变压器差动保护原理图解

双绕组单相变压器差动保护原理
对于双绕组单相变压器，其差动保护的原理接线图为下图1。

图中1I 、2I 分别为变压器一次侧和二次侧的一次电流，参考方
向为母线指向变压器；1I '、2I '为相应的电流互感器二次电流。

流
入差动继电器KD 的差动电流为：
12
r I I I ''=+
图1 双绕组单相变压器差动保护原理接线图
差动保护的动作判据为：
r set I I ≥
式中，set I 为差动保护动作电流， 12||r I I I ''=+为差动电流的有效值。

设变压器的变比为12/T n U U =，则有： 12121112121
(1)T TA T r TA TA TA TA TA I I n I I n n I I n n n n n +=+=+- 式中， 1TA n 、2TA n 分别为两侧电流互感器的变比。

若选择电流互感器的变比，使之满足：
21
TA T TA n n n = 这样：
12
1T r TA n I I I n +=
忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次电流的关系为120T n I I +=，这样正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；变压器内部（包括变压器与电流互感器之间的引线）任一点故障时，相当于变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流（变换到电流互感器二次侧），只要故障电流大于差动继电器的动作电流，差动保护就能迅速动作。

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。

第四节 变压器零序差动保护1.概述通常的差动保护用在N Y ，d 接线的三项变压器，当N Y 侧单相接地短路时灵敏度不高，故提出零序差动保护方案。

单相式超高压大型变压器绕组的短路类型主要是绕组对铁芯(即地)地绝缘损坏，即单相接地短路，相间短路(指箱内故障)可能性极小，因此认真对待变压器绕组地单相短路故障保护，十分必要。

2.原理2.1 普通变压器的零序差动保护先看图1(a)所示N Y ，d 变压器，N Y 侧电源断开，该侧发生金属性单相接地短路，短路点距中性点的长度占全绕组总长的%α，电流Y I 和∆I 如图所示，变压器的电抗为0.10，∆侧接于无穷大电源。

变压器差动保护的电流互感器二次接线为常规方式(即变压器Y 接，互感器二次侧∆接；变压器∆接，互感器二次侧Y 接)。

输入变压器差动保护的电流是∆I ，当短路点靠近中性点时，即0→α，电流0→∆I ，注意到∆I 中只有正、负序分量，不包含零序分量，所以∆I 总是小于Y I ，使通常的差动保护灵敏度不高且有动作死区。

再看图1(b)的两侧电源N Y ，d 变压器，单相接地短路将Y 绕组分为两部分(1W 和2W )，各自流过电流1Y I 和2Y I ，如果有1Y I 1W >2Y I 2W ，则∆I 的正向将如图所示，这时1Y I 和∆I 将呈现穿越特性，通常的差动保护灵敏度低，或者根本不动作。

对于上述单相短路灵敏度低的问题，如果在N Y 侧三相电流互感器二次侧接成零序滤过器方式，再与中性点互感器二次组成差动接线，就构成了变压器的接地零序差动保护。

这种零序差动保护，无论图1(a)或(b)，都能反应全部短路电流Y I (=1Y I 和2Y I )，灵敏度大大提高。

2.2 自耦变压器的零序差动保护按照相间短路差动保护互感器二次侧接线惯例，自耦变压器高中压侧电流互感器二次必为∆接线，差动继电器中不流过零序电流，所以这种差动保护对接地短路的灵敏度低，而对中高压侧中性点均直接接地的自耦变压器，单相接地是其主要故障形式之一，加装零序差动保护将提高自耦变压器内部接地短路的灵敏度。

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：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。

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。

差动保护和比例差动保护原理（含图）1.差动速断保护反映变压器内部或引出线严重短路故障，任一相电流大于整定值，保护跳闸并发信号，其动作方程为：Id>I1式中，Id为短路电流，I1差动保护定值。

Ih为高压侧电流，Il为低压侧电流TAP=（VWDG2×CT2×C）/（VWDG1×CT1）式中：VWDG1为高压侧线电压；VWDG2为低压侧线电压；CT1为高压侧CT变比；CT2为低压侧CT变比。

