電力系統繼電保護原理西南交通大學電氣工程學院第六章變壓器保護變壓器的故障：

各項繞組之間的相間短路油箱內部故障 單項繞組部分線匝之間的匝間短路 單項繞組或引出線通過外殼發生的單相 接地故障

引出線的相間短路絕緣套管閃爍或破壞引出線通過外殼發生的單相接地短路油箱外部故障變壓器不正常工作狀態：外部短路或過負荷油箱漏油造成油面降低變壓器中性點接地外加電壓過高或頻率降低、過勵磁等應裝設的繼電保護裝置瓦斯保護：防御變壓器油箱內各種短路故障和油面降低重瓦斯：跳閘輕瓦斯：信號縱差動保護和電流速斷保護 防御變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流系統側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路相間短路的后備保護：作為1.2.的后備過電流保護復合電壓起動的過電流保護負序過電流零序電流保護：防御大接地電流系統中變壓器 外部接地短路過負荷保護：防御變壓器對稱過負荷過勵磁保護：防御變壓器過勵磁變壓器縱差動保護構成變壓器縱差動保護的基本原則正常運行或外部故障時所以兩側的CT變比應不同，且應使即：或即：按相實現的縱差動保護，其電流互感器變比的選擇原則是兩側CT變比的比值等于變壓器的變比。不平衡電流產生的原因和消除方法理論上，正常運行和區外故障時，Ij=I1"-I2"=0

。實際上，很多因素使Ij=Ibp≠0。（Ibp為不平衡電流）下面討論不平衡電流產生的原因和消除方法：由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電流：（Y/Δ-11）Y.d11接線方式——兩側電流的相位差30°。消除方法：相位校正。變壓器Y側CT（二次側）：Δ形。Y.d11變壓器Δ側CT（二次側）：Y形。Y.Y12

可見,差動臂中的

同相位了,但為使正常運行或區外故障時,Ij=0,則應使

即:高壓側電流互感變比應加大√3倍.該項不平衡電流已清除.

由于兩側電流互感器的誤差引起的不平衡電流

變壓器兩側電流互感器的型號不同、變比不同，二次負載阻抗及短路電流倍數不同時導致互感器勵磁電流的差值增大。正常時：不平衡電流很小。故障時：勵磁電流很大，不平衡電流很大。

因此，選電流互感器時，按10%誤差曲線為依據和最大短路電流時：Ktx—分支系數鐵芯飽和、勵磁電流很小，短路電流很大，使兩側電流迅速飽和

計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流難滿足或

因此，差動回路將有電流流過，此時可采用具有速飽和鐵心的差動繼電器，利用平衡電流Wpb來消除此差動電流的影響。

帶負荷調變壓器的分接頭產生的不平衡電流

電力系統中經常采用帶負荷調壓的變壓器，通過調整變壓器分接頭的位置來滿足系統的運行電壓。

改變變壓器的分接頭不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側電流互感器的變比之間的關系從而產生不平衡電流。一般變壓器的調節范圍：產生的最大不平衡電流：在穩態情況下：10%—電流互感器容許的最大相對誤差Ktx—電流互感器的調整系數取1Δu—由負荷調壓引起的相對誤差Δfza—由于所采用的互感器變比或平衡線圈線

圈的實際值與計算值不同時所引起的相

對誤差。—保護范圍外部最大短路電流歸算到二次

側的值。v

暫態情況下的不平衡電流及減小其影響

的措施由變壓器勵磁電流ILY所產生的不平衡電流

變壓器的勵磁電流IL僅流經變壓器的某一側通過電流互感器反應到差動回路中不能被平衡。

正常情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的2%~10%。

外部故障時，由于電壓降低，此電流減小，影響更小。

變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，可能出現數值很大的勵磁電流（又稱為勵磁涌流）。0U,uU,u00如果空載合閘時，正好在u=0時接通，則鐵芯中該具有磁通-Φm。但由于鐵芯中的磁通不能突變，將出現一個非周期分量其磁通為+Φm。半個周期后鐵芯中的磁通就達到了2Φm。如果鐵芯中有剩余磁通Φs。則總的磁通將為2Φm+

Φs，則變壓器鐵芯嚴重飽和，勵磁電流將急劇增大，稱為變壓器的勵磁涌流ILY。

勵磁涌流的數值最大可達到額定電流的6~8倍，同時含有大量的非周期分量和高次諧波分量。

勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向，電源容量的大小，回路阻抗以及變壓器容量的大小等都有關。+Φm

