第二节变压器差动保护1.概述电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。
变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。
变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。
更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。
正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。
变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。
变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。
综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。
2.配置原则对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定：(1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。
6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。
(2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。
2MVA及以上的变压器，当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。
(3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的过流保护。
(4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。
3.要求达到的性能指标(1) 具有防止区外故障误动的制动特性；(2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能；(3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍时可自动解除闭锁；(4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms；(5) 整定值允差±5%。
4.原理及其微机实现4.1四方4.1.1 保护原理变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。
保护配置有差动电流速断保护、比率差动保护、CT 二次回路断线检测等功能。
设有二次谐波制动方案或模糊识别原理的涌流闭锁方案，可根据用户的要求提供。
电流互感器二次断线后可发出告警信号。
CT 断线后，是否闭锁差动保护由用户通过整定定值单中控制字的相应位实现。
差动保护的起动采用突变量起动和辅助起动两种方式。
突变量电流起动的算法为：当任一相电流差突变量大于起动定值QD I 时，保护起动并进入故障处理程序进行故障计算判别，若有故障且跳闸后故障电流消失，保护快速返回。
若无区内故障，保护最多延时6秒后整组复归。
辅助起动采用每相差电流的有效值与定值比较，以便在没有明显突变量情况下保护能可靠起动，其判据为：0d dz I I ≥或sd dz I I ≥式中：dz I 为差动电流；0d I 为差动保护的最小动作电流；sd I 为差动速断的电流定值。
差动保护采用比率制动原理，其动作特性如图3-1-1所示。
动作判据为：图1式中，zd I 为制动电流，0z I 为比率制动特性拐点电流定值，id K 为比率制动系数。
每相电流都以流入变压器为正方向。
对于双圈变保护：式中，∙h I 、∙l I 分别为同相的高压侧、低压侧电流。
对于三圈三侧变保护：式中，∙h I 、∙m I 、∙l I 分别为同相的高压侧、中压侧、低压侧电流。
对于三圈四侧变保护：式中，∙h I 、∙m I 、∙1l I 、∙2l I 分别为同相的高压侧、中压侧、低压1侧和低压2侧电流。
上述幅值计算均采用全周付氏算法。
对于单侧电源的降压变，为提高内部故障的灵敏度，上述制动电流中可不考虑电源侧电流，这可以通过控制字来选择。
对于变压器各侧电流相位差与平衡补偿问题说明如下：(1) 变压器各侧电流互感器二次均采用星形接线（也可选择按常规接线，参见KMD 整定），其二次电流直接接入装置，从而简化了CT 二次接线，增加了电流回路可靠性，电流互感器各侧极性都以指向变压器为同极性端，以三卷变压器为例，见图2所示。
图2 (2) 变压器各侧CT 二次电流相位由软件自校正。
凡Y0/Y/∆/∆（或Y/∆/∆、Y/∆、Y0/Y/Y 、∆/Y/Y ）等接线方式，Y 侧电流需校正相位。
对Y/∆－11接线，校正方法如下： 3/)(' B A A I I I ∙∙∙-=，3/)(' C B B I I I ∙∙∙-=，3/)(' A C C I I I ∙∙∙-= ∆ * * * ** *对Y/∆－1接线，校正方法如下：3/)(' C A A I I I ∙∙∙-=，3/)(' A B B I I I ∙∙∙-=，3/)(' B C C I I I ∙∙∙-=式中：A I ∙、B I ∙、C I ∙为Y 侧CT 二次电流，' A I ∙、' B I ∙、' C I ∙为校正后的各相电流。
