第四节 变压器纵联差动保护
一、变压器纵联差动保护的原理
纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流出电流的相量差。对双绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如下图所示。
为了保证纵联差动保护的正确工作，应使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，差回路电流为零。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。 应使
’’
I‘I‘nTA2I‘121
II‘nT
nTA1nTA2 或 nTA1I1
‘2
‘’2
结论：
适当选择两侧电流互感器的变比。 纵联差动保护有较高的灵敏度。
二、变压器纵联差动保护在稳态情况下的不平衡电流及减小不平衡电流的措施
在正常运行及保护范围外部短路稳态情况下流入纵联差动保护差回路中的电流叫稳态不平衡电流Ibp。
1．由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
思考：由于变压器常常采用Y,dll的接线方式, 因此, 其两侧电流的相位差30º。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，会有一个差电流流入继电器。如何消除这种不平衡电流的影响？
解决办法：通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形。
2．由两侧电流互感器的误差引起的不平衡电流
思考：变压器两侧电流互感器有电流误差△I，在正常运行及保护范围外部故障时流入差回路中的电流不为零，为什么？
为什么在正常运行时，不平衡电流也很小 ？ 为什么当外部故障时，不平衡电流增大？ 原因：电流互感器的电流误差和其励磁电流的大小、二次负载的大小及励磁阻抗有关，
而励磁阻抗又与铁芯特性和饱和程度有关。 当被保护变压器两侧电流互感器型号不同，变比不同，二次负载阻抗及短路电流倍数不同时都会使电流互感器励磁电流的差值增大。
减少这种不平衡电流影响的措施：
（1）在选择互感器时，应选带有气隙的D级铁芯互感器，使之在短路时也不饱和。 （2）选大变比的电流互感器，可以降低短路电流倍数。
（3）在考虑二次回路的负载时，通常都以电流互感器的10％误差曲线为依据，进行导线截面校验，不平衡电流会更小。最大可能值为：
Ibp0.1
3．由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 思考：两侧的电流互感器、变压器是不是一定满足
Id.max
Ktx
nTA
nTA2
nTA1原因：很难满足上述关系。
nT
nTA2
nT
或 nTA1的关系？
变压器的励磁电流IL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被平衡，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。
(2)包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；
2．BCH一2型差动继电器构成的变压器差动保护的整定计算
(1)确定基本侧 。将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为基本
(2)确定差动保护的动作电流
①躲过变压器的励磁涌流 Idz＝KkIe.T ②躲外部短路时的最大不平衡电流
Idz＝KkIbp. max＝Kk(Ibp.TA+ Ibp.Δu+ Ibp.ph)
Ibp.ph＝Δfph1Id1.max+Δfph2Id2.max
Δfph1、Δfph2——平衡线圈的圆整误差，其值为
Wph.jsWcd.zd
③躲开电流互感器二次断线产生的最大不平衡电流 Idz＝KkIfh.max
取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护一次动作电流。 (3)计算变压器差动保护基本侧差动线圈匝数 基本侧继电器的动作电流为
Idz.j.jb=KjxId z.jb/nTA 基本侧差动线圈的计算匝数
fph
Wph.jsWph.sj
Wcdjs
差动线圈的实际匝数Wcd.sj 。
继电器实际动作电流和一次动作电流分别为 Idz.s. jb=60(安匝)/Wcd. sj
(AW)dz60安匝
IdzjjbIdzjjb
Idz. jb.sj= Idz. s. jb nTA / Kjx
(4)计算非基本侧平衡线圈匝数
对双绕组变压器
I2e.fj(Wph+Wcd.zd)= I2e.jbWcd.zd
平衡线圈的实际匝数，采用四舍五入圆整。 (5)平衡线圈圆整误差的计算
Δfph=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd)
计算结果的变化范围在0—0.091内。若误差小于0.05，则以上计算结果有效；若误差大于0.05，则重新计算差动保护的动作电流。
