纵差动保护原理

纵差动保护工作原理概述纵差动保护是电力系统中常用的一种保护方式，用于检测电力系统中的故障，及时采取措施进行保护和隔离，以确保电力系统的安全稳定运行。

纵差动保护的工作原理是通过比较电力系统中不同位置的电流或电压的差异来判断系统是否存在故障，并对故障点进行保护动作。

工作原理纵差动保护的工作原理基于电力系统中的故障电流或故障电压的分布特性。

在正常运行情况下，电力系统中的电流或电压分布是相对均匀的，各个节点之间的差异较小。

而当系统中发生故障时，故障点处的电流或电压会发生明显的变化，这种变化可以通过纵差动保护来检测和判断。

在纵差动保护中，通常会选择两个位置进行电流或电压的比较。

这两个位置可以是电力系统中的两个节点，也可以是同一个节点的两个不同位置。

通过比较这两个位置的电流或电压的差异，可以判断系统中是否存在故障，并确定故障点的位置。

具体实现纵差动保护可以通过不同的实现方式来实现，常见的实现方式有纵差电流保护和纵差电压保护。

纵差电流保护纵差电流保护是通过比较系统中不同位置的电流来实现的。

在纵差电流保护中，通常会选择系统中的两个节点进行电流的比较。

具体实现时，需要对选定的两个节点分别安装电流互感器，将其输出信号送入纵差保护装置中进行比较。

当两个节点的电流差异超过设定的阈值时，纵差保护装置将会进行保护动作，比如切断故障点附近的电路。

纵差电压保护纵差电压保护是通过比较系统中不同位置的电压来实现的。

在纵差电压保护中，通常会选择系统中的两个节点进行电压的比较。

具体实现时，需要对选定的两个节点分别安装电压互感器，将其输出信号送入纵差保护装置中进行比较。

当两个节点的电压差异超过设定的阈值时，纵差保护装置将会进行保护动作，比如切断故障点附近的电路。

优势与局限纵差动保护具有以下优势：1. 灵敏度高：纵差动保护对故障的检测能力较强，可以快速准确地判断系统中的故障，并进行保护动作。

2. 抗干扰能力强：纵差动保护对外界干扰的抗干扰能力较强，可以有效地避免误动作。

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。

一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1与I2反向流入，KD的电流为11TAIn-22TAIn=1I'-2I'≈0 ，故KD不会动作。

当在保护区内K2点故障时，I1与I2 同向流入，KD的电流为：11TAIn+22TAIn=1I'+2I'=2kTAIn当2kTAIn大于KD的整定值时，即1I'-(3)max max/unb st unp i k TAI K K f I n=≠0 ,KD动作。

这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2kTAIn≥I set，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。

通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达：.min.min.min()brk brkop ork brk opI II K I I I>≥≤+式中：Kst——同型系数，取0.5；Kunp——非周期性分量影响系数，取为1～1.5；fi ——TA的最大数值误差，取0.1。

为使KD在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作，KD的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max(Krel为可靠系数，取1.3）。

Iunb.max越大，动作值Iop就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。

此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg短路时，保护不能动作。

对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。

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。

纵联差动保护原理
纵联差动保护是一种电力系统中常用的保护方式，用于检测和保护主变压器、发电机、母线等重要设备的故障。

其基本原理是比较设备两侧电流的差值，当差值超过设定值时，即认为发生了故障，触发保护动作。

纵联差动保护的工作原理可以分为两个阶段：采样和比较。

首先，在设备两侧分别安装电流互感器，采样得到两侧电流的信号。

这些信号经过放大和调节后，送入差动继电器。

差动继电器进行差动计算，即计算两侧电流的差值。

如果差值低于设定值，差动继电器保持动作，表示系统正常。

但当差值超过设定值，差动继电器即判定为发生故障，触发保护装置的动作。

纵联差动保护的核心是差动继电器，其内部包含了一个差动计算单元和一个保护决策单元。

差动计算单元计算两侧电流的差值，并将结果送入保护决策单元。

保护决策单元根据计算结果，进行故障判定和相应的保护动作。

纵联差动保护的设计要考虑到系统的复杂性和可靠性。

在设计时，需要合理选择互感器的参数、差动计算的方式和设定值。

此外，还需要考虑到与其他保护装置的协调工作，使整个保护系统能够快速、准确地检测和定位故障，并采取适当的措施进行隔离和保护。

综上所述，纵联差动保护通过比较设备两侧电流的差值来检测和保护设备的故障。

它是一种重要的电力系统保护方式，能够有效地提升系统的可靠性和安全性。

6.2 纵联差动保护6.2.1 基本原理6.2.1.1 定义差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。

变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。

6.2.1.2 基本原理变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互感器TA 1、TA 2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，即2•'I －2•''I ＝0，保证纵差保护不动作。

