繼電保護(hù)講義-變壓器的差動保護(hù)

變壓器的差動保護(hù)變壓器差動保護(hù)能夠保護(hù)變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的短路故障。雙繞組變壓器差動保護(hù)原理接線如圖7-6所示，變壓器差動保護(hù)的原理與輸電線路的差動保護(hù)基本相同，電流互感器采用減極性標(biāo)注，在變壓器的高壓與中壓側(cè)均規(guī)定一次電流流向變壓器為方向，在變壓器的低壓側(cè)規(guī)定一次電流流出變壓器為正方向，變壓器兩側(cè)的電流互感器二次按環(huán)流法連接。變壓器正常運(yùn)行時，流入繼電器差動繞組的電流為零或不平衡電流較小，差動保護(hù)不會動作；內(nèi)部故障時，流入繼電器差動繞組的電流較大，差動保護(hù)可靠動作。由于變壓器兩側(cè)的電流大小不同，電流相位在Y，d接線時也不相同，故必須進(jìn)行相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償，才能使變壓器正常運(yùn)行時，流入繼電器的不平衡電流為零或較小。此外，差動保護(hù)還應(yīng)考慮變壓器勵磁涌流的影響和變壓器外部故障時的不平衡電流。一、相位補(bǔ)償和數(shù)值補(bǔ)償1、相位補(bǔ)償如圖7-6所示，以Y，d11接線的變壓器為例，d側(cè)電流相位超前Y側(cè)電流相位30°。如果兩側(cè)電流互感器采用相同的接線方式，正常運(yùn)行時將有很大的不平衡電流進(jìn)入差動繼電器，為了防止保護(hù)誤動作，動作值應(yīng)躲過它。這樣，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部故障時保護(hù)的靈敏度很低，只有減小不平衡電流，才能降低保護(hù)的動作值，滿足靈敏度的要求，因此變壓器兩側(cè)的電流相位差別必須加以補(bǔ)償。相位補(bǔ)償是利用裝設(shè)在變壓器各側(cè)電流互感器的二次繞組特殊連接方法實(shí)現(xiàn)的，即將裝設(shè)在變壓器三角形側(cè)的電流互感器接成星形，二次電流相位不變，而將裝設(shè)在變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形，二次電流超前移相30°，依此構(gòu)成星形和三角形接線的電流互感器與差動繼電器間的連接，使變壓器正常運(yùn)行和外部短路時各側(cè)電流互感器的二次電流方向相同，減小流入差動保護(hù)的不平衡電流。相位補(bǔ)償使變壓器正常運(yùn)行和外部短路時各側(cè)電流互感器二次側(cè)電流相位相同，但變壓器低壓側(cè)線電流恒大于高壓側(cè)線電流，故變壓器各側(cè)必須采用不同變比的電流互感器才能使二次側(cè)流入繼電器的電流為零，為此，變壓器各側(cè)的電流還應(yīng)進(jìn)行數(shù)值補(bǔ)償。2、數(shù)值補(bǔ)償電流互感器二次側(cè)額定電流一般為5A，即，變壓器三角形側(cè)電流互感器變比變壓器星形側(cè)電流互感器變比式中IN（Y）—變壓器三角形側(cè)額定線電流；IN（△）—變壓器星形側(cè)額定線電流。式（7-6）中，變壓器星形側(cè)電流互感器按三角形接線進(jìn)行相位補(bǔ)償時將差動臂中的電流擴(kuò)大了倍因此，電流互感器變比也應(yīng)擴(kuò)大倍，才能使兩側(cè)電流互感器二次電流相同。按式（7-5）、（7-6）選擇電流互感器的變比，理想狀況下，變壓器各側(cè)的電流差別可以得到完全的數(shù)值補(bǔ)償。但在實(shí)際工作中，電流互感器是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)的，計(jì)算變比和實(shí)際選擇的標(biāo)準(zhǔn)變比不可能完全相同，變壓器兩側(cè)的電流在數(shù)值補(bǔ)償后仍有差別，因此需要在電流互感器的二次側(cè)裝設(shè)自偶變流器或中間變流器進(jìn)行二次數(shù)值補(bǔ)償，如圖7-7所示。同樣，自偶變流器變比的標(biāo)準(zhǔn)化或中間變流器的繞組是整匝調(diào)節(jié)，與計(jì)算值仍然不可能完全相同，因此，差動回路中總存在著不平衡電流。為了不使正常運(yùn)行時的電流互感器處于飽和狀態(tài)，所選取的標(biāo)準(zhǔn)變比應(yīng)接近且大于計(jì)算變比。二、變壓器的勵磁涌流變壓器的勵磁電流只流過電源側(cè)的繞組，在保護(hù)的差動回路中形成不平衡電流。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時，電源側(cè)只流過很小的勵磁電流，為額定電流的3%～5%，外部短路時，由于電壓降低，勵磁電流更小，所以，由此產(chǎn)生的不平衡電流對差動保護(hù)的影響可以忽略不計(jì)。當(dāng)變壓器空載投入電網(wǎng)時或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)過程中，變壓器的電源側(cè)會出現(xiàn)很大的勵磁電流，數(shù)值上可達(dá)額定電流的5～10倍，稱為勵磁涌流，它在差動回路中形成的不平衡電流很大，特點(diǎn)和內(nèi)部故障一樣，常影響差動保護(hù)的正確工作，所以必須分析勵磁涌流產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)，針對性地采取措施來減小勵磁涌流對差動保護(hù)的影響并在整定計(jì)算中躲過。