什么是變壓器差動保護？變壓器差動保護特點及誤動作原因
什么是變壓器差動保護？
變壓器的差動保護是變壓器的主保護，是按循環(huán)電流原理裝設的。 主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。 在繞組變壓器的兩側均裝設電流互感器，其二次側按循環(huán)電流法接線，即如果兩側電流互感器的同級性端都朝向母線側，則將同級性端子相連，并在兩接線之間并聯(lián)接入電流繼電器。在繼電器線圈中流過的電流是兩側電流互感器的二次電流只差，也就是說差動繼電器是接在差動回路的。 從理論上講，正常運行及外部故障時，差動回路電流為零。實際上由于兩側電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常運行和外部短路時，差動回路中仍有不平衡點流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為 Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡點流應盡量的小，以確保繼電器不會誤動。 當變壓器內部發(fā)生相間短路故障時，在差動回路中由于I2改變了方向或等于零（無電源側），這是流過繼電器的電流為I1與I2之和，即 Ik=I1+I2=Iumb 能使繼電器可靠動作。 變壓器差動保護的范圍是構成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備、以及連接這些設備的導線。由于差動保護對保護區(qū)外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區(qū)外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區(qū)內故障時，可以瞬時動作。變壓器差動保護特點及誤動作原因
差動保護是用某種通信通道將電氣設備兩端的保護裝置縱向聯(lián)接起來，并將兩端的電氣量進行比較，從而判斷保護是否動作。根據(jù)基爾霍夫定律，保護范圍內流入與流出的電流應該相等（變壓器應該歸算到同側）。當保護范圍內發(fā)生故障時，其流入與流出的電流就不相等了。差動保護就是根據(jù)這個不平衡電流動作的。因此，這種保護方法有很高的動作選擇性和靈敏度，適用于保護大容量、強電流、高電壓及對靈敏度要求高的電氣設備。所以，這種方法廣泛用于保護大容量、高電壓的變壓器，并以其優(yōu)越的保護性能成為大容量、高電壓變壓器的主要保護方法。然而值得注意的是，由于變壓器在結構和運行上具有一些特點，因此在實際運行中保護范圍內無故障時，差動保護裝置也具有較大的不平衡電流，這種不平衡電流可能引起差動保護裝置的誤動作。另外，即使考慮了變壓器差動保護的這些特點并加以修正，由于這種保護裝置的復雜性在有些情況下也常出現(xiàn)一些誤動作現(xiàn)象。本文將就變壓器差動保護兩種誤動作的原因加以簡單的分析。一、 變壓器差動保護的特點
1、 變壓器勵磁涌流的存在
變壓器勵磁電流（激磁電流）僅流經(jīng)變壓器的某一側，因此通過電流互感器反應到差動回路中將形成不平衡電流。穩(wěn)態(tài)運行時，變壓器的勵磁電流不大，只有額定電流的2-5%。在差動范圍外發(fā)生故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小。所以這兩種情況下所形成的不平衡電流都很小，對變壓器的差動保護影響不大。
但是，當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復的情況下，則可能出現(xiàn)很大的勵磁電流即勵磁涌流。這個現(xiàn)象的存在是由于變壓器鐵心飽和及剩磁的存在引起的，具體分析如下：
當二次側開路而一次側接入電網(wǎng)時，一次電路的方程為
u1=umcos(wt+α)=i1R1+N1dφ/dt (1)
u1：一次電壓，
um：一次電壓的峰值，
α：合閘瞬間的電壓初相角，
R1：變壓器一次繞組的電阻，
N1：變壓器一次繞組的匝數(shù)，
φ： 變壓器一次側磁通。
由于i1R1相對比較小，在分析瞬態(tài)過程初始階段可以忽略不計
所以
umcos(wt+α)= N1dφ/dt
dφ= ( um/ N1) cos(wt+α) dt
積分，得
φ=( um/ N1) sin(wt+α)+c
φ=φm sin(wt+α)+c φm為主磁通峰值，c為積分常數(shù)。
設鐵芯無剩磁當t=0 時，φ=0 所以c=-φmsinα
所以空載合閘磁通為
φ=φm sin(wt+α) -φmsinα （2）
由（2）式可得空載合閘磁通的大小與電壓的初相角α有關考慮最不利情況
當α=900時，電壓過零
