變壓器保護(hù)原理培訓(xùn)資料

變壓器保護(hù)原理培訓(xùn)資料

內(nèi)部培訓(xùn)資料

國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司

南京新寧電力技術(shù)有限公司

第一節(jié)概述

變壓器是電力系統(tǒng)重要的主設(shè)備之一。在發(fā)電廠通過(guò)升壓變壓器將發(fā)電機(jī)電壓升高，而

由輸電線路將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能送至電力系統(tǒng)中；在變電站通過(guò)降壓變壓器再將電能送至配

電網(wǎng)絡(luò)，然后分配給各用戶。在發(fā)電廠或者變電站，通過(guò)變壓器將兩個(gè)不一致電壓等級(jí)的系

統(tǒng)聯(lián)起來(lái)，該變壓器稱(chēng)作聯(lián)絡(luò)變壓器。

一變壓器的基本結(jié)構(gòu)及接線組別

電力變壓器要緊由鐵芯及繞在鐵芯上的兩個(gè)或者三個(gè)絕^繞組構(gòu)成。為增型各繞組之間

的絕緣及鐵芯、繞組散熱的需要，將鐵芯及繞組置于裝有變壓器油的油箱中。然后，通過(guò)絕

緣套管將變壓器各繞組的兩端引到變壓器殼體之外。

另外，為提高變壓器的傳輸容量，在變壓器上加裝有專(zhuān)用的散熱裝置，作為變壓器的冷

卻器。

大型電力變壓器均為三相變壓器或者由三個(gè)單相變壓器構(gòu)成的三相變壓器。

將變壓器同側(cè)的三個(gè)統(tǒng)組按一定的方式連接起來(lái)，構(gòu)成某一接線組別的三相變壓器。

雙卷電力變壓器的接線組別要緊有：Yo/Y.YN/A,及△/△-△?＞理論分析說(shuō)明，

接線組別為Yo/Y壓器，運(yùn)行時(shí)某側(cè)電壓波形要發(fā)生畸變，從而使變壓器的損耗增加，繼而

使變壓器過(guò)熱。因此，為避免油箱壁局部過(guò)熱，二相鐵芯變壓器按Y/Y聯(lián)接的方式，只適用

于容量為1800KVA下列的小容量變壓器。而超高壓大容量的變壓器均使用Y。/△的接線組別。

在超高壓電力系統(tǒng)中，Yo/△接線的變壓器，呈Y形聯(lián)接的繞組為高壓側(cè)繞組，而呈△

形聯(lián)接的繞組為低壓側(cè)繞組，前者接大電流系統(tǒng)（中性點(diǎn)接地系統(tǒng)），后者接小電流系統(tǒng)（中

性點(diǎn)不接地系統(tǒng)）。

在實(shí)際運(yùn)行的變壓器中，在Y。/△接線的變壓器的接線組別中，以Yo/ZXTI為最多，Yo/

△-1及YO/A-5的也有。

Yo/Z\T1接線組別的含意是：（a）變壓器高壓繞組接成Y型，且中性點(diǎn)接地，而低壓側(cè)

繞組接成4;（b）低壓側(cè)的線電壓（相間電壓）或者線電流分別滯后高壓側(cè)對(duì)應(yīng)相線電壓或

者線電流330°。330°相當(dāng)于時(shí)鐘的11點(diǎn)鐘,故又稱(chēng)11點(diǎn)接線方式。

同理，“△一1接線組別，則表示△側(cè)的線電流或者線電壓分別滯后Y側(cè)對(duì)應(yīng)相線電流

或者線電壓30%相當(dāng)時(shí)鐘的1點(diǎn)，分別稱(chēng)之為1點(diǎn)接線。

在電機(jī)學(xué)中，對(duì)變壓器各繞組之間相對(duì)極性的表示法，通常用減極性表示法。

YO/A-11.YO/A-1接線組別變壓器各繞組接線，相對(duì)極性及兩側(cè)電流的向最關(guān)系，分

別如圖11T、圖11-2所示。

ABCABC

(a)接線方式(b)接線方式

(b)向量圖(b)向量圖

圖11-1YO/A-11變壓器繞組接線方式圖152YO/A-1變壓器組接線方式及

及兩側(cè)電流向量圖兩側(cè)電流向量圖

在上述各圖中：“、心一變壓器高壓側(cè)三相電流;

ia、ib>ic一變壓器低壓側(cè)三相電流；

大一各繞組之間的相對(duì)極性。

由圖能夠看出：YO/A-U接線的變壓器，低壓側(cè)三相電流)、八、4分別滯后高壓側(cè)

三相電流〃、ic330°；Yo/Z\T接線的變壓器低壓側(cè)三相電流)、ib、分別滯后高

壓側(cè)三相電流〃、?o、ic30°;

二變壓器的故障及不正常運(yùn)行方式

1變壓器的故障

若以故障點(diǎn)的位置對(duì)故障分類(lèi)，變壓器的故障，有油箱內(nèi)的故障與油箱外的故障。

3故障點(diǎn)在變壓器輸出端部；忽略有效分量的影響，阻抗角為90°。

二Y/A-11變壓器高壓側(cè)單相接地短路

1邊界條件及對(duì)稱(chēng)分量

設(shè)變壓器高壓側(cè)A相發(fā)生金屬性接地短路，故障電流為IK。則故障點(diǎn)的邊界條件為

=/c=o；iA=iK；uA=o

設(shè)A相各序量電流及各序量電壓分別為著、“2、，。及。川、辦2、辦。，則根據(jù)邊

界條件可求得各序量：

12.|

I*）,

/.2=§（14+〃4+”/（?）=§W

=g（，A+1+ic）=g，K

呢+°＜42+辦0=°

在上述各式中：。一一旋轉(zhuǎn)因子，〃=/20。

可得：

“="2==...............................................................（11T）

=-（〃八2+0八。）...............................（11-2）

-1=（＞2￡+X（）￡）；

，。從2=一＞2/川=一；*2￡〃...............................................................（11-3）

呢0=-X0乩1=-"OHK

在式（11-3）中：X此一一系統(tǒng)對(duì)故障點(diǎn)的等效零序電抗；

X2r一—系統(tǒng)對(duì)故障點(diǎn)的等效負(fù)序電抗。

2變壓器高壓側(cè)電壓及電流向量圖與序量圖

若以A相的正序電壓Su為參考向量（胃于縱坐標(biāo)軸卜.），根據(jù)式（11T）?（11-3）.