如圖7-8所示，變壓器穩(wěn)定工作狀況下，鐵芯中的磁通應(yīng)滯后外加電壓90°，如在空載且電壓瞬時值為零（U=0）時合閘，鐵芯中的磁通幅值應(yīng)為-Φm，但變壓器是帶鐵芯的電感性元件，鐵芯中的磁通不能突變，合閘時必然產(chǎn)生暫態(tài)過程，出現(xiàn)一個幅值為+Φm的非周期分量磁通與-Φm抵消，使鐵芯中只有剩余磁通Φr，過半個周期后，鐵芯中的綜合磁通達(dá)到最大值ΦΣ=2Φm+Φr，此時變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和，勵磁阻抗下降，勵磁電流極大增加，形成變壓器的勵磁涌流。如合閘瞬時電壓幅值為最大時，磁通從零開始變化，將不會出現(xiàn)勵磁涌流。對于三相電力變壓器而言，某一相電壓為最大值時合閘，該相不會出現(xiàn)勵磁涌流，但其它兩相必然會出現(xiàn)不同程度的勵磁涌流。三相電力變壓器的三個兩項(xiàng)勵磁涌流差，往往有一個幾乎沒有直流分量的周期性電流，其峰值可能達(dá)到另外兩項(xiàng)勵磁涌流差峰值的一半，如圖7-9所示。單相變壓器的勵磁涌流可用圖解法求取。圖7-10（a）畫出變壓器鐵芯的磁化曲線，S點(diǎn)是由飽和磁通φ確定的。從S點(diǎn)作逼近飽和曲線的近似值直線SP，這將非線性的磁化曲線用圖7-10（a）中的近似磁化曲線OSP代替。圖7-10（b）畫出鐵芯中綜合磁通Φ∑的變化曲線，過S點(diǎn)作平行于橫軸的直線，與綜合磁通Φ∑交于a、b兩點(diǎn)，分別由a、b兩點(diǎn)作垂直于橫軸的直線，交橫軸于θ1、θ2。根據(jù)近似磁化曲線OSP，由0到θ1和θ2到2π，勵磁涌流ie為零。通過綜合磁通曲線Φ∑上N點(diǎn)，作平行于橫軸的直線交OSP于x點(diǎn)，通過x點(diǎn)作垂直于橫軸的直線，交橫軸于ix，ix就是磁通Φ∑的勵磁涌流。通過N點(diǎn)作橫軸垂線MT并等于ix，T點(diǎn)即勵磁涌流曲線上的一點(diǎn)，如此逐點(diǎn)求出，然后將各點(diǎn)用平滑曲線連接，得到的就是勵磁涌流波形曲線，如圖7-10（b）所示，可知，勵磁涌流曲線是尖頂波而不是正弦波且偏于時間軸的一側(cè)；勵磁涌流波形不連續(xù)，波形之間有間斷，間斷角θ為θ=θ1+（2π-θ2）=2π+θ1-θ2實(shí)際上，變壓器勵磁回路存在電阻，所以，當(dāng)變壓器空載投入的暫態(tài)過程中，非周期分量磁通與綜合磁通均在衰減，與其對應(yīng)的勵磁涌流也是衰減的，波形如圖7-11所示。勵磁涌流波形間斷的原因是：變壓器空載投入的暫態(tài)過程中，當(dāng)綜合磁通ΦΣ小于飽和磁通時，勵磁涌流ie為零，綜合磁通大于飽和磁通時，出現(xiàn)勵磁涌流ie，所以波形不連續(xù)，存在間斷。另外，還可從諧波分析來判斷變壓器是勵磁涌流還是內(nèi)部短路，勵磁涌流含有大量的高次諧波分量，以二次諧波分量為主，如表7-1。表7-1變壓器內(nèi)部短路電流和勵磁涌流諧波分析結(jié)果諧波分量占基波分量的百分比（%）勵磁涌流短路電流例1例2例3例4飽和不飽和基波1001001001001001002次諧波36315023493次諧波76.99.4103244次諧波96.25.4—975次諧波5———24直流66806273038三相電力變壓器的勵磁涌流中，三個兩項(xiàng)勵磁涌流差的二次諧波分量可能不大，但總有一個兩項(xiàng)勵磁涌流差的二次諧波分量超過20%。根據(jù)上述分析，勵磁涌流具有以下特點(diǎn)：（1）含有很大的非周期分量，波形偏于時間軸的一側(cè)。對于中小型變壓器，勵磁涌流的峰值可達(dá)額定電流的8倍，但衰減迅速，衰減速度決定于變壓器和電網(wǎng)的時間常數(shù)。一般0.5~1s后，其值小于0.25~0.5倍額定電流。對于大型變壓器，勵磁涌流倍數(shù)較小，但時間常數(shù)大，衰減比較緩慢。一般50MVA以上的變壓器，需要幾秒到幾十秒時間才能衰減到峰值的50%。（2）含有大量的高次諧波分量，以二次諧波為主。（3）波形不連續(xù)，相鄰波形有間斷角。根據(jù)以上特點(diǎn)，防止勵磁涌流對變壓器差動保護(hù)影響的針對性措施有：（1）差動繼電器采用加強(qiáng)型的速飽和鐵芯。（2）采用二次諧波制動的方式構(gòu)成差動保護(hù)。（3）采用鑒別電流波形“間斷角”的方法構(gòu)成差動保護(hù)。三、變壓器差動保護(hù)的不平衡電流變壓器差動保護(hù)產(chǎn)生不平衡電流的主要原因是：（1）變壓器各側(cè)電流互感器的型號和特性不同造成的不平衡電流。如變壓器的35KV及以上側(cè)，一般采用裝在油斷路器內(nèi)的電流互感器，而6～10KV側(cè)一般采用獨(dú)立的線圈式電流互感器。由于它們的型號和磁化特性不同，造成了比線路和發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)更大的不平衡電流。最嚴(yán)重的狀況是外部短路時，短路電流使一個電流互感器飽和，而另一個不飽和。按10%誤差曲線選擇的電流互感器，最大不平衡電流不會超過外部最大短路電流的10%。（2）電流互感器、自耦變流器標(biāo)準(zhǔn)化的變比或平衡繞組實(shí)用的匝數(shù)與計(jì)算值不同產(chǎn)生的不平衡電流。（3）變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭時產(chǎn)生的不平衡電流。