勵磁電流ILY的特點0iL

含有很大成分的非周期分量，使勵磁涌流偏于時間軸的一側；

含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主；

波形之間出現間斷；

由試驗數據分析可知，若以基波為100%，則二次諧波最高可達50%，三次諧波最高達10%，直流80%。0

在變壓器縱聯差動保護中防止勵磁涌流的方法

采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器；

鑒別短路電流和勵磁電流波形的差別；

利用二次諧波制動等；v

變壓器縱聯差動保護的整定計算的原則

整定原則

在正常運行情況下為防止電流互感器二次回路

斷線時引起差動保護誤動作，保護裝置的起動

電流應大于變壓器的最大負荷電流If.max。當

負荷電流不能確定時，可采用額定電流Ie.B，

并引入可靠系數KK，KK=1.3。IdZ=KK·If.max

躲開保護范圍外部短路時最大不平衡電流IdZ·J

=KK·Ibp.maxv

變壓器縱聯差動保護的整定計算的原則

整定原則

無論上述哪一個原則考慮起動電流都必須能夠

躲開變壓器勵磁涌流的影響。

當差動保護采用波形鑒別式二次諧波制動的原則構成時，它本身就具有躲開勵磁涌流的性能，一般無需另外考慮。

另一種方式采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器來躲避勵磁涌流的影響。v

變壓器縱聯差動保護的整定計算的原則

縱聯差動保護靈敏系數的校驗Id.min.J—保護范圍內部故障時，流過繼電器的

最小短路電流

單側電源供電時，系統最小運行方式下，Klm≥2。當不能滿足要求時需采用具有制動特性的差動繼電器。v

具有制動特性的差動保護

利用外部故障時的短路電流來實現制動,使繼電器的起動電流隨制動電流的增加而增加。可靠地躲開外部故障時的不平衡電流，并提高內部故障時的靈敏性。a213

如果采用制動特性即動作電流隨外部短路電流而變化的曲線：Idz.J=f(Id)并讓曲線通過a點：并使此曲線始終在直線Ibp=f(Id)的上方，則任何大小的外部短路，繼電器的實際起動電流均應大于相應的不平衡電流，繼電器不誤動。此種特性的差動繼電器在內部故障時起靈敏度較高。如果無制動電流，Idz.J=KKIbp.max，IBAW2W2WgWphWzhWzh

變壓器內部故障，B側無電源時，Wzh中無電流，工作線圈Wg中為A側電源供給

的短路電流（折算到二次側），由于

Izh=0繼電器起動電流為Idz.J0

變壓器內部故障，A、B兩側供

給的電流相等時，Wzh中流過的

電流為Wg中的一半。Ig=2Izh與

制動曲線交于b點，此交點即為繼

電器實際需要的起動電流Idz.J在

b點以后，制動電流在增加，但

位于曲線3以上，因此繼電器均

能動作。(無制動)4532bca

變壓器內部故障，A側無電源時，W2h中流過的電

流與工作線圈Wg中的相同，即Ig=Izh,為繼電器最不

利的工作情況。若下圖中曲線5與曲線3交于C點。

繼電器實際起動電流為Idz.J.2在C點以上的繼電器

均能動作。(無制動)4532結論：

起動電流比無制動的起動電

流小的多；

有制動特性的差動保護比無

制動的靈敏系數高，其靈敏

度系數為：bcav

具有比率制動和二次諧波制動的差動繼電器

利用二次諧波制動原理可以有效地防止勵磁涌流的影響。

穿越電流制動回路由DKB1、BZ1、C3和R1構成

正常及外部故障時，W1中兩部分電流

和

方向相同，在DKB1的二次線圈中可產生電壓，該電壓正比于一次側電流，可實現制動的作用，稱為穿越電流制動。與穿越電流的大小成正比。因而使繼電器的起動電流隨著制動電流的增大而自動增加。（兩者之比稱為制動系數）。又稱比率制動。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

穿越電流制動回路由DKB1、BZ1、C3和

R1構成

內部故障時，其中一側的電流要改變方向W1中兩部分的電流方向相反，二次側感應電動勢減小。制動作用隨之減弱，當兩部分電流相等時，制動作用消失。動作最靈敏。DKB1的二次電壓BZ1C3R1輸出Uzh1（制動電壓）其中，可通過R1改變制動系數的大小。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

二次諧波制動回路由DKB2、BZ2、C2、C4和R2構成

DKB2的一次線圈W1接在差動回路中，正常幾外部故障時W1中的電流是不平衡電流，內部故障時是故障電流。

DKB2的一次線圈的勵磁阻抗與C2組成一個對二次諧波的并聯諧振回路，對二次諧波分量呈現的阻抗很大，因而輸出電壓很高。利用Uzh2實現二次諧波的制動。

其中，可通過R2調節二次諧波分量的制動效果。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

總制動回路總制動電壓：Uzh=Uzh1+Uzh2其中:Uzh1—外部故障時，

Uzh1起主要制動作用Uzh2—空載合閘時，

Uzh2起主要制動作用

工作回路由DKB3、L1、C1、BZ3、C5、和R3

構成50Hz的串聯諧振回路

該回路對基波分量的電壓具有最大的輸出，而對不平衡電流中的非周期分量和高次諧波分量起濾波作用。輸出電壓Ug為工作電壓。

其中，可通過R3改變起動電流的大小。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3

執行回路

反應于Uzh和Ug幅值比較的結果而動作。因此，可采用高靈敏度的極化繼電器、晶體管直流放大器或運算放大器構成的電平檢測器等來實現。v

繼電器的工作特點

正常運行及外部故障

∵

DKB1的二次電壓正比于變壓器一次側的電流；Uzh1很大。

又

∵

DKB3僅反應于差動回路中的不平衡電流。Ug很小。不會誤動。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

繼電器的工作特點

勵磁涌流的作用

勵磁涌流作用時只在變壓器的一側有電流，DKB1（半邊），DKB2和DKB3的一次線圈中流過相同的電流。

∵勵磁涌流中含有很大的二次諧波分量；Uzh2很大。不會誤動。執行回路DKB1BZ1BZ2BZ3DKB2DKB3Uzh1Uzh2R1R2R3v

繼電器的工作特點

雙側電源保護范圍內部故障Uzh1、Uzh2都很小，而Ug的數值正比于內部故障的短路電流，數值很大，