并考慮到零序電抗X°￡通常大于負(fù)序電抗X2E，可繪制出變壓器高壓側(cè)的電流、電壓的序量

圖及向量圖。如圖11-4所示。

1AI=IA0=1A2

lAO=bo=\n

rxsi八1，、

(a)電壓序?qū)徏跋蜃顖D(b)電流序量及向量圖

圖11-4變壓器高壓側(cè)A相接地故障點(diǎn)的電壓、電流序量圖及向量圖

由圖11-4能夠看出，當(dāng)變壓器高壓側(cè)單相接地短路時(shí)，其他兩非故障相的電壓不可能

降低，但兩相電壓之間的相位差要發(fā)生變化。其變化的大小與方向與負(fù)序電抗X》及零序電

抗X()￡的相對(duì)大小有關(guān)。不計(jì)負(fù)荷電流影響時(shí)=。。

3變壓器低壓側(cè)電壓、電流的序量圖與向量圖

由于變壓器的接線組別為''/△T1,根據(jù)序量經(jīng)變壓器傳遞原理知：變壓器Y側(cè)的正序

電壓與正序電流向△側(cè)傳遞時(shí)，將逆時(shí)針移動(dòng)30'；而負(fù)序電壓與負(fù)序電流向△側(cè)傳遞時(shí)，

將順時(shí)針移動(dòng)30°；Y側(cè)的零序電壓與零序電流不可能出現(xiàn)在變壓器△側(cè)的輸出端(跳△的

線電壓與線電流中不可能出現(xiàn)零序電壓及零序電流)。

根據(jù)圖11?4及序量經(jīng)變壓器傳遞原理，并以高壓側(cè)的。加為參考向品，繪制出的變壓

器△側(cè)電壓、電流的向量圖及序量圖如圖11?5所示。

(a)電壓向量及庠量圖(b)電流向量及序量圖

圖11-5Y/A-11變壓器高壓側(cè)A相接地短路時(shí)△側(cè)電壓、電流序量圖與向量圖

由圖11-5能夠看出：當(dāng)變壓器高壓側(cè)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)，低壓側(cè)故障相

的后序相(b相)電流等于零，而電壓最高,其他兩相(a相與c相)電流大小相等，方向

相反。

4低壓側(cè)電壓與電流大小的計(jì)算

(1)低壓側(cè)電流

8s30°

與K

〃=。。

（2）低壓側(cè)的電壓

Ub=與[（*2￡+、0￡）+*2￡]=與（2、25：+*0￡）；

%=〃=勺7通+3X2E0E+X晟

三Y/A-11變壓器高壓側(cè)B、C兩相接地短路

1邊界條件及對(duì)稱(chēng)分量

當(dāng)變壓器高壓側(cè)B、C兩相接地短路時(shí)（設(shè)短路電流為〃），可得故障點(diǎn)的邊界條件為:

〃二°；呢=及=。

將該邊界條件用對(duì)稱(chēng)分量表示，可得

呢=內(nèi)2=0八。=?.....................................（11-4）

=一（〃2+，A（l）........................................................

2高壓側(cè)電壓、電流向量圖與序量圖

根據(jù)式（11-4）與式（11-5）,并以。川參考向量（置于縱坐標(biāo)上），則可繪制出故障點(diǎn)

電壓、電流的向量圖與序量圖。如圖11-6所示。

（a）電壓向量圖及序量圖（b）電流向量圖及序量圖

圖11-6''"△T1變壓器高壓側(cè)B、C兩相接地短路時(shí)高壓側(cè)電壓、電流向量圖與序量圖

（a）電壓向量圖衣序量圖（b）電流向量圖及序量圖

圖11-7Y/Z\71變壓器高壓側(cè)B、C兩相接地短路時(shí)低壓側(cè)電壓、電流向量圖與序量圖

由圖11-6(b)能夠看出：Y/A-11變壓器高壓側(cè)B、C兩相發(fā)生接地短路時(shí)，B、C兩

相的電流大小相等，兩者之間的相位發(fā)生變化，其變化的大小與方向決定于零序電流與負(fù)序

電流之比。

3變壓器低壓側(cè)電壓、電流的向量圖與序量圖

根據(jù)圖11-6所示的向量圖、序量圖與序量經(jīng)Y/ZX-11變壓器傳遞原理，并以正序電壓

U川為參考向量，能夠畫(huà)出變壓器高壓側(cè)B、C兩相接地短路時(shí)，低壓側(cè)的電壓、電流的序

量圖與向量圖。如圖11-7所示。

4低壓電壓與電流大小的計(jì)算

由圖11-7(a)能夠看出，當(dāng)Y/Z\T1變壓器高壓側(cè)B、C兩相發(fā)生接地短路時(shí)，變壓

器低壓側(cè)B相電壓等于零(即"=0),而a、c兩相電壓大小相等，方向相反，其值為

u=u=經(jīng)8s3()0=

“'3

由圖11-7(b)能夠看出，低壓側(cè)b相電流最大，其值等于

仆二皇正。+缶?)

U、2￡+X()￡

la=lc=-------?—11+(X0￡)2__Xoi_

XZEOEX￡+x+X

-XN2xoz210E

X2E+Xqx

以上各式中：Ed一一電源的等值電勢(shì)；

ME、心工、Xoz——分別為系統(tǒng)對(duì)故障點(diǎn)的等值正序電抗、負(fù)序電抗與

零序電抗。

四Y/A-1變壓器高壓惻B、C兩相短路

1邊界條件及對(duì)稱(chēng)分量

當(dāng)變壓器高壓側(cè)B、C兩相短路時(shí)，設(shè)短路電流為/憶，故障點(diǎn)的邊界條件為

〃=0；18=_；UB=UC

將該邊界條件用對(duì)稱(chēng)分量表示，則得

0A0=。

..百...............(HO

在式(11-7)中：X2￡一一對(duì)故障點(diǎn)的等值負(fù)序電抗。

2變壓器高壓側(cè)電壓、電流的序量圖與向量圖

根據(jù)式(11-6)與式(11-7)并以U*為參考向量，劃出變壓器高壓側(cè)B、C兩相短路

時(shí)故障點(diǎn)的電壓、電流的序量圖與向量圖。如圖11-8所示。

(a)電壓向量圖(b)電流向量圖(a)電壓向量圖(b)電流向量圖

及序量圖及序量圖及序量圖及序量圖

圖11-8YO/A-1變壓器高壓側(cè)B、C兩相短圖11-9YO/A-1變壓器高壓側(cè)B、C兩相短

路時(shí)故障電壓、電流向量圖及序量圖路時(shí)低壓側(cè)電壓、電流向量圖及序量

圖

根據(jù)圖11-8及序量經(jīng)Y/Arl變壓器的傳遞原理，繪制出的變壓器低壓側(cè)電壓、電流序

量圖及向量圖。如圖n-g所示。

由圖11-9能夠看出；Y/A-1變壓器高壓側(cè)發(fā)生B、C兩相短路時(shí)，低壓側(cè)的C柱電壓

等于零，而a相電壓與b相電壓大小相等，方向相反，其值也有降低。低壓側(cè)c相電流最大,

而a相電流與b相電流大小相等、方向相同，且與C相電流相電流相位差為180')。

4低壓側(cè)電壓與電流值的計(jì)算

(1)各相電壓

由11-9(a)能夠得出：

Uc=0i

凡=2與3號(hào)2號(hào)~UA=與L

(2)各相電流

由圖11-9(b)能夠得出:

第三節(jié)變壓器縱差保護(hù)

一變壓器縱差保護(hù)的構(gòu)成原理及接線

與發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及時(shí)線差動(dòng)保護(hù)(縱差保護(hù))相同，變壓器縱差保護(hù)的構(gòu)成原理也是

基于克希荷夫第一定律(變壓器作為電力系統(tǒng)的一元件，不滿足克希荷夫第一定律，而是一

能量守恒元件)，即

》=0(11-9)

式中：乏?一變壓器各側(cè)電流的向景與。

式（11一9）代表的物理意義是：變壓器正常運(yùn)行或者外部故障時(shí)，流入變壓器的電流

等于流出變壓器的電流。如今，縱差保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，若忽略負(fù)荷電流不計(jì)，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒(méi)有流出變壓