(6)确定短路线圈匝数
对于大容量的变压器，涌流倍数小，衰减慢，要求切除内部故障的时间尽量短，应选取较少的短路线圈匝数。
相反，对于较小容量的变压器，应选用较多匝数的短路线圈，以便更有效地消除非周期分量电流的影响。
(7)灵敏度校验
保护范围内部短路最小灵敏度应大于2。
Klm=Id.min/ Idz
式中 Id.min——保护范围内故障，流过基本侧的最小短路电流； Idz——差动保护一次动作电流。
五、带制动特性的差动保护
1．BCH一1型差动继电器 组成：
电磁型电流继电器 差动线圈Wcd，
两个平衡线圈Wph1、Wph2制动线圈Wzh 工作线圈Wgz。
各部分作用：
制动线圈的安装位置如下：
(1) 对单侧电源的双绕组变压器，制动线圈应接于负荷侧，外部故障有制动作用，内部故障没有制动作用。
(2) 对于单侧电源的三绕组变压器，制动线圈应接于流过变压器最大穿越性短路电流的负荷侧。
(3) 对于双侧电源的三绕组变压器，制动线圈一般接于无电源侧。
(4) 对于双侧电源的双绕组变压器，制动线圈应接于大电源侧。当仅有小电源供电时，能保证保护装置的灵敏度。
2．BCH一1型差动保护的整定计算
(1)确定变压器的基本侧。与用BCH一2型差动继电器时相同。 (2)计算差动保护的动作电流
①躲开变压器空载投入时的励滋涌流：
Idz·jb=KkIe·T
②躲开电流互感器二次断线产生的不平衡电流(240MVA及以上容量变压器除外)： Idz＝KkIfh.max
③躲开未装制动线圈侧外部短路时的不平衡电流Ibp： Idz·jb=KkIbp
取以上三条件计算结果中的最大值作为变压器差动保护一次动作电流。 (3)计算差动线圈匝数与用BCH一2型继电器时相同。 (4)计算平衡线圈匝数与用BCH一2型继电器时相同。 (5)校验平衡线圈圆整误差与用BCH一2型继电器时相同。 (6)计算制动线圈匝数Wzh：
外部短路差回路通以最大不平衡安匝数时，以保证继电器不动来确定制动线圈的匝数。
（7）灵敏度校验
首先求出保护范围内校验点短路时流过制动线圈的电流及制动安匝。依据BCH一1型差动继电器最大安匝制动曲线2求出继电器的动作安匝，其值可近似为
(AW)dz=tgθ2(AW)zh
式中 tgθ2——最大安匝制动曲线2的斜率，可取为1.4。
当计算出的动作安匝小于60安匝时，取60安匝。差动保护的灵敏度为
Klm
IdjminWcdzd(AW)dz
2
例题 对一台容量为40.5MVA三相三绕组降压变压器进行差动保护整定计算。变压器的接线及各侧的短路电流如下图所示。电压：110±2×2.5％kV／38.5±2×2.5％kV／11kV，
(2)差动保护的一次动作电流确定如下: 1)躲励磁涌流及电流互感器的二次断线
Idz·jb=KkIe·T=1.3×213=276(A)
2)躲d3点(外部)短路时的最大不平衡电流 Idz·jb＝KkIbp. max＝Kk(Ibp.TA+ Ibp.Δu+ Ibp.ph)
=1.3×(0.1+0.05+0.05+0.05)×1350=483.75(A)
从以上计算可知,以躲外部短路最大不平衡电流为计算条件,差动保护的动作电流取为 Idz·jb=438.75(A)
(3)计算差动线圈匝数及实际动作电流为
差动线圈的实际匝数应向小调整,取
Wcd，zd=6(匝)
继电器的实际动作电流为
Idz.j.jb.sj=60/6=10(A)
(4)灵敏度校验.以d2点短路为计算条件,即
下面采用BCH-1型差动继电器,制动线圈放在35KV侧.
(1) (1) 确定基本侧 同BCH-2型继电器,以110KV为基本侧. (2) (2) 计算差动保护的起动电流.
1) 1) 躲励磁涌流
Idz·jb=KkIe·T =1.5×213=319.5(A)
2) 2) 躲d2点(外部)短路时的最大短路电流产生的不平衡电流
Idz·jb＝KkIbp. max＝Kk(Ibp.TA+ Ibp.Δu+ Ibp.ph)
=1.3×(0.1+0.05+0.05)×965=250(A)
(3) (3) 计算差动线圈匝数及实际动作电流为
差动线圈的实际匝数向小调整,整定匝数取为8匝.实际动作电流
Idz.j.jb.sj=60/8=7.5(A)
(4) (4) 计算非基本侧平衡线圈的匝数.
1) 1) 35KV侧平衡线圈匝数的计算
取10KV侧平衡线圈匝数为2匝 (5) (5) 平衡线圈的误差
Δfph.35=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd)
=(1.1-1)/(1.1+8)=0.012
Δfph.10=( Wph.js- Wph.sj)/ ( Wph.js+ Wcd.zd)
=(2.36-2)/(2.36+8)=0.035
制动线圈的实际匝数应向上调整,取Wzh.js =3匝.
(7) (7) 灵敏度校验.在校验点(10KV母线)电路时,流过制动线圈的电流为负荷电流,制
动安匝为
查BCH-1型继电器最大安匝制动曲线2或计算相应的动作安匝得 (AW)dz=tgθ2(AW)zh=12.15×1.4=17安匝