器星侧二次电流为IH，角侧二次电流为IL。确定输入装置的CT电流极性为: 当一次电流流入变压器时，装置的感应电流都为正极性电流流入装置（如图1），这样在正常运行或区外故障时，星侧流入装置的电流与一次同向，角侧流入装置的电流与一次反向，但又由于星角变换而使一次星侧电流滞后角侧30度，所以最后流入装置的二次电流为星侧超前角侧150度，向量如图2，进入装置后，软件通过以下计算完成转角:
图2 图3 即星侧电流 通过以上转换之后，两侧电流大小未变，方向相反，但由于变压器变比和CT变比问题，进入装置的两侧电流大小不相等，所以还要加上平衡系数，最后计算差电流的算法为: 经过以上运算，可以得出，在区外故障和正常运行时，装置算得的差流为零。这就是国内微机变压器差动保护的算法。 由于星角变换由软件进行，所以在做单相比率制动特性时就不一样了。可以看到，如果在星侧加入A相电流I，而软件却计算出星侧: 这时，要做A相比率制动特性，首先要在角侧加入C相电流，方向与星侧所加A相电流相同，大小适当，平衡掉C相差流，否则C相总能使差动保护先动作。之后，在角侧A相加入与星侧A相方向相反的电流，调整电流大小，就可以作出差动保护的比率制动特性曲线。B相和C相做法与此相同。以此类推，也可以得出其他星角接线方式的变压器的微机差动保护比率制动特性曲线的做法。
差动保护 [1]电流差动保护是中的一种保护。正相序是A超前B,B超前C各是120度。反相序（即是逆相序）是 A 超前C,C超前B各是120度。有功方向变反只是和电流的之间的角加上180度，就是反相功率，而不是逆相序。 差动保护是根据“电路中流入电流的总和等于零”原理制成的。 差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧跳开，使故障设备断开电源。 差动保护原理 差动保护 差动保护是利用电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动不动作。当时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于，差动继电器动作。 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，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、差动保护等等。 变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：iJ=ibp=iI-iII=0。 如果内部故障，如图ZD点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：iJ=ibp=iI2+iII2。当流入继电器的电流大于，保护动作断路器跳闸。 技术参数 1.环境条件 正常温度： -10℃~55℃ 极限温度： -30℃~70℃ 存储温度： -40℃~85℃ 相对湿度：≤95%，不凝露 大气压力： 80~110kPa 2.工作电源 电压范围： 85~265V（AC或DC) 正常功耗：<10W 最大功耗：<20W 电源跌落：200ms 上电冲击：4A 隔离耐压：3kV
故障分量差动保护 摘要深入地研究了基于故障分量的数字式差动保护的基本原理，并与传统的比率制动差动保护作了详细比较，讨论了故障分量差动保护的动作判据，最后介绍了基于该原理的保护在实际中的应用。 关键词故障分量差动保护微机保护发电机变压器 0 引言 基于故障分量(也称增量)来实现保护的原理最早可以追溯到突变 量原理的保护，但真正受到人们普遍关注和广泛研究则是出现微机保护技术之后。微机具有长记忆功能和强大的数据处理能力，可以获取稳定的故障分量，从而促进了故障分量原理保护的发展［1］。近20年来，陆续提出了基于故障分量的差动保护、方向保护、距离保护、故障选相等许多新原理，并在元件保护、线路保护各个领域得到了成功的应用。本文针对在发电机、变压器中广泛使用的比率制动式差动保护，讨论故障分量保护的基本原理、判据和应用中的一些问题。 1 故障分量比率差动保护原理 故障分量电流是由从故障后电流中减去负荷分量而得到的，可以由它来构成比率差动保护。习惯上常用“Δ”表示故障分量，故也有人称之为“Δ差动继电器”［2］。以两侧纵联差动保护为例，若两侧电流假定正向均取为流入被保护设备，故障分量比率差动保护的动作方程可表示为： (1) 式中;下标L表示正常负荷分量；下 标Ⅰ，Ⅱ则分别表示被保护设备两侧的电量。 在故障分量比率差动保护中，令,分别表示动作量(差动量)和制动量，即
(2) 因正常运行时有，故传统比率差动保护的动作量 d 可表示为： 和制动量 r (3) 比较式(2)与式(3)可见，忽略变压器两侧负荷电流的误差之后，两种差动保护原理的动作量相同，主要不同之处表现在制动量上。发生内部轻微故障(如单相高阻接地或小匝数匝间短路)时，可能出现 L决定，从 ，这时式(3)中制动量主要由2I Ⅰ 而使得传统比率差动保护方案因制动量太大而降低了灵敏度。利用降低K值来改善灵敏度是有限的。因为必须保证外部严重故障时有足够的制动量不使保护误动，发生外部严重故障时，一般有 ，因此两种原理差 ，制动量主要决定于Δ r 动保护的制动量相当，不会引起误动。由以下进一步的分析可更清楚地看到这一点。 设一单相变压器发生对地高阻抗接地故障，现用一简化的具有两端电源的T形网络来表征，如图1所示。 图1 单相变压器内部故障简化等值电路 Fig.1 The simplified equivalent circuit of single-phase transformer with internal fault 短路阻抗为Z 。按照叠加原理，可将图1所示电路分解为正常网络 f 和故障附加网络。由故障附加网络推导出式(1)的另一种形式为：
变压器差动保护的基本原理 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。 变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 1）励磁涌流 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。
2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但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，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
- 3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。
4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。
1 比率制动差动保护特性 随着计算机技术在继电保护领域日益广泛的应用，比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的 主保护具有动作可靠，实时数据采集、计算、比较、判断等较为方便简单等优点，得到用户的认可。 所谓比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。使制 动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。而在内部故障时，制动作用最小。 图1 图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。 曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。 曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大。 曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。 在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为OB′，即保护区内短路时的短路电流必须大于OB′所代表的电流值时，保护才能动作。 在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，短路电流只要大于OA′所代表的电流值，保护即能动作。OA′
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