器的電流，其縱差保護(hù)動(dòng)作，切除變壓器。

在往常的模擬式保護(hù)中，變壓器縱差保護(hù)的原理接線如圖11-12所示。

圖11-12變壓器縱差保護(hù)原理接線圖

在圖11-12中：LH1、LH2一分別為變壓器兩側(cè)的差動(dòng)TA；

JA、JB、JC一分別為A、B、C三相的三個(gè)分相差動(dòng)繼電器。

能夠看出：圖11-12為接線組別為Yo/^Tl變壓器的分相差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖。該接

線圖也適用于微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)。圖中相對(duì)極性的標(biāo)號(hào)*使用減極性標(biāo)示法。

二實(shí)現(xiàn)變壓器縱差保護(hù)的技術(shù)難點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及母線的縱差保護(hù)比較容易。這是由于這些主設(shè)備在正常工況下或

者外部故障時(shí)其流進(jìn)電流等于流出電流，能滿足的條件。而變壓器卻不一致。變壓

器在正常運(yùn)行、外部故障、變壓器空投及外部故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，其流入電流與流出

電流分別相差較大或者很大。

為此，要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差保護(hù)，需要解決幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

1變壓器兩側(cè)電流的大小及相位不一致

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，若不計(jì)傳輸損耗，則流入功率應(yīng)等于流出功率。但由于兩側(cè)的電壓

不一致，其兩側(cè)的電流不可能相同。

超高壓、大容量變壓器的接線方式，均使用Yo/△方式。因此，流入變壓器電流與流出

變壓器電流的相位不可能相同。，組別為、’（）/△-11（或者Yo/ZV1）時(shí)，變壓器兩側(cè)電

流的相位相差SO。。（根據(jù)負(fù)荷情況，變壓器為三圈變壓器時(shí)，相角可能不一致，但電壓始終

滿足上條件）

流入變壓器的電流大小與相位與流出電流大小與相位不一致，則就不可能等于零

或者很小。

2穩(wěn)態(tài)不平衡電流大

與發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及母線的縱差保護(hù)相比，即使不考慮正常運(yùn)行時(shí)某種工況下變壓器兩

側(cè)電流大小與相位的不一致，在正常運(yùn)行時(shí)，變壓器縱差保護(hù)兩側(cè)的不平衡電流也大。其原

因是：

（1）變壓器有勵(lì)磁電流

變壓器鐵芯中的主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，而段磁電流只流過(guò)電源側(cè)，在實(shí)現(xiàn)的縱差

保護(hù)中將產(chǎn)生不平衡電流。

勵(lì)磁電流的大小與波形，受磁路飽與、磁滯及渦流的影響，并由變壓器鐵芯材料及鐵芯

的幾何尺寸決定，通常為變壓器額定電流的3%?8%。大型變壓器的吼磁電流相對(duì)較小，

（2）變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓

為滿足電力系統(tǒng)及用戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求，在運(yùn)行中，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行方式及負(fù)荷工況,

要不斷改變變壓器的分接頭。變壓器分接頭的改變，相當(dāng)于變壓器兩側(cè)之間的變比發(fā)生了變

化，將使兩側(cè)之間電流的差值發(fā)生了變化，從而增大了其縱差保護(hù)中的不平衡電流。

根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況，變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓范圍通常為±5%。因此，由于帶負(fù)荷調(diào)壓，在縱

差保護(hù)產(chǎn)生的不平衡電流可達(dá)5%的變壓器額定電流。

（3）兩側(cè)差動(dòng)TA的變比與計(jì)算變比不一致

變壓器兩側(cè)差動(dòng)TA的名牌變比，與實(shí)際計(jì)算值不一致，將在縱差保護(hù)產(chǎn)生不平衡電流。

另外，兩側(cè)TA的型號(hào)及變比不也將使差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流增大。由于兩側(cè)TA變比

誤差在差動(dòng)保護(hù)中產(chǎn)生的不平衡電流可取6%o

3暫態(tài)不平衡電流大

（1）兩側(cè)差動(dòng)TA型號(hào)、變比及二次負(fù)載不一致

與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)不一致，變壓器兩側(cè)差動(dòng)TA的變比不一致、型號(hào)不一致；由各側(cè)TA

端子箱引至保護(hù)盤(pán)TA二次電纜的長(zhǎng)度相差很大，即各側(cè)差動(dòng)TA的二次負(fù)載相差較大。

差動(dòng)TA型號(hào)及變比不一致，其暫態(tài)特性就不一致；差動(dòng)TA二次負(fù)載不一致，二次回路

的暫態(tài)過(guò)程就不一致。這樣，在外部故障或者外部故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，由于兩側(cè)電流

中的自由分量相差很大，可能使兩側(cè)差動(dòng)TA二次電流之間的相位發(fā)生變化，從而可能在縱

差保護(hù)中產(chǎn)生很大的不平衡電流。

（2）空投變壓器的勵(lì)磁消流

空投變壓器時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流的大小，與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)，與合閘前變壓器鐵芯中剩磁

的大小及方向有關(guān)，與合閘角有關(guān)；此外，尚與變壓器的容量、距大電源的距離（即變壓器

與電源之間的聯(lián)系阻抗）有關(guān)。

多次測(cè)量說(shuō)明：空投變壓器時(shí)的勵(lì)磁涌流通常為其額定電流的2?6倍，最大可達(dá)8倍

以上。

由于勵(lì)磁涌流只由充電側(cè)流入變壓器，對(duì)變壓器縱差保護(hù)而言是一很大的不平衡電流。

（3）變壓器過(guò)激磁

在運(yùn)行中，由于電源電壓的升高或者頻率的降低，可能使變壓器過(guò)激磁。變壓器過(guò)激磁

后，其勵(lì)磁電流大大增加。使變壓器縱差保護(hù)中的不平衡電流大大增加。

（4）大電流系統(tǒng)側(cè)接地故障時(shí)變壓器的零序電流

當(dāng)變壓器高壓側(cè)（大電流系統(tǒng)側(cè)）發(fā)生接地故障時(shí)，流入變壓器的零序電流因低壓側(cè)為

小電流系統(tǒng)而不流出變壓器。因此，關(guān)于變壓器縱差保護(hù)而言，上述零序電流為一很大的不

平衡電流。

三空投變壓器的勵(lì)磁涌流

1勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理

以單相變壓器為例，說(shuō)明其空投時(shí)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理。

忽略變壓器及合閘問(wèn)路電阻的影響，電源電壓的波形為正弦波。則空投瞬間變壓器鐵芯

中的磁通與外加電壓的關(guān)系為

W粵=U,?sni（（uf+a）..........................................（11-10）

式中：變壓器空投側(cè)繞組的匝數(shù)：

①一鐵芯中的磁通：

Um—電源電壓的幅值；

a一合閘角；

3一角速率，當(dāng)頻率為50Hz,3=314。

由式（11-10）可得

小D=77^$5（西+a）dt......................................（11-11）

WM

式（11T1）為一不定積分方程，求解得

4）=-■^yLcos（6jr+a）+C......................................（11~12;