在電力系統(tǒng)中，變壓器在運(yùn)行中需要根據(jù)系統(tǒng)電壓的要求而自動或手動改變調(diào)壓分接頭，因此，變壓器的變比也隨著改變。而差動保護(hù)中電流互感器的選擇，平衡線圈匝數(shù)的確定，都是根據(jù)額定電壓和額定電流計(jì)算得出的。當(dāng)變壓器分接頭改變時，運(yùn)行中的差動保護(hù)不能隨之調(diào)整，又會產(chǎn)生新的不平衡電流，它在外部短路時達(dá)到最大。變壓器外部短路時差動回路中可能出現(xiàn)的最大不平衡電流為：式中Kss—電流互感器同型系數(shù)，取1；Kup—短路電流非周期分量影響系數(shù)，取1.5～2.0；fi—電流互感器的10%誤差；ΔU—變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭引起的相對誤差；Δf—電流互感器變比，自耦變流器變比或平衡繞組匝數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后與計(jì)算值不同所引起的誤差；Ik.max—變壓器外部相間短路的一次最大短路電流。（4）變壓器空載合閘時勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器差動保護(hù)必須采取各種措施來減小不平衡電流的影響以提高保護(hù)的靈敏度。四、采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)1、BCH-2型差動繼電器BCH-2型差動繼電器由帶短路繞組的速飽和變流器和DL-11/0.2型電流繼電器組合構(gòu)成。變壓器差動保護(hù)采用BCH-2型差動繼電器，能夠較好地躲過不平衡電流的影響，其原理接線如圖7-12所示。（1）、速飽和變流器的工作原理。速飽和變流器采用寬磁滯回線的導(dǎo)磁材料來做成截面積小、易飽和的鐵芯。當(dāng)不平衡電流使鐵芯飽和后，其傳變特性變差，不平衡電流中的非周期分量難以進(jìn)入二次側(cè)的電流繼電器，依此來躲過不平衡電流中非周期分量的影響。變壓器外部短路時，流入速飽和變流器的電流是含有很大非周期分量的不平衡電流，如圖7-13（b）、（c）中曲線2'和2"變化，它偏于時間軸的一側(cè)，使鐵芯嚴(yán)重飽和，磁感應(yīng)強(qiáng)度按局部磁滯回線3'和3"變化。在Δt時間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化為ΔB'和ΔB"，數(shù)值很小，因此速飽和變流器二次繞組N2中的感應(yīng)電勢E=ΔB'/Δt和ΔB"/Δt也很小，所產(chǎn)生的電流不足以使DL-11/0.2型電流繼電器動作。因此，速飽和變流器能有效地躲過非周期分量的影響。變壓器內(nèi)部短路時，流入速飽和變流器的電流正比于短路電流，雖然短路電有一定的非周期分量，但衰減很快，所以速飽和變流器的飽和時間很短，一般在0.03~0.04s的時間內(nèi)，即可把短路電流傳變到繼電器回路。而當(dāng)非周期分量衰減后，速飽和變流器中的電流是接近正弦波的短路電流ik，如圖7-13（a）所示按曲線2變化，鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿著磁滯回線3變化，所以在Δt時間內(nèi)，ΔB變化大，二次側(cè)感應(yīng)電動勢ΔE也大，繼電器線圈中流過的電流足夠大，使繼電器動作切除故障。變壓器空載合閘產(chǎn)生勵磁涌流時，速飽和變流器躲勵磁涌流的能力較差（分析從略），故應(yīng)增加短路繞組，構(gòu)成加強(qiáng)型BCH-2型差動繼電器。（2）BCH-2型差動繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖7-14所示為BCH-2型差動繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖。它由三芯柱型硅鋼片交錯疊成，鐵芯中間柱B的截面比兩側(cè)柱A、C的截面大一倍，B柱上有相同繞向的一個差動繞組Nd和兩個平衡繞組Nbal（未畫出），C柱上繞有與執(zhí)行元件DL-11/0.2型繼電器相連的二次繞組N2，短路繞組的兩部分Nk'和Nk''分別繞在中間柱和左側(cè)柱上，Nk'繞向與Nd相同，Nk''的繞向?yàn)槭蛊洚a(chǎn)生的磁通和Nk'產(chǎn)生的磁通就鐵芯的左側(cè)窗口而言方向一致，應(yīng)與Nk'順向串聯(lián)。除二次繞組N2外，其余各繞組都有一定量的抽頭，可以根據(jù)需要改變其匝數(shù)。速飽和變流器的鐵芯采用短路線圈Nk'和Nk''，可以提高差動保護(hù)躲過非周期分量電流，特別是躲過勵磁涌流的能力。當(dāng)差動線圈Nd中只通過差動電流時，由磁勢在B柱上產(chǎn)生磁通，經(jīng)A、C柱分成和兩部分閉合磁通，分別在短路線圈Nk'和Nk''中感應(yīng)電動勢，并由此產(chǎn)生感應(yīng)電流通過Nk''和Nk'。在C柱中，由磁勢產(chǎn)生磁通；產(chǎn)生磁通，C柱中產(chǎn)生的總工作磁通為由此可見：與方向相反，起去磁作用，與方向相同，起助磁作用。當(dāng)正常運(yùn)行時，BCH-2型差繼電器的鐵芯不會飽和,若忽略磁軛磁阻，B柱截面是A柱或C柱截面的二倍，三柱的磁阻有如下關(guān)系ＲＡ=ＲＣ=２ＲＢ=Ｒ且兩短路線圈的匝數(shù)關(guān)系為Nk''/N'k=２時，則短路線圈在C柱上產(chǎn)生的磁通為和（7-12）可以看出，短路繞組在C柱上的去磁和助磁作用大小相同，方向相反，相互抵消，短路線圈的作用不影響速飽和變流器二次側(cè)電流繼電器的動作安匝，BCH-2型差動繼電器能夠正確工作。