變壓器差動(dòng)保護(hù)是按照循環(huán)電流的原理構(gòu)成的，雙繞組變壓器的兩側(cè)裝設(shè)了電流互感器。正常情況下或外部故障時(shí)，兩側(cè)的電流互感器</a>產(chǎn)生的二次電流流入差繼電器的電流大小相等，方向相反，在繼電器中電流等于零，因此差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部或保護(hù)區(qū)域內(nèi)的供電線路發(fā)生故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流就會(huì)產(chǎn)生變化，當(dāng)電流值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，繼電器就會(huì)動(dòng)作。一般來說，在電力變壓器中有電流流過時(shí)，通過變壓器兩側(cè)的電流不會(huì)正好相等，這是和變壓器和電流互感器的變比和接線組別有關(guān)的。變壓器在投入時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高于額定電流6~8倍的勵(lì)磁涌流，同時(shí)產(chǎn)生大量的高次諧波，其中以二此諧波為主。由于勵(lì)磁涌流只流過變壓器的某一側(cè)，因此通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中將形成不平衡電流，引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
一、電流互感器的極性、相序與連接
變壓器差動(dòng)保護(hù)按照有關(guān)規(guī)定在保護(hù)投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查電流互感器的極性、相序和連接，確保變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確性。由于各種原因，現(xiàn)場確有電流互感器三相電路的錯(cuò)誤接線，導(dǎo)致相序和極性的錯(cuò)誤，造成變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
1、差動(dòng)保護(hù)接線示意圖
2、電流互感器的極性：
變壓器差動(dòng)繼電器動(dòng)作的條件就是一次電流與變壓器二次電流之差，電流互感器的極性決定瞬時(shí)電流的方向，因此對(duì)電流互感器的極性應(yīng)引起重視，只有保證了電流互感器的極性正確，才能保證繼電器的正確動(dòng)作。在工程中電流互感器的極性應(yīng)按減極性原則進(jìn)行。既在一、二次繞組中，同時(shí)由同極性端子同入電流時(shí)，他們?cè)阼F芯中所產(chǎn)生磁通方向應(yīng)相同。在實(shí)際工作中一般利用楞次定律進(jìn)行判別(既直流判斷法)。
3、電流互感器接線：
變壓器差動(dòng)繼電器的ct回路接線，首先必須通過對(duì)ct接線形式的選擇進(jìn)行外部的“相位補(bǔ)償”，消除變壓器接線組別不同造成的高、低壓側(cè)電流相位差和差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流。例如對(duì)于y/d11接線的變壓器，由于三角形側(cè)電流的相位比星形側(cè)同一相電流超前30°，必須將變壓器星形側(cè)的ct二次側(cè)接成三角形，而三角形側(cè)的ct接成星形，從而將流入差動(dòng)繼電器的ct二次電流相位校正過來。目前相當(dāng)多的繼電器可以通過本身的設(shè)定對(duì)相位進(jìn)行轉(zhuǎn)化，ct只要接成y/y型即可，如siemens 7ut51差動(dòng)繼電器等。
二、變壓器的勵(lì)磁涌流：
在變壓器空載投入時(shí)或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵(lì)磁電流(可達(dá)5～10倍的額定電流)，通常稱為勵(lì)磁涌流。
1、勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)
1)涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量(主要是二次和三次諧波)，因此，勵(lì)磁涌流的變化曲線為尖頂波。
2)勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。因此，在開始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經(jīng)0.5～1s后其值不超過(0.25～0.5)in。
3)一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長，但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。
4)勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，最大可達(dá)額定電流的8～10倍。
2、勵(lì)磁涌流的相位及大?。?br>
在正常穩(wěn)態(tài)下：在穩(wěn)態(tài)時(shí)鐵心中的磁通滯后外加電壓900(電感上的電流落后外加電壓900)磁通平穩(wěn)見圖