>V（o

式（11T2）中：C-積分常數(shù)，由初始條件確定。當(dāng)t=0時(shí)，則

C=-^-cos?+（1>,..........................................（11-13）

WM$

式中：中,一合閘前鐵芯中的剩磁通。

將式(11-13)代入(11-12),并考慮到電源回路及變壓器繞組的有效電阻及損耗

T7

①=—^^cos(“x+a)+f^^cosa+WJ"=-O,ncos(/wf+?)+(<!),?cosa+<t>5.)^...(11-14)

式是：①”需；

T一時(shí)間常數(shù)，與合閘回路的損耗有關(guān)。

式（11T4）中的第一項(xiàng)為磁通的強(qiáng)迫分量，而第二項(xiàng)為磁通的自由分量或者衰減的分

量。

由式（11T4）能夠看出，在空投變壓器的瞬間，鐵芯中的磁通由三部分構(gòu)成：強(qiáng)迫磁

通中,“8s（公+a）,剩磁通5及決定于合閘角a的磁通（D〃,8sa。因此，在合閘瞬間變壓器鐵

芯中的綜合磁通如圖（1卜13）所示的曲線中。

圖11T3空投變壓器的變壓器鐵芯中的磁通變化波形

在圖（11-13）中：合閘角a=0°,5=0.9①”

能夠看出：當(dāng)初始合閘角等于0°、變壓器鐵芯中的剩余磁通6=0.9%時(shí)，鐵芯中的

最大磁通達(dá)2.9e”，從而使變壓器鐵芯嚴(yán)重飽與，勵(lì)磁電流猛增，即產(chǎn)生所謂勵(lì)磁涌流。

2勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)

在某臺(tái)變壓器空投時(shí)拍攝的變壓器三相勵(lì)磁涌流的波形如圖（11-14）所示。

oL

一.一

,,,.,.

圖11-4空投變壓器的勵(lì)磁涌流

由圖11T4能夠看出勵(lì)磁涌流有下列幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）偏于時(shí)間軸一側(cè)，即涌流中含有很大的直流分量；

（2）波形是間斷的，上問(wèn)斷角很大，通常大于150°；

（3）由于波形間斷，使其在一個(gè)周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)；

（4）含有很大的二次諧波分量，若將涌流波形用福里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)或者用諧波分析儀進(jìn)行

測(cè)量分析，絕大多數(shù)涌流中二次諧波分量與基波分量的百分比大于30樂(lè)有的達(dá)80%

甚至更大；

（5）在同一時(shí)刻三相涌流之與近似等于零；（有非周期分量）

（6）勵(lì)磁涌流是衰減的，衰減的速度與合閘回路及變壓器繞組中的有效電阻及其他有效

損耗有關(guān)。

3影響勵(lì)磁涌流大小的因素

由式（11-14）能夠看出，空投變壓器的鐵芯中的磁通的大小與中,〃、8sa及中，有關(guān)。

而勵(lì)磁涌流的大小與鐵芯中磁通的大小有關(guān)。磁通越大，鐵芯越飽與，勵(lì)磁涌流就越大。因

此，影響勵(lì)磁涌流大小的因素要緊有：

（1）電源電壓

變壓器合閘后，鐵芯中強(qiáng)迫磁通的幅值中”；=融。因此，電源電壓越高，中川越大，勵(lì)

磁涌流越大。

（2）合閘角a

當(dāng)合閘角a=0時(shí)，①,”cosa最大，勵(lì)磁涌流大；而當(dāng)a=90°,中,”8sa等于零，一磁涌

流較小；

（3）剩磁華

合閘之前，變壓器鐵芯中的剩磁越大，勵(lì)磁涌流就越大。另外，當(dāng)剩磁8,的方向與合

閘之后的方向相同時(shí)，勵(lì)磁涌流就大。反之亦反。

此外，勵(lì)磁涌流的大小，尚與變壓器的結(jié)構(gòu)、鐵芯材料及設(shè)計(jì)的工作磁密有關(guān)。變壓器

的容量越小，空投時(shí)勵(lì)磁涌流與其額定電流之比就越大。

測(cè)最說(shuō)明：空投變壓器時(shí)，變壓器與電源之間的阻抗越大，勵(lì)磁涌流越小。在末端變電

站，空投變壓器時(shí)的勵(lì)磁涌流可能小于其額定電流的2倍。

四變壓器縱差保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)變壓器縱差保護(hù)，要解決的技術(shù)問(wèn)題要緊有：在正常工況下，使差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流

的相位相同或者相反；在正常工況下，使由變壓器各側(cè)TA二次流入差動(dòng)保護(hù)的電流產(chǎn)生的

效果相同，即是等效的；空投變壓器時(shí)不可能誤動(dòng)，即差動(dòng)保護(hù)能可靠躲過(guò)勵(lì)磁涌流；大電

流側(cè)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)不可能誤動(dòng)；能可靠躲過(guò)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)不平衡電流。

1差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流的移相方式

呈Y/△接線的變壓器，兩側(cè)電流的相位不一致，若不采取措施，要滿足各側(cè)電流的向

量與等于零，即3=o,根本不可能。因此，要使正常工況下差動(dòng)保護(hù)各側(cè)的電流向量與為

零，首先應(yīng)將某一側(cè)差動(dòng)TA二次電流進(jìn)行移相。

在變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中，府某側(cè)電流的移相方式有兩類(lèi)共4種。兩類(lèi)是：通過(guò)改變差動(dòng)

TA接線方式移相（即由硬件移相）；由計(jì)算機(jī)軟件移相。4種是：改變某側(cè)差動(dòng)TA接線方式

移相；使用輔TA移相；由軟件在差動(dòng)元件高壓側(cè)移相；由軟件在差元件低壓側(cè)移相。

（1）改變差動(dòng)TA接線方式進(jìn)行移相

過(guò)去的模擬式變壓器縱差保護(hù)，大多使用改變高壓惻差動(dòng)TA的接線方式進(jìn)行移柱的。

關(guān)于微機(jī)型保護(hù)也可使用這種移相方式。

使用上述移相方式時(shí)，需首先明白變壓器的接線組別。變壓器的接線組別不一致，相應(yīng)