当相位调整选择“退”时，为外部接线补偿，C=3。

差动电流的计算方法为：Id=|Ih+ Il*TAP| ,其中Idh、Idl都为矢量。

制动电流的计算方法为：Ir= Imax |Ih、Il*TAP|。

（表示选择其中最大相）当相位调整选择“投”时，为内部软件补偿，。

C=1单加高压侧形成的差动电流的计算方法为：Idh=Ih线/3；单加低压侧形成的差动电流的计算方法为：Idl=Il*TAP；高压侧和低压侧同时施加，各相差动电流的计算方法为：Id=|Idh +Idl| ,其中Idh、Idl都为矢量。

高压侧和低压侧同时施加，各相制动电流的计算方法为：Ir=Imax |Idh、Idl|。

差动速断保护原理逻辑图如下：图6-1 差动速断保护原理逻辑图2.比率差动保护变压器在正常负荷状态下，差动保护的最小动作电流大于额定电流下流入差动回路的不平衡电流，保护不会误动。

随着外部短路电流的增大，电流互感器可能饱和，误差随之增大，不平衡电流也就不断增大。

为防止差动保护误动作，引入比率差动保护。

其能可靠地躲过外部故障时的不平衡差动电流。

其动作方程如下：Id>I2 Id>Ｋ*Ir式中: Id 为差动电流，Ir 为制动电流，Ｋ为比率制动系数。

I2为启动电流。

图6-3 比例差动保护的动作特性差动速断动作区比率差动动作Id I1I2/K1I2Ir K1比率制动区比率差动保护原理逻辑图如下：I2图6-4 比率差动保护原理逻辑图3.二次谐波闭锁比率差动为了躲过变压器合闸瞬间的励磁涌流，本装置利用二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：Id2ψ>Ｋxb.Idψ式中：Id2ψ为A、B、C三相差动电流的二次谐波；Id?ψ为对应的三相差动电流；Ｋxb为二次谐波制动系数。

微机变压器差动保护一、微机变压器差动保护中电流互感器二次电流的相位校正问题电力系统中变压器常采用Y/D-11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°。

如果不采取措施，差回路中将会由于变压器两侧电流相位不同而产生不平衡电流。

必需消除这种不平衡电流。

（一）用电流互感器二次接线进行相位补偿其方法是将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，将变压器三角形侧的电流互感器接成星形，如图1所示图1变压器为Y o/△ -11连接和TA/Y连接的差动保护原理接线・・■■jioTh采用相位补偿后，变压器星形侧电流互感器二次回路差动臂中的电流I A2、丨B2、G ， 刚好与三角形侧的电流互感器二次回路中的电流I a2、G 、I c2同相位，如图2所示。

) 用保护内部算法进行相位补偿 当变压器各侧电流互感器二次均采用星型接线时，其二次电流直接接入保护装置，从而简化了 TA 二次接线，增加了电流回路的可靠性。

但是如图 3当变压器为Y o / △ -11连接 时，高、低两侧TA 二次电流之间将存在30°的角度差，图4(a )为TA 原边的电流相量图。

图2向量图图3变压器为Y △ -11连接和TA 为Y/Y 连接的差动保护原理接线为消除各侧TA 二次电流之间的角度差，由保护软件通过算法进行调整1、常规差动保护中电流互感器二次电流的相位校正大部分保护装置采用 Y -△变化调整差流平衡，如四方的 CST31南自厂的PST-12O0WBZ-500H 南瑞的LFP-972、RCS-985等，其校正方法如下：丫0侧：IA2 = ( I A2 — I B2 ) / 3 I B2 = ( I B2 — I C2 ) / - 3I C2 = (I C2 — I A2 ) /3△侧：I a2=I a2 I b2 = Ib2 I c2=I c2式I A2、l B2、G 为Y 0侧TA 二次电流，I A 2、&、G 为侧校正后的各相电流；I a2、b2、I c2为△侧TA 二次电流，I a2、I b2、丨c2为△侧校正后的各相电流经过软件校正后，差动回路两侧电流之间的相位一致，见图 4 (b )所示。

变压器差动保护的基本原理与逻辑图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，与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 、励磁涌流的特点与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°，如以下图所示，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。