當(dāng)外部故障或變壓器空載投入產(chǎn)生勵磁涌流時，流入差動繞組Nd的電流含有大量的非周期分量（直流分量），在其作用下，鐵芯迅速飽和，由于各柱的截面不同，所以飽和程度也不同，A柱的飽和程度比B柱高，因此RA較RB增加的多，即助磁磁通比去磁磁通減少的多，在C柱上的總體效果是去磁的。短路繞組中磁通產(chǎn)生的去磁的作用，使差動繞組Nd的磁通的交流分量削弱，達(dá)不到速飽和變流器二次側(cè)電流繼電器所需的動作安匝。只有在Nd中加入較大的周期分量，才有可能在二次繞組N2中感應(yīng)足夠大的電流，達(dá)到電流繼電器的動作安匝。這種將交流分量的磁通削弱，而使直流分量的磁通突現(xiàn)的作用稱為短路繞組的直流助磁作用。短路繞組的直流助磁作用有效地增強(qiáng)了差動保護(hù)躲過非周期分量和勵磁涌流中高次諧波分量的能力。若保持短路繞組Nk''/Nk'=２的關(guān)系不變，增加Nk''和Nk'的匝數(shù)，將使和的差值加大，C柱上的去磁作用進(jìn)一步加強(qiáng)，可以繼續(xù)提高繼電器躲過各種不平衡電流的能力。若增加短路繞組Nk'的匝數(shù)，使Nk''/Nk'<2時，的去磁作用單獨(dú)加大，需要較大的差動電流才能使電流繼電器動作。如此，更加提高了差動保護(hù)躲過不平衡電流的能力。變壓器差動保護(hù)為躲勵磁涌流而使靈敏度不滿足要求時，可以采用單獨(dú)加大去磁作用的方法。短路繞組匝數(shù)比取值不同，對應(yīng)的繼電器動作安匝如表7-2所示。表7-2短路繞組接入不同匝數(shù)比所對應(yīng)的動作安匝短路繞組整定板上插頭位置A1-A2，B1-B2C1-C2，D1-D2B2-C2A2-B1B2-D1Nk''/Nk'216/166/816/28動作安匝6080100120當(dāng)內(nèi)部故障時，通過差動繞組的短路電流中亦含有非周期分量，只有等非周期分量衰減到一定程度、短路繞組的直流助磁作用減小時，繼電器才能動作，所以繼電器的動作帶有延時。一般情況下，短路繞組應(yīng)保持N''k/N'k=2，即N'k，N''k采用相同標(biāo)號的插孔“A1-A2”，“B1-B2”，“C1-C2”，“D1-D2”，電流繼電器的動作安匝為AN0=60±4安匝，如圖7-15所示。注意：必須在每一段插一個螺絲插頭，否則，短路繞組因開路而失去作用。這樣，內(nèi)部故障繼電器動作時，短路饒組在C柱上的助磁和去磁作用互相抵消，不影響動作安匝，不影響繼電器動作的靈敏度。2、BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)由BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的三繞組變壓器差動保護(hù)單相內(nèi)部原理接線如圖7-16所示。圖中平衡繞組Nbal1、Nbal2分別接于差動回路二次電流較小的兩臂上。用以在電流互感器變比標(biāo)準(zhǔn)化后，進(jìn)行數(shù)值補(bǔ)償。平衡繞組Nbal的作用可以用圖7-17來分析說明。在變壓器正常運(yùn)行時，由于電流互感器變比的標(biāo)準(zhǔn)化，使兩側(cè)互感器二次側(cè)電流不相等，相位補(bǔ)償后，設(shè)I'2>I"2，所以總有不平衡電流流過繼電器的差動繞組Nd。其磁勢產(chǎn)生的磁通將會在繼電器的二次繞組N2中感應(yīng)電流，如其數(shù)值較大，有可能使繼電器的執(zhí)行元件（DL-11/0.2型電流繼電器）誤動作。為了不使二次繞組N2中感應(yīng)電流，必須使兩側(cè)互感器二次電流在差動回路中產(chǎn)生的磁勢互相抵消,達(dá)到平衡，即或因?yàn)镮'2>I"2，所以，，不滿足要求，只有在互感器二次小電流側(cè)增加平衡繞組Nbal，才能滿足磁勢平衡或式（7-16）說明差動回路不平衡電流產(chǎn)生的磁勢被互感器二次小電流側(cè)平衡繞組產(chǎn)生的磁勢抵消，鐵芯中磁通為零，平衡繞組Nbal起到了數(shù)值補(bǔ)償作用。內(nèi)部故障時，平衡繞組Nbal中的磁勢隨其中通過的電流改變方向，與差動繞組Nd的磁勢同向。兩者產(chǎn)生的磁通一起作為工作磁通，在鐵芯的二次繞組N2中感應(yīng)電流，使繼電器執(zhí)行元件可靠動作。由于內(nèi)部故障時平衡繞組的作用，使繼電器的工作磁通增加，因而提高了保護(hù)動作的靈敏度。注意：如平衡繞組Nbal中的電流為零時，不會影響繼電器原有的工作性能。3、BCH-2型差動保護(hù)的整定計(jì)算（1）、基本側(cè)電流的確定計(jì)算變壓器各側(cè)的一次額定電流、選擇電流互感器變比，計(jì)算變壓器各側(cè)額定電流在所選電流互感器變比時的二次電流，以電流大的一側(cè)作為基本側(cè)。按下式計(jì)算變壓器各側(cè)一次額定電流IN=Se/UN（7-17）式中SN、UN—分別為變壓器同一側(cè)的額定容量（kVA）和平均額定電壓（kV）。按下式確定電流互感器計(jì)算變比nTA=KconIN/5式中nTA—電流互感器計(jì)算變比；Kcon—接線系數(shù)，電流互感器星形接線時Kcon=1，三角形接線時Kcon=；5—計(jì)算變比時，電流互感器的二次額定電流，單位為（A）。根據(jù)式（7-18）選擇接近且略大于計(jì)算變比的標(biāo)準(zhǔn)變比nTA.pr。