的差動(dòng)TA的接線組別亦不相同。

（I）YO/A11變壓器差動(dòng)TA的接線組別

YO/A-11變壓器及縱差保護(hù)差動(dòng)TA接線原理圖如圖11T2所示。

在圖11-12中，由于變壓器低壓側(cè)各相電流分別超前高壓側(cè)同名相電流30",因此，低

壓側(cè)差動(dòng)TA二次電流（也等于流入差動(dòng)元件的電流）也超前高壓側(cè)同名相電流30°。而從高

壓側(cè)差動(dòng)TA二次流入各相差動(dòng)元件的電流（分別為T(mén)A二次兩相電流之差）滯后變壓器同名

相電流150°。因此，各相差動(dòng)元件的兩側(cè)電流的相位相差180°。

（IDYo/Z\T變壓器及差動(dòng)TA的接線

YO/A-1變壓器及差動(dòng)TA的原理接線如圖11-16所示。

在圖11-16中,

由圖11-16能夠看出：正常工況下，從低壓側(cè)TA二次流入各差動(dòng)元件的電流）、［分

別滯后變壓器高壓側(cè)一次同名相電流”、小IC30°；而從高壓側(cè)TA二次流入各相差動(dòng)元

件的電流上分別超前同名相電流〃、/?>lc150°,故乙與波、J與一、分與用相

位相差1800o

由以上所述可知，改變變壓器高壓側(cè)TA接線移相的實(shí)質(zhì)是：關(guān)于接線組別分別為Yo/

△-11、Yo/z\T的變壓器，其縱差保護(hù)差動(dòng)TA的接線應(yīng)分別為△-1]“、A-1/Y,從而使正

常工況下各相差動(dòng)元件兩側(cè)電流的相位相差l80°o

（2）接入輔助TA的移框方式

用輔助TA的電流移相方式，與用改變差動(dòng)TA接線方式對(duì)電流進(jìn)行移相的方法實(shí)質(zhì)相

同。

關(guān)于Y。/△接線的變壓器，其差動(dòng)TA的接線為Y/Y,而在保護(hù)裝置中設(shè)置中設(shè)置一組輔

助TA,接成△形，接入變壓器高壓側(cè)差動(dòng)TA二次，對(duì)該側(cè)電流進(jìn)行移相，以達(dá)到正常工況

下使各相差動(dòng)元件兩側(cè)電流相位相反的目的。

當(dāng)然，關(guān)于不一致接線組別的變壓器，輔助TA的連接方式不相同。

（加入兩種移相的計(jì)算方法，簡(jiǎn)要介紹兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)）

（3）用軟件對(duì)高壓側(cè)電流移相

運(yùn)行實(shí)踐說(shuō)明：通過(guò)改變變壓器高壓惻差動(dòng)TA接線方式對(duì)電流進(jìn)行移相的方法，有許

多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)。其要緊缺點(diǎn)是：第一次投運(yùn)的變壓器，若某相差動(dòng)TA的極性接錯(cuò)，

分析及處理相對(duì)較煩惱。另外，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)元件的TA斷線閉鎖也比較困難。

在微機(jī)型保護(hù)裝置.，通過(guò)計(jì)算軟件對(duì)變壓器縱差保護(hù)某側(cè)電流的移相方式已被廣泛使

用。

關(guān)于Y/△接線的變壓器，行用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)某側(cè)電流移相時(shí)，差動(dòng)TA的接線均使用Y/Y。

用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)變壓器高壓差動(dòng)TA一次電流的移相方式，是使用計(jì)算差動(dòng)TA一次兩相

電流差的方式。分析說(shuō)明，這種移相方式與使用改變TA接線進(jìn)行移相的方式是完全等效的。

這是由于取Y形接線TA二次兩相電流之差與將Y形接線TA改成△形接線后取一相的輸出電

流是等效的。

應(yīng)當(dāng)注意的是：用軟件實(shí)現(xiàn)移相時(shí)，畢竟取哪兩相TA二次電流之差？這應(yīng)由變壓器的

接線組別決定。

當(dāng)變壓器的接線組別為Yo/zX-11時(shí)，在Y側(cè)流入A、B、C三個(gè)差動(dòng)元件的計(jì)算電流，

應(yīng)分別取力-心、I、H.、八、北一差動(dòng)TA二次三相電流）。

當(dāng)變壓器的接線組別為Yo/Z\T時(shí)，在Y側(cè)三個(gè)差動(dòng)元件的計(jì)算電流應(yīng)分別為0-乙、

）廣1及L一1。

（4）用軟件在低壓側(cè)移相方式

就兩側(cè)差動(dòng)TA的接線方式而言，用軟件在低壓側(cè)移相方式與用軟件在高壓側(cè)移枉方式

相同，差動(dòng)TA的接線均為Y/Y。

在變壓器低壓側(cè)，將差動(dòng)TA二次各相電流移相的角度，也由變壓器的接線組別決定。

當(dāng)變壓器接線組別為''/△T1時(shí)，則應(yīng)將低壓側(cè)差動(dòng)TA二次三相電流以次向滯后方向移動(dòng)

30°；當(dāng)變壓器接線組別為Y/A-1時(shí)，則將低壓側(cè)差動(dòng)TA二次三相電流分別向超前方向移

動(dòng)30”。

2消除零序電流進(jìn)入差動(dòng)元件的措施

關(guān)于Y。/△接線的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)線路上發(fā)生接地故障時(shí)，（對(duì)縱差保護(hù)而言是區(qū)外故

障），有零序電流流過(guò)高壓側(cè)，而由于低壓側(cè)繞組為△聯(lián)接，在變壓器的低壓側(cè)無(wú)零序電流

輸出。這樣，若不采取相應(yīng)的措施，在變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，縱差保擴(kuò)可能

誤動(dòng)而切除變壓器。

當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，為使變壓器縱差保護(hù)不誤動(dòng)，應(yīng)對(duì)裝置采取措施而使

零序電流不進(jìn)入差動(dòng)元件。

關(guān)于差動(dòng)TA接成八/Y及用軟件在高壓側(cè)移相的變壓器縱差保護(hù)，由于從高壓側(cè)通入各

相差動(dòng)元件的電流分別為兩相電流之差，已將零序電流濾去，故沒(méi)必要再采取其他措施。

關(guān)于用軟件在低壓側(cè)進(jìn)行移相的變壓器縱差保護(hù)，在高壓側(cè)流入各相差動(dòng)元件的電流應(yīng)

分別為

由于彳0+九+八為零序電流，故在高壓側(cè)系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時(shí)，不可能有零序電流

進(jìn)入各相差動(dòng)元件。

4差動(dòng)元件各側(cè)之間的平衡系數(shù)

（A、各廠家的保護(hù)平衡系數(shù)不一致繞組接線方式與差流基準(zhǔn)側(cè)；

（B、靈敏度不一致，以三相短路校驗(yàn)；

若變壓器兩側(cè)差動(dòng)TA二次電流不?致，則從兩側(cè)流入各相差動(dòng)元件的電流大小亦不相

同，從而無(wú)法滿足方=0。

在實(shí)現(xiàn)變壓器縱差保護(hù)時(shí)，使用“作用等效”的概念。即使兩個(gè)不相等的電流產(chǎn)生作用

（對(duì)差動(dòng)元件）的大小相同。

在電磁型變壓器縱差保護(hù)裝置中（BCH型繼電器），使用“安匝數(shù)”相問(wèn)原理；而在模

擬式保護(hù)裝置（晶體管保護(hù)及集成電路保護(hù)）中，將差動(dòng)兩側(cè)大小不一致的兩個(gè)電流通過(guò)變

換器（比如KH變換器）變換成兩個(gè)完全相等的電壓。

在微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置中，引用了一個(gè)將兩個(gè)大小不等的電流折算成作用完全相同電

流的折算系數(shù)，將該系數(shù)稱(chēng)作為平衡系數(shù)。

根據(jù)變壓器的容量，接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動(dòng)TA的變比，能夠計(jì)算出差動(dòng)兩側(cè)

之間的平衡系數(shù)。

設(shè)變壓器的容量為Se,接線組別為丫。//\-H兩側(cè)的電壓分別為山及IM,兩側(cè)差動(dòng)TA

的變比分別為〃＞，及〃A，若以變壓器△側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)，計(jì)算出差動(dòng)元件兩側(cè)之間的平衡系數(shù)K。

（I）差動(dòng)TA接線為△/￥（用改變差動(dòng)TA接線方式移相）

變壓器兩側(cè)差動(dòng)TA二次電流lY及/A分別為

jyfiSeSe

YUn

-yfiUYnY-Yy

7一工

A技4%

要使K/y=〃,則平衡系數(shù)