但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。

(a) 双绕组变压器正常运行时的电流分布 (b) 三绕组变压器内部故障时的电流分布（图6.4 变压器纵差保护原理接线图）在图6.4（a ）双绕组变压器中，变压器两侧电流1•'I 、1•''I 同相位，所以电流互感器TA 1、TA 2二次的电流2•'I 、2•''I 同相位，则2•'I －2•''I ＝0的条件是2•'I ＝2•''I ，即 2•'I ＝2•''I ＝11i n I •'＝21i n I •'' (6.1) 即 12i i n n ＝11••'''I I ＝T K (6.2) 式中，1i n 、2i n ——分别为TA 1、TA 2的变比； T K ——变压器的变比。

若上述条件满足，则当变压器正常运行或纵差保护区外故障（以下简称“区外故障”或“区内故障”）时，流入差动继电器的电流为K I •＝2•'I －2•''I ＝0 (6.3)当区内故障时，2•''I 反向流出，则流入差动继电器的电流为K I •＝2•'I ＋2•''I ＞ 0 (6.4) 当K I ＞ 0时，差动继电器动作，驱动变压器两侧断路器分闸，对变压器起到保护作用。

纵差动保护工作原理纵差动保护是电力系统中一种重要的保护装置，它能够准确地检测并定位电力系统中的故障点，从而保护电力设备的正常运行。

其工作原理是基于电流的差值测量和比较。

纵差动保护主要应用于高压输电线路和变电站，旨在保护线路及相关设备免受电流过载和短路等故障的影响。

其工作原理可以分为两个阶段：测量阶段和决策阶段。

在测量阶段，纵差动保护装置将电流变压器的二次电流转化为相应的电压信号，并通过比例放大和滤波处理得到稳定的电流信号。

然后，这些电流信号通过采样和处理电路进行数字化，以便进一步分析和处理。

在决策阶段，纵差动保护装置通过对两侧电流进行差值计算，得出电流的差异。

若电流差异超过预设的阈值，则会触发保护装置，启动相应的操作以保护电力设备。

比如，可以切断故障线路上的电源，阻止故障扩大。

同时，保护装置还会记录故障发生的位置和时间等信息，以便后续的维修工作。

纵差动保护装置的工作原理基于电流的差值测量，因此在实际应用中需要考虑电流互感器的准确性和线路参数的变化。

同时，还需要考虑阈值的设定、保护装置的时间延迟以及与其他保护装置的协调等问题。

纵差动保护具有以下几个优点：第一，可以实现快速准确地检测故障并定位故障点，最大限度地保护电力设备；第二，可以提高电网的可靠性和稳定性，减少停电时间和经济损失；第三，可以自动化地执行保护措施，减轻操作人员的负担。

然而，纵差动保护装置也存在一些局限性。

例如，在复杂的电力系统中，不同线路的电流差异可能会受到其他因素的影响，导致误操作。

因此，在设计和应用纵差动保护装置时，需要充分考虑系统的复杂性和实际情况，合理选择参数和阈值，以确保保护装置的可靠性和准确性。

综上所述，纵差动保护装置是电力系统中一项重要的保护装置，其工作原理基于电流的差值测量和比较。

通过准确地检测故障并定位故障点，纵差动保护装置能够有效地保护电力设备的正常运行。

在实际应用中，需要充分考虑各种因素，合理设计参数和阈值，并与其他保护装置协调工作，以确保保护系统的可靠性和准确性。

第三节变压器纵差动保护一、变压器纵差动保护工作原理由于变压器的高压侧和低压侧的额定电流不，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，两二次电流相等。

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，此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。

图6-2 （a）双绕组变压器正常运行时的电流分布（b）三绕组变压器区内故障时的电流分布图6-3纵差保护特殊问题-引起不平衡电流增大原因：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。

引起不平衡电流增大原因：（1）变压器两侧绕组接线方式不同；（2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；（3）变压器带负荷调节分接头；（4）电流互感器传变误差的影响；（5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；（6）变压器励磁涌流。

二、励磁电流的影响正常运行时，励磁电流仅为变压器额定电流的3％～5％，所以对保护无影响。

当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流。

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。

涌流产生原因: 铁芯中的磁通不能突变。

图6-4稳态时，磁通滞后电压90°；当 U=0 时投入变压器，铁心出现磁通–Φm，铁心中磁通不能突变，必须产生+Φm的非周期分量，以抵消–Φm 使得Φ=0 ，考虑到剩磁Φsy的影响，半个周波后，铁心中的磁通达到最大值，严重饱和，对应的励磁涌流此时也达到最大。

图6-5单相变压器励磁涌流的特征：（1）数值较大，可达额定电流的6～8倍，偏于时间轴一侧；（2）含有较大的直流分量；（3）励磁涌流中含有大量的谐波分量；（4）励磁涌流的波形中有间断。

图6-6防止励磁涌流方法：在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有；采用具有速饱和铁心的差动断电器；鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；利用二次谐波制动等。

纵联和横联差动保护的原理~！电网的纵联差动保护电流、电压和距离保护属于单端保护，不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。

这就不能满足高压输电线路系统稳定的要求。

如何保证瞬时切除高压输电线路故障？解决办法：采用线路纵差动保护线路纵差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护的。