在交流電路中，磁通φ總是落后電壓u90°相位角。如果在合閘瞬間，電壓正好達(dá)到最大值時(shí)，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開始就建立了穩(wěn)態(tài)磁通，在這種情況下，變壓器不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。當(dāng)合閘瞬間電壓為零值時(shí)，它在鐵芯中所建立的磁通為最大值(φm)?？墒?，由于鐵芯中的磁通不能突變，既然合閘前鐵芯中沒有磁通，這一瞬間仍要保持磁通為零。因此，在鐵芯中就出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通φfz，其幅值為φm。見圖b
這時(shí)，鐵芯里的總磁通φ應(yīng)看成兩個(gè)磁通相加而成，鐵芯中磁通開始為零，到1/2 t時(shí)，兩個(gè)磁通相加達(dá)最大值，達(dá)到2φ。因此，在電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合閘情況最嚴(yán)重。勵(lì)磁涌流的大小和衰減速度，與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關(guān)。勵(lì)磁涌流的大小和衰減速度見圖c
3、減小勵(lì)磁涌流的措施：
防止勵(lì)磁涌流的影響，采用具有速飽和變流器的繼電器是國內(nèi)目前廣泛采用的一種方法。當(dāng)外部故障時(shí)，所含非周期分量的最大不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快地單方面飽和，傳變性能變壞，致使不平衡電流難于傳變到差動(dòng)繼電器的差動(dòng)線圈上，保證差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。內(nèi)部故障時(shí)雖然速飽和變流器一次線圈的電流也含有一定的非周期性分量，但它衰減得快，一般經(jīng)過1.5～2個(gè)周波即衰減完畢，此后速飽和變流器一次線圈中通過的完全是周期性的短路電流，于是在二次線圈中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢，并使執(zhí)行元件中的相應(yīng)電流也較大，從而使繼電器能靈敏地動(dòng)作。速飽和變流器正是利用容易飽和的性能來躲過變壓器外部短路不平衡電流和空載合閘勵(lì)磁涌流的非周期分量影響。
三、變壓器中的二次諧波：
變壓器投入運(yùn)行時(shí)，由于勵(lì)磁涌流的作用，在變壓器回路中產(chǎn)生大量的諧波分量，其中以二次諧波為主。其最大值高于額定電流的幾倍，因此引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
1、諧波產(chǎn)生的原因
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性，第3、5、7次編號(hào)的為奇次諧波，而2、1 4，6、8等為偶次諧波，如基波為50hz時(shí)，2次諧波為loohz，3次諧波則是150hz。
2、利用二次諧波制動(dòng)。
保護(hù)裝置在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復(fù)時(shí)，利用二次諧波分量進(jìn)行制動(dòng); 內(nèi)部故障時(shí)，利用基波進(jìn)行保護(hù); 外部故障時(shí)，利用比例制動(dòng)回路躲過不平衡電流。
四、差動(dòng)回路中的不平衡電流：
不平衡電流的產(chǎn)生有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)二方面。穩(wěn)態(tài)不平衡電流產(chǎn)生的原因: (1)變壓器高低壓側(cè)繞組接線方式不同; (2)變壓器各側(cè)電流互感器的型號(hào)和變比不相同; (3)帶負(fù)荷調(diào)分接頭引起變壓器變比的改變。暫態(tài)不平衡電流主要是由于變壓器空載投入電源或外部故障切除，電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流。
1、變壓器高低壓側(cè)繞組接線方式不同的影響和防范措施：
1.變壓器接線組別對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響
如果組別是y/y或d/d組別的變壓器，由于一、二次繞組對(duì)應(yīng)相的電壓同相位，故一、二次兩側(cè)對(duì)應(yīng)相的相位幾乎完全相同。而常用的y，d11接線的變壓器，由于三角形側(cè)的線電壓，在相位上相差30°，故其相應(yīng)相的電流相位關(guān)系也相差30°，即三角形側(cè)電流比星形側(cè)的同一相電流，在相位上超前30°，因此即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的數(shù)值相等，在差動(dòng)保護(hù)回路中也會(huì)出現(xiàn)不平衡電流。
2.變壓器接線組別影響的防范措施
為了消除由于變壓器y，d11接線而引起的不平衡電流的影響，可采用相位補(bǔ)償法，即將變壓器星形側(cè)的電流互感器二次側(cè)接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的電流互感器二次側(cè)接成星形,從而把電流互感器二次電流的相位校正過來。
2、變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)和變比的影響和防范措施
1.變壓器各側(cè)電流互感器型號(hào)和變比的影響
