變壓器的差動保護是變壓器的主保護，是按循環電流原理裝設的。 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，並在兩接線之間串聯接入電流繼電器。
基本介紹
- 中文名：變壓器的差動保護
- 差動：保護是變壓器的主保護
- 按循：環電流原理裝設
- 則將：同級性端子相連，
保護概述,原理,特點,誤動原因,
保護概述
變壓器的主保護，反應變壓器內部、外部故障，保護動作於開關，將變壓器與系統脫離。但對繞組的少數匝間短路反應不如瓦斯保護。
原理
變壓器的差動保護是變壓器的主保護，是按循環電流原理裝設的。 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，並在兩接線之間串聯接入電流繼電器。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差，也就是說差動繼電器是接在差動迴路的。 從理論上講，正常運行及外部故障時，差動迴路電流為零。實際上由於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，差動迴路中仍有不平衡電流Iumb流過，此時流過繼電器的電流IK為 Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡電流應儘量的小，以確保繼電器不會誤動。 當變壓器內部發生相間短路故障時，在差動迴路中由於I2改變了方向或等於零（無電源側），這時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。 變壓器差動保護的範圍是構成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備、以及連線這些設備的導線。由於差動保護對保護區外故障不會動作，因此差動保護不需要與保護區外相鄰元件保護在動作值和動作時限上相互配合，所以在區內故障時，可以瞬時動作。
特點
變壓器勵磁涌流的存在
變壓器勵磁電流（激磁電流）僅流經變壓器的某一側，因此通過電流互感器反應到差動迴路中將形成不平衡電流。穩態運行時，變壓器的勵磁電流不大，只有額定電流的2-5%。在差動範圍外發生故障時，由於電壓降低，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後電壓恢復的情況下，則可能出現很大的勵磁電流即勵磁涌流。這個現象的存在是由於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，
φ： 變壓器一次側磁通。
由於i1R1相對比較小，在分析瞬態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。
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態時磁通的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。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。由於勵磁電流只在變壓器的一側出現所以在差動繼電器中會產生很大的不平衡電流，此後由於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，迴路阻抗，變壓器的容量和鐵芯的性質有關。對於三相交流變壓器由於三相之間的相差120°,所以任何瞬間合閘至少有兩相出現不同的勵磁涌流。
變壓器各側繞組的接線方式不同
我國規定的五種變壓器標準聯結組中，35kV Y/D-11雙繞組變壓器常被使用。這種聯結方式的變壓器兩側電流相差30°，要想使差動保護不發生誤動作就要設法調整CT二次迴路的接線和變比，使電源側和負荷側的CT二次電流的相差180°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
電流互感器計算變比與實際變比不同
由於變壓器兩側電流互感器都是根據產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。此時差動迴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，從而消除或儘量減小不平衡電流。
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。因此產生在兩臂的電流差就較大，它將影響保護的動作，所以應採用電流互感器的同型係數為1的互感器。
變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中採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，對於已調整好的差動保護裝置將產生較大的不平衡電流。由於變壓器有載調壓是帶負荷連續調節的，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。
誤動原因
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容量變化或新裝保護投入運行時，不可忽略根據差動保護區內短路故障時穿越變壓器的最大短路電流和實測的差動迴路二次負荷，較核保護用CT的10%誤差曲線是否滿足要求。確保CT在10%誤差範圍內。如果不滿足CT的10%誤差曲線要求，由於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，並重新較核CT的10%誤差曲線直到符合要求。
2、差動保護二次電流迴路接地方式不當
差動保護二次電流迴路接地時，各側TA的二次電流迴路必須通過一點接於地網，因為變電站的接地網路之間並非絕對等電位，在不同點之間有一定的電位差。當發生短路故障時，有較大的電流流入地網，各點之間的電位差較大。如果差動保護二次電流迴路接在地網的不同點，它們之間的電位差產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的二次電流迴路應並聯後接到保護裝置的差動電流迴路中，所有電流迴路必須在並聯的公共點處接地。