按下式計(jì)各側(cè)電流互感器二次額定電流I2.N=KconKN/nTA式中I2.N—標(biāo)準(zhǔn)變比時，各側(cè)電流互感器的二次額定電流；nTA—實(shí)用電流互感器變比。選擇二次額定電流最大的一側(cè)作為基本側(cè)直接接差動繞組或經(jīng)平衡繞組再接差動繞組。以下計(jì)算都?xì)w算到基本側(cè)。（2）、計(jì)算變壓器各側(cè)外部短路時的最大短路電流（3）、差動保護(hù)繼電器動作電流的確定1）、躲過變壓器的勵磁涌流Iop=KrelIN式中Krel—可靠系數(shù)，取1.3；IN—變壓器的額定電流。2）、躲過外部短路時的最大不平衡電流Iop=KrelIunb.max式中Krel—可靠系數(shù)，取1.3；Iunb.max—最大不平衡電流。對于雙繞組變壓器Iunb.max=（KupKssfi+△U+Δf）Ik.max3）、躲過電流互感器二次回路斷線時的最大負(fù)荷電流Iop=KrelIL.max式中Krel—可靠系數(shù)，取1.3IL.max—正常運(yùn)行時變壓器的最大負(fù)荷電流。當(dāng)不能確定時，采用變壓器額定電流。計(jì)算中，各側(cè)所有的短路電流應(yīng)歸算到基本側(cè)。這樣求出的是基本側(cè)的動作電流的計(jì)算值Iop.ba。選用上述三個條件算得的保護(hù)動作電流的最大值作為繼電器動作電流的計(jì)算值。（4）、基本側(cè)工作繞組匝數(shù)的確定對于雙繞組變壓器基本側(cè)的繼電器動作電流和工作繞組匝數(shù)計(jì)算方法分別為Iop.ba=IOP.ba/nTA.pr和Nw=AN0/Iop.ba=60/Iop.ba。選用：差動繞組Nd與一組平衡繞組Nbal.ba共同組成基本側(cè)的工作繞組Nw。整定匝數(shù)為Nw=Nd+Nbal.ba式中Nw—基本側(cè)的整定工作繞組匝數(shù)，較計(jì)算值Nw小而相近。（5）、非基本側(cè)平衡繞組Nbal匝數(shù)的確定對于雙繞組變壓器，基本側(cè)和非基本側(cè)的磁勢平衡關(guān)系為I2N.ba（Nd+Nbal.ba）=I2N（Nd+Nbal）則非基本側(cè)平衡繞組Nbal計(jì)算匝數(shù)為Nbal=I2N.baNbal.ba／I2N-Nd式中I2N.ba、I2N—基本側(cè)和非基本側(cè)二次額定電流。選用：接近Nbal的整數(shù)，作為非基本側(cè)平衡繞組的實(shí)用匝數(shù)。（6）、校驗(yàn)相對誤差Δf在確定各側(cè)匝數(shù)后，按式（7-27）計(jì)算實(shí)際誤差，若Δf≤0.05，說明估計(jì)值偏高，計(jì)算的動作電流可靠有效；若Δf≥0.05，說明估計(jì)值偏低，動作電流偏小，應(yīng)將實(shí)際的Δf代入式（7-26）或（7-28）重新核算動作電流值。（7）、短路繞組匝數(shù)的確定短路繞組的匝數(shù)取值大，外部短路時，躲過非周期分量的作用強(qiáng)；但內(nèi)部短路時差動保護(hù)的動作時間較長。為了提高保護(hù)的動作速度，短路繞組應(yīng)取較小匝數(shù)。對于中、小型變壓器由于勵磁涌流倍數(shù)大，內(nèi)部短路時非周期分量衰減快，對保護(hù)動作時間要求又較低，一般選取較大匝數(shù)的抽頭，“C1-C2”或“D1-D2”。對于大型變壓器，勵磁涌流倍數(shù)小，非周期分量衰減較慢，又要求動作快，則應(yīng)選取較小匝數(shù)的抽頭，“B1-B2”，或“C1-C2”。合適與否，以變壓器空載試投不誤動為準(zhǔn)。（8）、靈敏度校驗(yàn)按變壓器保護(hù)范圍內(nèi)短路時最小短路電流總的實(shí)用工作安匝來校驗(yàn)：對于雙繞組變壓器Ksen=Ik.minNw安匝／60安匝（Ⅰ側(cè)為基本側(cè)）式中Ik.min—最小運(yùn)行方式下，變壓器出口處兩相短路時，流過繼電器工作繞組Nw的二次電流。它和電流互感器接線、變壓器接線組別及短路方式有關(guān)。最小靈敏系數(shù)不應(yīng)小于2。如果靈敏系數(shù)不滿足要求，且算出的Δf小于初算時的估計(jì)值0.05，而動作電流又是由躲過外部短路時的不平衡電流決定的，則可按滿足靈敏度條件重新選擇動作電流，檢查此動作電流是否能躲過變壓器勵磁涌流及電流互感器二次回路斷線的最大負(fù)荷電流。然后確定各繞組的計(jì)算和實(shí)用匝數(shù)，按式（7-27）算出Δf，再根據(jù)式（7-26）或式（7-28）精確計(jì)算，檢查是否滿足外部短路時選擇性的要求。如不滿足要求，則應(yīng)采用帶制動特性的差動繼電器?！纠恳慌_雙繞組降壓變壓器，容量為15MVA，電壓比為35KV±2×2.5%/6.6KV，Y，d11接線，差動保護(hù)采用BCH-2型繼電器，求BCH-2型繼電器差動保護(hù)的整定值。已知：變壓器6.6KV側(cè)外部短路時最大三相短路電流為9420A，最小三相短路電流為7300A（已歸算到6.6KV側(cè)）；35KV側(cè)電流互感器變比為600/5，6.6側(cè)電流互感器變比為1500/5；可靠系數(shù)Krel=1.3。解：按以下步驟進(jìn)行計(jì)算計(jì)算各側(cè)一次額定電流；確定二次回路額定電流。二次回路額定電流的計(jì)算如表7-3所示表7-3二次回路額定電流計(jì)算額定電壓(KV)356.6額定電壓(KV)356.6變壓器一次額定電流（A）電流互感器變比600/5=1201500/5=300電流互感器接線方式ΔY二次額定電流(A)選擇電流互感器一次電流計(jì)算值（A）1315由于6.6KV側(cè)的二次額定電流大于35KV側(cè)的，因此選擇6.6KV側(cè)為基本側(cè)，即第Ⅰ側(cè)，則35KV側(cè)為第Ⅱ側(cè)。