...........................................(11-15)

（II）差動(dòng)TA接線為Y/Y,由軟件在高壓側(cè)移相

差動(dòng)兩側(cè)TA二次電流分別為

每相差動(dòng)元件兩側(cè)的計(jì)算電流

高壓側(cè)：兩相電流之差—xV3=-5^-

yl3UYnY"丫

低壓側(cè)：心=7匚

故平衡系數(shù)

K=(11-16)

商A〃A

能夠看出:式（11-15）與式（11-16）完全相同。

由上所述，能夠得出如卜.的結(jié)論：關(guān)于Y。/△接線的變壓器，用改變TA接線方式移相及

由軟件在高壓側(cè)移相，差動(dòng)元件兩側(cè)之間的平衡系數(shù)完全相同。此外、該平衡系數(shù)只與變壓

器兩側(cè)的電壓及差動(dòng)TA的變比有關(guān)，而與變壓器的容量無(wú)關(guān)。

（lil）差動(dòng)TA接線為Y/Y、由軟件在低壓側(cè)移相

平衡系數(shù)K=g..........................................（11-17）

說(shuō)明：表中列出的平衡系數(shù)是用軟件在高壓側(cè)移相或者用改變TA接線方式移相的條件

下計(jì)算出來(lái)的。Se-變壓罌的額定容量；U,,、”八一分別為高壓側(cè)額定電壓及TA的變比；、

〃,“一分別為變壓器中壓側(cè)額定電壓及TA的變比；UL、以一分別為變壓器低壓側(cè)額定電壓

及TA變比。

4躲涌流措施

在變壓器縱差保護(hù)中，是利用涌流的各類(lèi)特征量（含有直流分量、波形間斷或者波形不

對(duì)稱(chēng)、含有二次諧波分量）作為制動(dòng)量或者進(jìn)行制動(dòng)，來(lái)躲過(guò)空投變壓器時(shí)的勵(lì)磁涌流的。

5躲不平衡電流（暫態(tài)不平衡電流及穩(wěn)態(tài)不平衡電流）大的措施（故障分量差動(dòng)保護(hù)）

運(yùn)行實(shí)踐說(shuō)明，對(duì)變壓器縱差保護(hù)進(jìn)行合理地整定計(jì)算，適當(dāng)提高其動(dòng)作門(mén)坎，能夠使

其有效地躲過(guò)不平衡電流大的影響。

五微機(jī)變壓器縱差保護(hù)

1構(gòu)成及邏輯框圖

大型超高壓變壓器的縱差保護(hù)，由分相差動(dòng)元件、涌流比閉鎖元件、差動(dòng)速斷元件、過(guò)

激磁閉鎖元件及TA斷線信號(hào)（或者閉鎖）元件構(gòu)成。涌流閉鎖方式可使用分相閉鎖或者使

用“或者門(mén)”閉鎖方式。其邏輯框圖如圖UT7及圖11T8所示。

圖11-17“或者門(mén)”閉鎖式變壓器縱差保護(hù)邏輯框圖

|蘢功出新元R

R機(jī)整動(dòng)ii版元件

C柏拉博斯無(wú)件

圖11-18“分相”閉鎖式變壓器縱差保護(hù)邏輯框圖

涌流“分相”閉鎖方式，是指某相的涌流閉鎖元件只對(duì)本相的差動(dòng)元件有閉鎖作用，而

對(duì)其它相無(wú)閉鎖作用。而涌流“或者門(mén)”閉鎖方式，是指：在三相涌流閉鎖元件中，只要有

一相滿足閉鎖條件，立馬上三相差動(dòng)元件全部閉鎖。

由圖11-14能夠看出，變壓器空投時(shí)，三相勵(lì)磁涌流是不相同的。各相勵(lì)磁涌流的波形、

幅值及二次諧波的含量不相同。對(duì)某些變壓器空投錄波說(shuō)明，在某些條件下，三相涌流之中

的某一相可能不滿足閉鎖條件。如今，若使用“或者門(mén)閉鎖的縱差保護(hù)，空投變壓器時(shí)不可

能誤動(dòng)。而使用“分相”閉鎖方式的差動(dòng)保護(hù)，空投變壓器時(shí)容易誤動(dòng)。

使用“分相”閉鎖方式的優(yōu)點(diǎn)是：假如空投變壓器時(shí)發(fā)生內(nèi)部故障，保護(hù)能迅速而可靠

動(dòng)作并切除變壓器；而“或者門(mén)”閉鎖方式的差動(dòng)保護(hù)，則有可能拒動(dòng)或者延緩動(dòng)作。

2差動(dòng)元件的作用原理（注意制動(dòng)電流的選取方法）

目前，在廣泛應(yīng)用的變壓器縱差保護(hù)裝置中，為提高內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)作靈敏度及可靠躲

過(guò)外部故障的不平衡電流，均使用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)元件。

不一致型號(hào)的縱差保護(hù)裝置，其差動(dòng)元件的動(dòng)作特性不相同。差動(dòng)元件的動(dòng)作特性曲線,

有I段折線式、H段折線式及三段折線式。使用較多的為二段折線式。

（1）動(dòng)作方程

差動(dòng)元件動(dòng)作特性不一致，其動(dòng)作方程有差異。下列，介紹動(dòng)作特性為1段折線式、II

段折線式及III段折線式差動(dòng)元件的動(dòng)作方程。

（I）I段折線式差動(dòng)元件

國(guó)外生產(chǎn)的變壓器縱差保護(hù)中，有使用I段折線式動(dòng)作特性的差動(dòng)元件的。其動(dòng)作方程

可用下式表示

，咫之KJM

式中：

.一差電流,關(guān)于兩卷變壓順〃=色+可（—"—分別為差動(dòng)元件兩側(cè)的電流）:

/如一差動(dòng)元件的啟動(dòng)電流，也叫最小動(dòng)作電流，或者初始動(dòng)作電流；

幺一折線的斜率，也叫比率動(dòng)系數(shù)；

/%一制動(dòng)電流，通常取差動(dòng)元件各側(cè)電流中的最大者，即/〃=max|"同｝,也有使

用3卜3的。

（II）二段折線式差動(dòng)元件

在國(guó)內(nèi)，廣泛使用的變壓器縱差保護(hù)，多使用具有二段折線式動(dòng)作特性的差動(dòng)元件。其

動(dòng)作方程為

Jd:—hlzo13—Izdo（11-19）

Jdz之Kid-，）"）+DIzdo

在式（11-19）中：/*,一拐點(diǎn)電流，即開(kāi)始出現(xiàn)制動(dòng)作用的最小制動(dòng)電流；

其他符號(hào)的物理意義同式（11-18）。

（III）三段折線式差動(dòng)元件

根據(jù)用戶的要求，微機(jī)變壓器縱差保護(hù)的動(dòng)作特性可作成三段折線式或者多段折線式。

三段折絲式差動(dòng)元件的動(dòng)作方程為

Q之1dzo勒"Izdc

,—犬21（，”一，Mo）+，”/1-1zd）［zdo.......（11-20）

Jdz23+心1/41一/必，+長(zhǎng)2（/）-1M1）

在式（11-20）中：心一第二段折線的斜率；

KN-第三段折線的斜率；

/引一第二個(gè)拐點(diǎn)電流；

其他符號(hào)的物理意義同式（11/9）。

（2）動(dòng)作特性曲線

根據(jù)式（11-18）.式（11-19）及式（11-20）,繪制出動(dòng)作特性分別I段折線式、II段折

線式及三段折線式差動(dòng)元件的動(dòng)作特性曲線，分別如圖11-19、圖11-20及圖11-21所示。

圖11-19動(dòng)作特性為I段折線式差動(dòng)元件圖11-20二段折線式差動(dòng)元件的

的動(dòng)作特性曲線動(dòng)作特性曲線

圖11-21三段折線式差動(dòng)元件的動(dòng)作特性曲線

（3）對(duì)三種差動(dòng)元件動(dòng)作特性的比較

由圖11-19.圖11-20及圖11-21能夠看出，具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)元件的動(dòng)作特性，