当在被保护范围内任一点发生故障时，它都能瞬时切除故障。

－、纵联差动保护的工作原理电网的纵联差动保护反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。

纵联差动保护原理接线如下图所示。

，即为电流互感器二次电流的差。

差回路：继电器回路。

正常'流入继电器的电流为I2—I2运行：流入差回路的电流外部短路：流入差回路中的电流为指出：被保护线路在正常运行及区外故障时，在理想状态下，流入差动保护差回路中的电流为零。

实际上，差回路中还有一个不平衡电流Ibp。

差动继电器KD的起动电流是按大于不平衡电流整定的，所以，在被保护线路正常及外部故障时差动保护不会动作。

内部短路：流入差动保护回路的电流为被保护线路内部故障时，流入差回路的电流远大于差动继电器的起动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器。

结论： 1、差动保护灵敏度很高 2、保护范围稳定 3、可以实现全线速动 4、不能作相邻元件的后备保护二、纵联差动保护的不平衡电流 1．稳态情况下的不平衡电流该不平衡电流为两侧电流互感器励磁电流的差。

差动回路中产生不平衡电流最大值为式中 KTA一电流互感器 10％误差； max—被保护线路外部短路时，流过保护线路的最大短路电流。

∙Ktx—电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取l； Id 2．暂态不平衡电流纵联差动保护是全线速动保护，需要考虑在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流,其最大值为 2。

三、纵联差动保护的整定计算~式中Kfz——非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取为1，否则取为1.5 差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定灵敏度校验：四、纵联差动保护的评价优点：全线速动，不受过负荷及系统振荡的影响，灵敏度较高。

发电机纵差动保护培训资料1、发电机纵差动保护原理对发电机相间短路的主保护，不但要求能正确区别发电机内、外部故障，而且还要求无延时地切除内部故障，为此而设置发电机纵差动保护。

在发电机中型点侧配置一组电流互感器，在发电机出口配置一组电流互感器，其保护范围为两电流互感器之间的发电机定子绕组及引出线。

两电流互感器是同一电压等级、同变比、可同型及特性尽可能相近的，其不平衡电流比较小。

为防止外部短路暂态不平横电流的影响，差动继电器可选用带中间速饱和电流器的继电器。

不平衡电流计算只考虑两电流互感器不一致而产生的不平蘅电流。

Ibp.max =KftqKtxfiI（3）dmaxKftq—非周期分量影响系数 BCH—2继电器取1Ktx—同型系数取0.5 fi=0.1 ID（3）max —外部短路最大短路电流周期分量为了防止电流互感器二次回路断线引起保护误动，设计有电流互感器二次回路断线监视装置，在发电机电流互感器二次回路断线后延时发信。

正常运行时发出断线信号后，运行人员应将差动保护退出，以防在断线情况下发生外部短路时差动保护误动。

2、发电厂330KV发电机差动保护蒲城发电厂1、2号发动机采用单星形中型点经中值电阻（1000欧）接地接线方式，差动保护采用BCH—12型差动继电器，保护范围是中型点CT与发电机出口CT之间、反映相间短路和单相接地故障，此保护未设CT断线闭锁，依靠躲过单相CT断线二次不平衡电流来闭锁CT断线。

发电机另外与主变共设置一套差动保护，保护范围是330KV两个出口开关CT、发电机中性点CT、厂高变低压侧两分支CT之间的接地、相间短路。

3、发电机纵差动保护的评价1）发电机纵差动保护不能反映定子绕组匝间短路；2）发电机定子绕组不同地点发生短路时，由于定子绕组多点感应电动势不同及短路阻抗不同，所以短路电流大小不同，中性点附近短路或接地，差动保护不灵敏。

同步发电机构纵差动保护一、发电机纵差动保护的作用原理对发电机相间短路的主保护，不但要求能正确区别发电机内、外故障，而且还要求无延时地切除内部故障。

一、发电机相间短路的纵联差动保护将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD 接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I 1 与 I 2 反向流入，KD 的电流为11TA In - 22TA I n =1I '- 2I '≈0 ，故KD 不会动作。

当在保护 区内K2点故障时， I1与 I2 同向流入，KD 的电流为：11TA I n + 22TA I n =1I '+ 2I '=2k TAI n当2k TAI n 大于KD 的整定值时，即 1I ' - (3)maxmax /unb st unp i k TA I K K f I n =≠0 ,KD 动作。

这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k TAI n ≥I set ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb 表示。

通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA 的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb 增大，一般外部短路电流越大，Iunb 就可能越大，其最大值可达：.min.min .min()brk brk op ork brk op I I I K I I I >≥≤+式中：Kst ——同型系数，取；Kunp ——非周期性分量影响系数，取为1～； fi ——TA 的最大数值误差，取。

为使KD 在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD 的动作值必须大于最大平衡电流，即Iop=(Krel 为可靠系数，取）。

越大，动作值Iop 就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。

此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg 短路时，保护不能动作。