φ=φm sin(wt+900) -φm=φmcoswt-φm
磁通有兩個分量，周期分量φmcoswt與非周期分量 φm，此時磁通的最大值為穩(wěn)態(tài)時磁通的2倍。如果同時考慮剩磁的影響這個值還要更大些。
我們知道變壓器正常情況下是工作在鐵芯磁化曲線的膝點附近，此時鐵芯已接近或略微飽和了。當磁通達到2倍φm以上時，鐵芯就高度飽和了。
由圖二可知此時變壓器的勵磁電流大幅度增加，可達額定電流的6~8倍①。由于勵磁電流只在變壓器的一側出現(xiàn)所以在差動繼電器中會產(chǎn)生很大的不平衡電流，此后由于R1的存在，非周期分量衰減，φ值將減小。
綜上所述，勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓，鐵芯的剩磁大小、方向，回路阻抗，變壓器的容量和鐵芯的性質有關。對于三相交流變壓器由于三相之間的相差 1200,所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵磁涌流。
2、變壓器各側繞組的接線方式不同
我國規(guī)定的五種變壓器標準聯(lián)結組中，35kV Y/D-11雙繞組變壓器常被使用。這種聯(lián)結方式的變壓器兩側電流相差300，要想使差動保護不發(fā)生誤動作就要設法調整CT二次回路的接線和變比，使電源側和負荷側的CT二次電流的相差1800且大小相等。這樣就能消除Y/D-11變壓器接線對差動保護的影響。
為了達到上述目的，變壓器差動保護用的TA應按圖三所示方式接線
IA1,IB1,IC1為變壓器高壓側電流
IA2,IB2,IC2 為接變壓器高壓側CT的二次電流
Ia1,Ib1,Ic1為變壓器低壓側電流
Ia2,Ib2,Ic2為接變壓器低壓側CT的二次電流
根據(jù)接線圖可得，對變壓器差動保護設計時，變壓器一次側CT與主電路接成Y/D-5型聯(lián)結組，變壓器二次側CT與主電路接為D/Y-7型聯(lián)結組，這種接線方法可使差動回路中電源側和負荷側TA二次電流相位差1800。
但當電流互感器采用上述聯(lián)結方法時，CT接成D型側差動臂中電流又增大 倍。為使兩側電流的大小相等，在選擇CT變比時應滿足 nLy/nLd=nT 這樣就消除了Y/D-11聯(lián)結組對差動保護的影響。
2、 電流互感器計算變比與實際變比不同
由于變壓器兩側電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標準的變比而且變壓器的變比也是一定的，因此三者不能準確的滿足 nLy/nLd=nT的要求。此時差動回路就有不平衡電流流過使保護裝置誤動。所以通常利用差動繼電器的平衡線圈來消除或減小這個差值。即用平衡線圈彌補實際變比與理想值之間的差，使兩臂電流差接近零，從而消除或盡量減小不平衡電流。
4、兩側電流互感器型號不同
如果變壓器兩側互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算到同側）也就不同。因此產(chǎn)生在兩臂的電流差就較大，它將影響保護的動作，所以應采用電流互感器的同型系數(shù)為1的互感器。
5、 壓器帶負荷調整分接頭
帶負荷調整變壓器的分接頭是電力系統(tǒng)中采用帶負荷調壓的變壓器來調整電壓的方法。改變分接頭就是改變了變壓器的變比，對于已調整好的差動保護裝置將產(chǎn)生較大的不平衡電流。由于變壓器有載調壓是帶負荷連續(xù)調節(jié)的，而差動保護是不可以帶電進行調整，所以在整定時必須考慮這個因素。
二、變壓器差動保護兩種誤動原因的簡單分析
1、二次側負載在流過短路電流下，不能滿足CT10%誤差曲線的要求。在電流互感器接入系統(tǒng)容量變化或新裝保護投入運行時，不可忽略根據(jù)差動保護區(qū)內短路故障時穿越變壓器的最大短路電流和實測的差動回路二次負荷，較核保護用CT 的10%誤差曲線是否滿足要求。確保CT在10%誤差范圍內。如果不滿足CT的10%誤差曲線要求，由于CT的容量不足以提供二次負荷所需的要求，在故障時差動保護可能拒動、誤動直接影響差動保護的可靠性。此時應適當加大CT變比，并重新較核CT的10%誤差曲線直到符合要求。
2、差動保護二次電流回路接地方式不當
差動保護二次電流回路接地時，各側TA的二次電流回路必須通過一點接于地網(wǎng)，因為變電站的接地網(wǎng)絡之間并非絕對等電位，在不同點之間有一定的電位差。當發(fā)生短路故障時，有較大的電流流入地網(wǎng)，各點之間的電位差較大。如果差動保護二次電流回路接在地網(wǎng)的不同點，它們之間的電位差產(chǎn)生的電流將流入保護裝置，影響差動保護裝置動作的準確性甚至使之誤動。所以各側CT的二次電流回路應并聯(lián)后接到保護裝置的差動電流回路中，所有電流回路必須在并聯(lián)的公共點處接地。