由三個(gè)物理量來(lái)決定：即由啟動(dòng)電流/七，拐點(diǎn)電流及比率制動(dòng)系數(shù)（特性曲線的斜率

心、￡2）來(lái)決定。由于差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度及躲區(qū)外故障的能力與其動(dòng)作特性有關(guān)，

因此，與、心,及K二有關(guān)。

比較動(dòng)作特性曲線不一致幾個(gè)差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度，可比較它們的/W、/心及K-

能夠看出：當(dāng)啟動(dòng)電流/人及比率制動(dòng)系數(shù)相同的情況下，拐點(diǎn)電流/必,越小，其動(dòng)作區(qū)越

小，動(dòng)作靈敏度就低。即動(dòng)作特性如圖11-19所示的差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度，比其他兩個(gè)差

動(dòng)元件低，而躲區(qū)外故障的能力比其他兩個(gè)高。

在比較幾個(gè)差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度及躲區(qū)外故障的能力時(shí)，只有將上述三個(gè)物理量中的

兩個(gè)固定之后才能進(jìn)行,而當(dāng)三個(gè)物理量均為變量時(shí)是無(wú)法比較的。在其他兩個(gè)量固定之后,

比率制動(dòng)系數(shù)越小，拐點(diǎn)電流越大，初始動(dòng)作電流越小，差動(dòng)元件動(dòng)作靈敏度越高，但躲區(qū)

外故障的能力越差。

數(shù)十年的運(yùn)行實(shí)踐說(shuō)明，只要對(duì)啟動(dòng)電流/〃“、，拐點(diǎn)電流/乂，及比率制動(dòng)系數(shù)進(jìn)行合理

的整定，具有二段折線式動(dòng)作特性的差動(dòng)元件,完全能滿足動(dòng)作靈敏度及工作可靠性的要求。

3涌流閉鎖元件

目前，在廣泛應(yīng)用的變壓器縱差保護(hù)裝置中，通常使用勵(lì)磁涌流的特征量之?作為閉鎖

元件來(lái)實(shí)現(xiàn)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的。

在電磁型差動(dòng)繼電器中（BCH型繼電器），設(shè)置速飽與變流，是根據(jù)涌流中有直流分量

原理躲涌流的。在晶體管保護(hù)與集成電路保護(hù)裝置中，是使用波形間斷原理或者二次諧波制

動(dòng)原理躲過(guò)涌流的。在微機(jī)型保護(hù)裝置中，是使用二次諧波制動(dòng)或者間斷角原理或者波形對(duì)

稱(chēng)原理來(lái)區(qū)分故障電流與勵(lì)磁涌流的。

（1）二次諧波制動(dòng)原理

二次諧波制動(dòng)原理的實(shí)質(zhì)是：利用流過(guò)差動(dòng)元件差電流中的二次諧波電流作為制動(dòng)量,

區(qū)分出差流是故障電流還是勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)躲過(guò)勵(lì)磁涌流。

具有在二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)中，使用一個(gè)重要的物理量，即二次諧波制動(dòng)比來(lái)衡量

二次諧波電流的制動(dòng)能力。

所謂二次諧波制動(dòng)比K2a，是指：在通入差動(dòng)元件的電流（差流）中，含有基波分量

與二次諧波分量，其基波分最大于差動(dòng)元件的動(dòng)作電流，而差動(dòng)元件處于臨界制動(dòng)狀態(tài)，如

今，二次諧波分量電流與基波分量電流的百分比，叫做二次諧波制動(dòng)比。即

K2ftX：=2x100%.......................................（11-21）

zl<u

式中：小皿一二次諧波制動(dòng)比；

一基波電流：

&◎一二次諧波電流。

由二次諧波制動(dòng)比定義的邊界條件及式（11-21）能夠看出，二次諧波制動(dòng)比越大，與

基波電流相比，單位二次諧波電流產(chǎn)生的作用相對(duì)越?。憾沃C波制動(dòng)比越小，單位二次

諧波電流產(chǎn)生的制動(dòng)作用相對(duì)越大。

因此，在對(duì)具有二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行定值整定時(shí)，二次諧波制動(dòng)比整定值越大,

該保護(hù)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的能力越弱；反之，二次諧波制動(dòng)匕整定值越小，保護(hù)躲勵(lì)磁涌流的能

力越強(qiáng)。

（2）間斷角原理（目前使用較少，對(duì)硬件的要求較高）

變壓器內(nèi)部故障時(shí)，故障電流波形無(wú)間斷；而變壓器空投時(shí)，勵(lì)磁涌流的波形是間斷的，

具有很大的間斷角（通常大于150。）。按間斷角原理構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，是根據(jù)差電流波形是

否有間斷及間斷角的大小來(lái)區(qū)分故隙電流與勵(lì)磁涌流的。

（I）關(guān)于間斷角

說(shuō)明間斷角原理的波形圖如圖11-22所示。

圖11-22間斷角原理圖

在圖11-22中：一制動(dòng)電流（直流），其中包含直流門(mén)坎值折算成的制動(dòng)電流量；

為一流過(guò)差動(dòng)元件的差流（將負(fù)半波反向之后）；

6間一間斷角。

由圖能夠看出，間斷角的物理意義是：在差流的半個(gè)周期內(nèi)，差動(dòng)量小于制動(dòng)量的角度。

（II）差動(dòng)元件的閉鎖角

閉鎖角與，是按間斷角原理構(gòu)成的變壓器縱差保護(hù)的一個(gè)重要物理量，用它來(lái)推斷差

動(dòng)元件中的差流是故障電流還是勵(lì)磁涌流引起的。

當(dāng)測(cè)量出的間斷角廝,，滿足

4司>

時(shí)，則推斷差流為勵(lì)磁涌流，將保護(hù)閉鎖。如今，即是保護(hù)也不可能動(dòng)作。

當(dāng)測(cè)量M的間斷角，滿足

廂v與

時(shí)，則認(rèn)為差動(dòng)元件中的差流為故障電流。當(dāng)故障電流上2/血，時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，切除變

壓器。

（ill）保護(hù)工況分析

變壓器正常運(yùn)行時(shí)差流很小，圖11-22中的。很小，而勒較大，勺直線將在辦項(xiàng)點(diǎn)的

上方。如今，間斷角如=360。，且〃〈/修，保護(hù)可靠不動(dòng)作。

變壓器空投時(shí)，產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流。設(shè)勵(lì)磁涌流的波形如圖11-23中的七所示。