計(jì)算保護(hù)裝置6.6KV側(cè)的一次動作電流躲過變壓器的勵磁涌流Iop=1.3IN=1.3×1315=1713(A)躲過最大不平衡電流因此，一次電流選用2450（A）確定確定繞組接法及匝數(shù)平衡繞組Ⅰ、Ⅱ分別接于6.6KV及35KV側(cè)。計(jì)算基本側(cè)二次動作電流基本側(cè)工作繞組匝數(shù)。選擇實(shí)用工作匝數(shù)Nw.pr=7匝取Nd.pr=6匝，NⅠ.bal.pr=1匝。在實(shí)用匝數(shù)下，6.6KV側(cè)繼電器的動作電流為確定35KV側(cè)平衡繞組匝數(shù)實(shí)用匝數(shù)取NⅡ.bal.pr=3匝。計(jì)算由于實(shí)用匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差Δf因?yàn)棣<0.05，故不需核算動作電流。初步確定短路繞組抽頭：選擇C1-C2。校驗(yàn)靈敏系數(shù)。6.6KV側(cè)最小運(yùn)行方式下兩相短路的最小短路電流為6320（A），折算到35KV側(cè)為），則流入差動繼電器工作繞組的最小電流為而差動繼電器的動作電流為靈敏系數(shù)，滿足要求圖7-18所示為BCH-2型差動繼電器各繞組極性關(guān)系圖五、采用BCH-1型差動繼電器的差動保護(hù)BCH-1型差動繼電器BCH-1型差動繼電器在速飽和鐵芯上采用了制動繞組，因而具有制動特性，其躲過外部短路不平衡電流的性能較好。對于帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器和多電源的三繞組變壓器，一般都采用BCH-1型差動繼電器構(gòu)成差動保護(hù)。采用BCH-1型差動繼電器構(gòu)成變壓器差動保護(hù)的單相原理接線和內(nèi)部接線如圖7-19及圖7-20所示。其速飽和鐵芯的磁路結(jié)構(gòu)和執(zhí)行元件及平衡繞組的接法與BCH-2型差動繼電器完全相同，不同之處是取消了短路繞組，在A、C柱上增加了制動繞組。制動繞組Nres的繞向是使得它與二次繞組N2、差動繞組Nd及平衡繞組Nbal之間無互感，即制動繞組Nres通過電流時產(chǎn)生的磁通不經(jīng)過B柱，只是沿A、C柱和磁軛形成閉合回路。A、C柱上兩個二次繞組N2的連接使其由制動磁通感應(yīng)的電動勢互相抵消，不影響執(zhí)行元件的工作。當(dāng)B柱上的工作繞組Nw中有電流時，在A、C柱二次繞組N2中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相加的，因而在達(dá)到其整定值后，繼電器KA動作。當(dāng)Nres中電流等于零時，為了達(dá)到差動繼電器執(zhí)行元件的動作安匝，需要在Nd中通入的最小電流Iop.0，稱為差動繼電器無制動作用時的動作電流，或叫做執(zhí)行元件的啟動電流。當(dāng)Nres中通入外部短路時的穿越性電流后，將在邊柱A、C和磁軛產(chǎn)生閉合磁通，使鐵芯飽和、磁阻R增大，一、二次回路的傳變關(guān)系惡化，從而外部短路時差動回路產(chǎn)生的不平衡電流難以傳變到二次側(cè)的執(zhí)行元件，有效地躲過不平衡電流的影響?？梢姡琋res中流過的電流對差動回路的電流起制動作用，因此，將流過制動繞組Nres中的穿越性短路電流叫做制動電流，用Ires表示。隨著Ires的增加，鐵芯飽和程度增加，一次電流更難以傳變到二次車，Nd中通入的電流必須增大到Iop，才能達(dá)到執(zhí)行元件的動作安匝，使繼電器動作。Iop隨Ires的增加而增加，其關(guān)系曲線稱為繼電器的制動特性曲線，如圖7-21所示。如果在遠(yuǎn)保護(hù)安裝處發(fā)生外部短路，則Nres中流過的穿越性短路電流較小，鐵芯不會飽和，Ires的制動作用很小，Nd中的動作電流Iop接近于Iop.0，所以，曲線起始部分比較平緩。當(dāng)外部短路近保護(hù)安裝處，Nres中的Ires很大，使鐵芯嚴(yán)重飽和，Iop迅速增加，曲線上翹。而且Nres匝數(shù)愈多，鐵芯愈飽和，Iop增加愈快，曲線上翹愈烈。實(shí)際中制動安匝IresNres不能選擇太大，否則，內(nèi)部短路時的工作安匝不能可靠位于制動曲線的上方而使繼電器拒動。從原點(diǎn)作制動特性曲線的切線，與橫軸夾角為α，其斜率稱為制動系數(shù)，用Kres表示，則Kres=tgα=Iop/Ires為防止繼電器在外部短路時誤動作，所采用的制動系數(shù)Kres應(yīng)使不平衡電流Iunb.max不超過制動情況下的動作電流Iop，即Iop=KresIres＞Iunb.max，引入可靠系數(shù)Krel后，KresIres=KrelIunb.max。最大制動系數(shù)為Kres=KrelIunb.max/Ires為保證內(nèi)部短路時繼電器可靠動作，Kres取值不能太大，一般取Kres=0.5~0.6。繼電器工作特性分析變壓器外部短路時，流過差動繼電器的不平衡電流Iunb隨著短路電流Ik的變化，其曲線1如圖7-22所示。若差動繼電器沒有制動特性，則其動作電流應(yīng)按躲過外部短路時流過繼電器的最大不平衡電流整定，即Iop=KrelIunb.max。如圖7-22通過a點(diǎn)的水平直線2所示，且Iop數(shù)值較大。因此，對于短路電流較小的內(nèi)部故障，靈敏度往往不能滿足要求。