装置中对常见的几种接线方式进行了相位校正，由用户自行选择（见定值KMD ）。
(3) 各侧电流互感器二次电流平衡补偿由软件完成，中低压侧平衡补偿均以高压侧二次电流不变为基准，平衡系数计算如下：中压侧 KPM ＝I He /I Me低压1侧 KPL ＝I He /I le1低压2侧 KPG ＝I He /I le2式中：KPM 、KPL 、KPG 分别为定值中中压平衡系数和低压1、2侧平衡系数，IHe 、IMe 、Ile1、Ile2分别为变压器高、中、低压1、2侧二次额定电流。
补偿时分别将中、低压侧各相电流与相应的平衡系数相乘。
差电流Idz 与制动电流Izd 的有关运算均是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进行的。
对于CT 二次断线的检测，本装置采用如下方法判别。
正常情况下判别CT 断线是通过检查所有相别的电流中有一相无流，且存在一相差流大于40% ICD 定值，即判为该相CT 断线。
在有电流突变时，判据如下：(1) 发生突变后的电流减小(而不是增大)；(2) 本侧三相电流中有一相无流，且对侧三相电流均无变化。
满足以上条件时判为CT 二次回路一相断线。
CT 二次断线后，发出告警信号，并可选择闭锁或不闭锁差动保护出口。
4.1.2 逻辑框图如图3和图4所示，其中图3为二次谐波制动原理变压器差动保护逻辑框图，图4为波形识别原理变压器差动保护逻辑框图。
图3 变压器差动保护二次谐波原理逻辑图图4 变压器差动保护模糊识别原理逻辑框图4.1.3 整定内容K(1)变压器绕组接线方式控制字mdK(2)中压侧电流平衡系数pmK(3)低压侧电流平衡系数plI(4)差动速断电流定值sdI(5)差动电流门槛定值dI(6)比率制动特性拐点电流定值0zK(7)比率制动系数idK（对于二次谐波涌流制动原理）(8)二次谐波比例系数xbI(9)差动电流越限告警定值cl4.1.4 保护的整定计算K：直接以十六进制数表示，可以考虑的变压器接(1)变压器绕组接线方式控制字md接线型式有Ｙo/Ｙo、Ｙ/Ｙ、Yo/Y/Y、Yo/Yo/Y、Ｙ/Δ-11、Ｙo/Δ/Δ-11、Ｙ/Δ-1、Ｙo/Δ/Δ-1、Ｙo/Ｙo/Δ-12-11、Δ/Y/Y 、Ｙo/Y/Y 。
(2) 中、低压侧电流平衡系数pm K 、pl K ：设变压器高中低压侧的二次额定电流分别为he I 、me I 、le I ，平衡补偿系数以高压侧为基准，则：(3) 差动速断电流定值sd I ：按躲过变压器空载投入时产生的最大励磁涌流整定，一般取3~12eb I （eb I 为变压器高压侧的二次额定电流）；(4) 差动电流门槛定值0d I ：一般取（0.25~0.5）e I ；(5) 比率制动特性拐点电流定值0z I ：一般取e b I I =，整定范围为（0.8~1.2）e I ；(6) 比率制动系数id K ：一般取0.3~0.7，但应满足b cd id I I K <；(7) 二次谐波比例系数xb K ：一般整定为0.15~0.2；(8) 差动电流越限告警定值cl I ：一般取（0.2~0.5）cd I 。
4.2 南自厂4.2.1 保护原理变压器差动保护采用有二次谐波制动的比率差动原理，并使用了变数据窗快速算法。
比率制动原理{}2121,max I I K I I ≥+ （二侧差动） {}321321,,max I I I K I I I ≥++ （三侧差动） 其中：1I －第一侧电流2I －第二侧电流3I －第三侧电流K －制动系数变数据窗算法原理所谓变数据窗算法是指差动保护能够在故障刚开始发生且故障采样数据量较少时自适应地提高保护的制动曲线，随着故障的进一步发展，计算精度的进一步提高，能自动降低制动特性曲线，以其与算法精度完全相配套。
这种自适应的制动曲线，最终的(也是最精确的)是用户整定的特性。
采用这一算法可以大大提高严重内部故障时的动作速度，同时丝毫不会降低轻微故障时的灵敏度。
4.2.2 出口方式原理：任一相差动保护动作即出口跳闸。
这种方式另外配有TA 断线检测功能。
在TA 断线时瞬时闭锁差动保护，并延时发TA断线信号。
TA断线可根据需要投退运行。
保护的逻辑图如下：图5 变压器差动出口逻辑图6 比率制动特性曲线4.2.3 整定内容(1) 比率制动系数K整定差动保护的比率制动系数。
单位(无)。
一般：K＝0.4~0.7N(2) 二次谐波制动比ecN＝0.12~0.24整定差动二次谐波制动比。
单位(无)。
一般：ecI(3)启动电流qI＝1.0~3.0(A) 整定差动保护的启动电流。
(归算到低压侧)。
单位(A)。
一般：qI(4)TA断线解闭锁电流定值ct当差电流大于该整定值时，TA断线闭锁功能自动推出。
单位(倍)I为5(A)或1(A)）。
它是以TA的二次额定电流为基准的。
（装置内部默认NI＝0.8~1.5(倍)。
(归算到低压侧)一般ctI(5)速断电流sdI 整定差动保护的速断电流倍数。
它是以TA的二次额定电流为基准的。
（装置内部默认N 为5(A)或1(A)）。
I＝3.0~7.0(倍)(归算到低压侧)单位(倍)。