圖11-23空投變壓器時(shí)的差流與制動(dòng)電流波形

由圖11-23能夠看出：盡管差流。波型幅值很大（能滿足以〉/血,），但由于間斷角廂很

大（大于閉鎖角還），差動(dòng)保護(hù)將被可靠閉鎖。

當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)元件的差流很大且無(wú)間斷。設(shè)故障電流波形如圖11-24

中的心所示。

圖11-24變壓器內(nèi)部故障時(shí)差流與制動(dòng)電流波形

由圖11-24能夠看出,廂很?。◣鸙與）。又由于差流幅值很大,能滿足.）3,

故差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，作用于切除變壓器。

（IV）必定值的影響

當(dāng)差動(dòng)元件的啟動(dòng)電流/.為定值時(shí)，整定的閉鎖角與越小，則要求在半個(gè)周期內(nèi)差流

大于制動(dòng)電流的角度越大，即交流制動(dòng)系數(shù)越大?？胀蹲儔浩鲿r(shí)，差動(dòng)元件越不容易誤動(dòng)。

反之，閉鎖角通整定值越大，躲勵(lì)磁涌流的能力越小。

（3）波形對(duì)稱(chēng)原理

在微機(jī)型變壓器縱差保護(hù)中，使用波形對(duì)稱(chēng)算法，符勵(lì)磁涌流同變壓器故障電流區(qū)分開(kāi)

來(lái)。其計(jì)算方法如下：

首先將流入差動(dòng)元件的差流進(jìn)行微分，濾去電流中的直流分量，使電流波形不偏移橫坐

標(biāo)軸（即時(shí)間軸）的一側(cè)，然后比較每個(gè)周期內(nèi)差電流的前半波與后半波的量值。

設(shè)勺表示差流微分后波形上前半周某一點(diǎn)的值，/%倒）”表示差流波形微分后波形上與。

點(diǎn)相差1800點(diǎn)的值，K為比率常數(shù)，則當(dāng)若滿足

：/+)+180。WK......................................(11-22)

/廠。+180。

則認(rèn)為波形是對(duì)稱(chēng)的，否則認(rèn)為波形不對(duì)稱(chēng)。

在式（11-22）中，K乂稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)系數(shù)，通常等于1；2。

變壓器內(nèi)部故障時(shí)，/；?值與。值大小基本相等、相位基本相反，則々與5大小

3」IO8nVJJIOU

相等方向相反，q+/）+]80C=°，/；+180。*2。。如今,K?0O差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

勵(lì)磁涌流的波形具有很大的間斷角，/；?值與8G"值相差很大，相位也不可能相差18。。,

因此，/；.+/%8c.可能較還大，K值將大于1/2,差動(dòng)保護(hù)被閉鎖。

（4）磁制動(dòng)原理（對(duì)三相一體的變壓器不適用，分相變壓器500KV）

磁制動(dòng)涌流閉鎖原理，是利用計(jì)算變壓器的磁通特性來(lái)區(qū)分勵(lì)磁涌流與故障電流的。

忽略不計(jì)變壓器繞組電阻及鐵芯的有效損耗，帶電后變壓器的T型等值網(wǎng)路如圖11-25

所示。

圖11-25變壓器的等值網(wǎng)路

在圖11-25中：Li、L2一分別為變壓器原邊與付邊的漏感：

M-變壓器激磁電感；

V也一變壓器兩側(cè)的電流；

用、“2一變壓器兩側(cè)的電壓；

%—變壓器的激磁電流，=/,一，2。

由圖11-25可得到變壓器的電勢(shì)的簡(jiǎn)化方程

由務(wù)M等.....................................（11-23）

由于Li是漏磁通產(chǎn)生的，其值很小，故可將式（11-23）簡(jiǎn)化為

5=”華.....................................（11-24）

1出

激磁電感M的大小與變壓器鐵芯激磁特性有關(guān)，當(dāng)變壓器工作磁密變化時(shí)（沿磁化曲

線變化），M值也隨之變化。因此，M值能反映鐵芯中的磁密在磁化曲線上的部位。當(dāng)工作

在磁化曲線上的飽與位置時(shí)，M值大大降低，從而出現(xiàn)勵(lì)磁涌流。

在微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置中，可用檢測(cè)激磁電感M的變化來(lái)區(qū)分勵(lì)磁涌流與故障

電流。

由式（11-24）可得。再進(jìn)一步簡(jiǎn)化得

M=_____________(11-25)

hn（n+],）-

在式（11-25）中：q-n時(shí)刻的外加電壓值;

，砥H+i）—（n+1）時(shí)刻的激磁電流；

-（n-1）時(shí)刻的激磁電流；

此一n時(shí)刻的激磁電感。

在保護(hù)裝置中，結(jié)合對(duì)差流波形的計(jì)算，計(jì)算電流上升沿開(kāi)始幾個(gè)點(diǎn)的M值。當(dāng)

Mn-M/l+m>K.................................（H-26）

時(shí)，推斷為勵(lì)磁涌流，否則判為故障電流。

式（11-26）中：M〃一上升沿第n個(gè)采樣點(diǎn)激磁電感：

用日.一上升沿第n+m個(gè)采樣點(diǎn)的激磁電感；

K一常數(shù)。

4過(guò)激磁閉鎖元件

運(yùn)行中的變壓器，當(dāng)由于某種原因造成過(guò)激磁時(shí)，可能導(dǎo)致縱差保護(hù)誤動(dòng)。

關(guān)于超高壓大型變壓器，為防止過(guò)激磁運(yùn)行時(shí)縱差保護(hù)誤動(dòng)，設(shè)置過(guò)激磁閉鎖元件。當(dāng)

變壓器過(guò)激磁時(shí)，將縱差保護(hù)閉鎖。

變壓器過(guò)激磁時(shí)，激磁電流中的5次諧波分量大大增加。變壓器縱差保護(hù)的過(guò)激磁閉鎖

元件，實(shí)際上是使用5次諧波電流制動(dòng)元件。即當(dāng)差流中的5次諧波分量大于某一值時(shí)，將

差動(dòng)保獷閉鎖。

在變壓器縱差保護(hù)中，使用5次諧波制動(dòng)比這個(gè)物理量勺這，來(lái)衡量5次諧波電流的

制動(dòng)能力。

所謂5次諧波制動(dòng)比，是指：差流中有基波電流及5次諧波電流，其中基波電流大于差

動(dòng)元件的動(dòng)作電流，而差勁元件處于臨界制動(dòng)狀態(tài)。如今，5次諧波電流與基波電流的百分

比

K5ft?：=兵'|（）0%.................................（11-27）

叫5次諧波制動(dòng)比。

式（11-27）中：，5鹿一5次諧波電流；

/口一基波電流。

與二次諧波制動(dòng)比類(lèi)似，5次諧波制動(dòng)比越大，單位5次諧波電流產(chǎn)生的制動(dòng)作用越小,

差動(dòng)保護(hù)躲過(guò)激磁的能力越差；反之，5次諧波制動(dòng)比越小，單位5次諧波電流產(chǎn)生的制動(dòng)

作用越大，差動(dòng)保護(hù)躲變壓器過(guò)激磁的能力越強(qiáng)。

5差動(dòng)速斷元