若差動繼電器具有制動特性，從圖7-21制動特性曲線簇中選一條經(jīng)過a點(diǎn)的曲線，并且位于直線1的上方，如圖7-22中曲線3?？梢姡谌魏沃档耐獠慷搪冯娏鞯闹苿幼饔孟?，差動繼電器的實(shí)際動作電流均大于相應(yīng)的不平衡電流，繼電器不會誤動作。變壓器內(nèi)部短路時，Nd中短路電流大，Nres中的Ires相對較小，Iop相應(yīng)降低，有效地提高了保護(hù)的靈敏度，參照圖7-22具體分析如下。1）、單側(cè)電源供電的變壓器當(dāng)制動繞組Nres裝設(shè)在變壓器無電源側(cè)，內(nèi)部短路時，短路電流不通過制動繞組，不會產(chǎn)生制動作用。因此，動作電流僅為Iop.0。差動繞組Nd中流過電源側(cè)供給的短路電流，差動保護(hù)能靈敏地動作。當(dāng)制動繞組Nres裝設(shè)在電源側(cè)，則有相同的電流通過Nd和Nres，即Id=Ires，如圖7-22直線4所示，它與制動曲線3相交于c點(diǎn)，c點(diǎn)的動作電流值為Iop.c，在c點(diǎn)以上為動作區(qū)。顯而易見，盡管Nres的這種裝設(shè)方式對保護(hù)不利，但它與無制動特性的差動保護(hù)相比，靈敏度仍然提高了很多。2）、雙側(cè)電源供電的變壓器雙側(cè)電源供電的變壓器內(nèi)部短路時，流過Nd的是兩側(cè)短路電流之和；而流過Nres的只是一側(cè)的短路電流。設(shè)兩側(cè)的短路電流相同，則有Id=2Ires，如圖7-22中直線5。它與制動特性曲線3相交于b點(diǎn)。b點(diǎn)對應(yīng)的動作Iop.b低于c點(diǎn)的Iop.c，顯然，繼電器動作的靈敏度更高。制動繞組接入變壓器的哪一側(cè)應(yīng)視具體情況而定。原則上應(yīng)滿足：外部短路時制動作用最大，保護(hù)可靠不誤動作；內(nèi)部短路時制動作用最小，保護(hù)動作有較高的靈敏度。對于多側(cè)電源、多分支或多繞組變壓器，其差動保護(hù)動作電流值的整定，必須躲過無制動側(cè)外部短路時的最大不平衡電流。因此，保護(hù)動作的靈敏度有可能不滿足要求，可以采用多側(cè)制動的BCH-4型差動保護(hù)。具體分析可參閱有關(guān)資料。BCH-1型差動保護(hù)的整定計(jì)算（1）計(jì)算變壓器各側(cè)一次額定電流，選用電流互感器，確定二次回路額定電流IN方法與BCH-2型相同。二次額定電流大的一側(cè)直接接差動繞組，其它側(cè)接平衡繞組。（2）、無制動情況下一次動作電流的整定因BCH-1型躲勵磁涌流的能力較差，可靠系數(shù)略大，取Krel=1.3~1.5，對于中、小容量變壓器采用Krel=1.4~1.5，大容量變壓器采用Krel=1.3~1.4。其余要求與BCH-2型相同。（3）差動及平衡繞組的確定。與BCH-2型相同。（4）計(jì)算實(shí)用匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不同產(chǎn)生的相對誤差Δf。與BCH-2型相同。（5）制動繞組接法的確定制動繞組一般的接入方式是：a）對于單側(cè)電源供電的雙繞組變壓器，制動繞組接于無電源側(cè)。內(nèi)部短路時保護(hù)無制動、靈敏度高。b）對于雙側(cè)電源供電的雙繞組變壓器，制動繞組接于大電源側(cè)。內(nèi)部短路且僅當(dāng)小電源供電時，保護(hù)有較高的靈敏度；只有大電源供電時，可以提高保護(hù)躲過勵磁涌流的能力。c）對于單側(cè)電源供電的三繞組變壓器，制動繞組接于產(chǎn)生較大穿越性短路電流的一側(cè)。保證外部最大短路時有制動作用。如變壓器勵磁涌流較大，也可接到電源側(cè)來躲過其影響，可通過分析、比較確定。e）對于雙側(cè)電源供電的三繞組變壓器，制動繞組接于無電源側(cè)。可以提高保護(hù)動作的靈敏度。f）對于三側(cè)電源供電的三繞組變壓器，制動繞組接于流過穿越短路電流最大的一側(cè)。保證其它側(cè)流過最大外部短路電流時均有制動作用。g）對于由兩個斷路器與系統(tǒng)相連的變壓器，制動繞組接于流過較大穿越短路電流的分支回路中。h）差動保護(hù)所接的電流互感器超過三組且為多電源時，有時可將兩組互感器并聯(lián)后接制動繞組，以達(dá)到在幾種不平衡電流較大的外部短路時均有制動作用。在可能有幾種接線方式的情況下，應(yīng)通過計(jì)算分析選擇能使保護(hù)動作靈敏度最好的方式。（6）制動系數(shù)的確定為防止保護(hù)在外部短路時誤動作，應(yīng)采用可能最大的制動系數(shù)，按下式計(jì)算Kres=Iw/Ires=Krel（Iun.max/Ires）max=Krel（KfzqKssfiIk.max+△UαIk(α)max+△UβIk(β)max+△fⅠIkⅠmax+△fⅡIkⅡmax）/Ires（7-44）式中Krel—可靠系數(shù)，取1.3Iw—繼電器工作繞組電流；Ires—所計(jì)算的外部短路時流過接制動繞組側(cè)電流互感器的周期分量電流，當(dāng)制動繞組側(cè)有電源、且不是故障側(cè)時，制動繞組側(cè)取最小運(yùn)行方式，其它側(cè)取最大運(yùn)行方式。其它各符號含義與BCH-2型相同。（7）、制動繞組匝數(shù)的確定繼電器的制動特性由于運(yùn)行方式的不同有一定的變化范圍，如圖7-23所示的曲線1為最低的制動特性曲線，曲線2為最高的制動特性曲線。按最不利的曲線1選擇制動繞組匝數(shù)。