變壓器兩側(cè)額定電壓不同，裝設(shè)在兩側(cè)的電流互感器型號(hào)就不相同，致使他們的飽和特性和勵(lì)磁電流(歸算到同一側(cè))也不相同。因而在外部短路時(shí)將引起較大的不平衡電流，對(duì)此只有采用適當(dāng)增大保護(hù)動(dòng)作電流的辦法予以考慮。由于電流互感器都是標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品，所以實(shí)際選用的變比，一般均與計(jì)算變比不完全一致，而且各變壓器的變比也不可能完全相同，因此在差動(dòng)保護(hù)回路又會(huì)引起不平衡電流。
2.防范措施<
這種由于變比選擇不完全合適而引起的不平衡電流，可利用磁平衡原理在差動(dòng)繼電器中設(shè)置平衡線圈加以消除，一般平衡線圈接于保護(hù)臂電流小的一側(cè)，因?yàn)槠胶饩€圈和差動(dòng)線圈共同繞在繼電器的中間磁柱上，適當(dāng)選擇平衡線圈的匝數(shù)，使它產(chǎn)生的磁勢與差流在差動(dòng)線圈中產(chǎn)生的磁勢相抵消，這樣，在二次繞阻就不會(huì)感應(yīng)電勢了，其差動(dòng)繼電器的執(zhí)行元件也就無電流。但接線時(shí)要注意極性，應(yīng)使小電流側(cè)在平衡線圈與差流在差動(dòng)線圈產(chǎn)生的磁勢相反。
3、帶負(fù)荷調(diào)壓在運(yùn)行中改變分接頭的影響和防范措施
電力系統(tǒng)中，通常利用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的方法來維持一定的電壓水平(由于分接頭的改變，使變壓器的變比也跟著改變)。但差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比的選擇，差動(dòng)繼電器平衡線圈的確定，都只能根據(jù)一定的變壓器變比計(jì)算和調(diào)整，使差動(dòng)回路達(dá)到平衡。當(dāng)變壓器分接頭改變時(shí)，就破壞了平衡，并出現(xiàn)了新的不平衡電流，這一不平衡電流與一次電流成正比, 為了避免不平衡電流的影響，在整定保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí)應(yīng)給予相應(yīng)的考慮，即提高保護(hù)的動(dòng)作整定值。
4、變壓器的勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響和防護(hù)措施
1.變壓器的勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響
變壓器的高、低壓側(cè)是通過電磁聯(lián)系的，故僅在電源的一側(cè)存在勵(lì)磁電流，它通過電流互感器構(gòu)成差回路中不平衡電流的一部分。在正常運(yùn)行情況下，其值很小，一般不超過變壓器額定電流的3%～5%。當(dāng)外部短路故障時(shí)，由于電源側(cè)母線電壓降低，勵(lì)磁電流更小， 因此這些情況下的不平衡電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響一般可以不必考慮。在變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖擊勵(lì)磁電流(可達(dá)5～10倍的額定電流)，通常稱為勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流ie中含有大量的非周期分量與高次諧波，因此勵(lì)磁涌流已不是正弦波，而是尖頂波，且在最初瞬間完全偏于時(shí)間軸的一側(cè)。
2.防護(hù)措施
1)采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器。
2)鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流的波形。
3)利用二次諧波制動(dòng)，制動(dòng)比一般為15%~20%。
4)利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)繼電器。
這是最根本的解決勵(lì)磁涌流問題的辦法。另外，在主變差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器選擇時(shí)，除應(yīng)選帶有氣隙的d級(jí)鐵芯互感器外，還應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃箅娏骰ジ衅髯儽?，以降低短路電流倍?shù)，這樣可以有效削弱勵(lì)磁涌流，減少差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流，提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。這對(duì)避免保護(hù)區(qū)外故障，尤其是最嚴(yán)重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作尤為有效。
以上的分析，探討了變壓器差動(dòng)保護(hù)中諸多問題，這些問題往往對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確工作影響很大。不能夠很好的解決這些問題，就會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的性能，甚至造成變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)。