通過原點(diǎn)作曲線1的切線，其斜率為n=ANw/ANres=Ig（Nd+Nbal）/IopNres（7-45）計(jì)及Kres=Iw/Ires則有n=Kres（Nd+Nbal）/Nres（7-46）制動繞組匝數(shù)計(jì)算為Nres=KresNw/n=Kres（Nd+Nbal）/n（7-47）式中Nw—接制動繞組側(cè)工作繞組實(shí)用匝數(shù)；n—最小標(biāo)準(zhǔn)制動特性曲線經(jīng)過原點(diǎn)的切線斜率，一般n≈0.9。如選擇了繼電器實(shí)有制動曲線，則應(yīng)依此計(jì)算n。當(dāng)n＜0.9時,取Krel=1.4。取與計(jì)算值接近而較大的匝數(shù)作為整定匝數(shù)Nres。對于單側(cè)電源供電的雙繞組變壓器，制動繞組接于無電源側(cè)，內(nèi)部短路時無制動作用，不影響保護(hù)動作的靈敏度，因此制動繞組Nres可任意選定，一般可取最大繞組匝數(shù)14匝。（8）、最小靈敏系數(shù)計(jì)算保護(hù)靈敏度計(jì)算為Ksen=ANw/ANop（7-48）式中ANw—保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時，繼電器的工作安匝；ANop—由制動曲線查出的，當(dāng)有制動安匝ANres時繼電器的動作安匝。繼電器的工作安匝計(jì)算為ANw=IwⅠNwⅠ＋I(xiàn)wⅡNwⅡ＋I(xiàn)wⅢNwⅢ（7-49）式中IwⅠ、IwⅡ、IwⅢ—分別為計(jì)算方式下變壓器內(nèi)部短路時，流過各側(cè)繼電器的工作繞組中的電流，NwⅠ、NwⅡ、NwⅢ—繼電器相應(yīng)各側(cè)的工作繞組匝數(shù)。也可近似計(jì)算為ANw=IwNd（7-50）Iw=KconIk∑min／nTA（7-51）式中Iw—繼電器基本側(cè)工作電流；Kcon—保護(hù)接線系數(shù)，電流互感器按Δ接線時為，按Y接線時為1；Id∑.min—變壓器內(nèi)部短路時，總的最小短路電流有效值（已歸算至基本側(cè)）。制動安匝應(yīng)包括流過制動線圈的二次負(fù)荷電流和二次短路電流所產(chǎn)生的總制動安匝，即ANres=I2.LNres＋I(xiàn)2.dNres（7-52）按以上計(jì)算出的ANw和ANres，可在繼點(diǎn)器制動特性曲線上求得繼電器的動作安匝。如圖7-23所示，由ANw和ANres值，找出相應(yīng)的K點(diǎn)，再由I2.LNres=ANL得出H點(diǎn)，連接KH直線，與最大制動特性曲線2相交于P點(diǎn)，P點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是繼電器的動作安匝ANOP。靈敏系數(shù)為Ksen=KQ/PJ。規(guī)程要求差動保護(hù)最小靈敏系數(shù)為2。（9）、制動安匝超過150時的校驗(yàn)如圖7-23所示，若算出的制動安匝通過150，可能出現(xiàn)以下情況，即上述靈敏度雖可滿足要求，但計(jì)算所得之工作點(diǎn)K很接近曲線2?？紤]到計(jì)算的誤差及實(shí)際應(yīng)留出的余度，則工作點(diǎn)K應(yīng)較特性曲線2稍高出一部分，以保證動作的可靠性（否則，實(shí)際短路時，K點(diǎn)有可能在曲線2之下的非動作區(qū)，而發(fā)生拒動）。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時，可作如下的驗(yàn)算。即自點(diǎn)K作橫坐標(biāo)之垂線交特性曲線2于O點(diǎn)，求出OQ之縱坐標(biāo)，此即AN'OP。計(jì)算靈敏度K'sen=ANg/AN'op。要求K'sen≥1.1~1.5。當(dāng)特性曲線為實(shí)測時，要求K'sen≥1.2~1.25。為了提高保護(hù)的性能，電力變壓器還可采用BCH-4型、整流型和晶體管型構(gòu)成差動保護(hù)。目前廣泛采用微機(jī)型差動繼電器等構(gòu)成變壓器差動保護(hù)，并利用二次諧波制動或利用波形是否存在間斷角或波形對稱原理來鑒別變壓器的勵磁涌流和短路電流。六、二次諧波制動和比率制動的變壓器差動保護(hù)圖7-24所示為LCD-15型差動繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)原理接線圖，主要由二次諧波制動回路、比率制動回路、差動回路、差動速斷保護(hù)四部分以及極化繼電器等組成。二次諧波制動回路可以防止變壓器勵磁涌流引起的差動保護(hù)誤動作；比率制動回路能夠防止變壓器外部短路時，差動回路不平衡電流引起的差動保護(hù)誤動作；差動回路和差動速斷保護(hù)的作用是變壓器內(nèi)部故障時，使保護(hù)動作于變壓器的斷路器跳閘。另外，差動速斷保護(hù)還可以在變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障，很大的短路電流使電流互感器過度飽和，電流的高次諧波分量導(dǎo)致差動繼電器拒動時，迅速動作，快速切除故障。1.比率制動回路比率制動回路是由電抗變換器1、4TL，全波整流橋U1、U4，穩(wěn)壓管VS，電容器C1、C4和極化繼電器KP構(gòu)成具有比率制動特性的差動繼電器，其簡化電路如圖7-25所示。電抗變換器1TL的一次繞組Nd，稱為工作繞組或差動繞組；電抗變換器4TL有兩個相同匝數(shù)的二次繞組Nres.1、Nres.2，稱為制動繞組。工作繞組和制動繞組滿足關(guān)系Nd=2Nres.1=2Nres.2。電容器C1與電抗變換器1TL二次繞組構(gòu)成50Hz串聯(lián)諧振回