6.3.2 变压器纵差动保护的特点
变压器的纵差动保护同样需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。现对其不平衡电流产生的原因和消除方法分别讨论如下。
1）由变压器励磁涌流ILY所产生的不平衡电流
变压器的励磁电流IL仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2%～10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。
但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。这是因为在稳态工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，如图6.3（a）所示。如果空载合闸时，正好在电压瞬时值u＝0时接通电路，则铁心应该具有磁通－Φm。但是由于铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为＋Φm。这样在经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到2Φm。如果铁心中还有剩余磁通Φs，则总磁通将为2Φm＋Φs，如图6.3（b）所示。此时变压器的铁心严重饱和，励磁电流IL将剧烈增大，如图6.3（c）所示，此电流就称为变压器的励磁涌流ILY，其数值最大可达额定电流的6～8倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量，如图6.3（d）所示。励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁心性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。
图6.3 变压器励磁涌流的产生及变化曲线
如表6.1所示的数据，是对几次励磁涌流试验数据的分析。
表6.1 励磁涌流试验数据举例
由此可见，励磁涌流具有以下特点：
（1）包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴一侧；
（2）包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；
（3）波形之间出现间断，如图6.4所示，在一个周期中间断角为α。
根据以上特点，在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：
（1）采用具有速饱和铁心的差动继电器；
图6.4 励磁涌流的波形
（2）鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；
（3）利用二次谐波制动等。
2）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
由于变压器常常采用Y、d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为30°。此时，如果两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器。为了消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑连接方式后即可把二次电流的相位校正过来。
图6.5（a）所示为Y、d11接线变压器的纵差动保护原理接线图。图中
为星形侧的一次电流
为三角形侧的一次电流，后者超前30°，如图6.5（b）所示。现将星形侧的电流互感器也采用相应的三角形接线，则其副边输出电流为
同相位，如图6.5（c）所示。这样差动回路两侧的电流就是同相位的了。
但当电流互感器采用上述连接方式以后，在互感器接成三角形侧的差动一臂中，电流又增大了
倍。此时为保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中应没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大
倍，以减小二次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件是
式中：nl1和nl2为适应Y、d接线的需要而采用的新变比。
图6.5 Y、d11接线变压器的纵差动保护接线和向量图
（图中电流方向对应于正常工作情况）
3）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流
由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一定的，因此，三者的关系很难满足
的要求，此时差动回路中将有电流流过。当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，通常都是利用它的平衡线圈Wph来消除此电流差的影响。
以双绕组变压器为例，假设在区外故障时I′2＞I″2，如图6.6所示，则差动线圈中将流过电流（I′2－I″2），由它所产生的磁势为Wcd（I′2－I″2）。为了消除这个差动电流的影响，通常都是将平衡线圈Wph接入二次电流较小的一侧，如图所示应接于I″2的回路中。适当地选择Wph的匝数，使磁势WphI″2能完全抵消Wcd（I′2－I″2），则在二次线圈W2里就不会感应电势，因而继电器I中也没有电流，达到了消除电流差影响的目的。由此可见，选择Wph与Wcd的关系应为
图6.6 利用速饱和变流器的平衡线圈消除差电流影响的原理接线图
或
上式表明，由较大的电流I′2在Wcd中所产生的磁势，被较小的电流I″2在（Wcd＋Wp
h）中所产生的磁势所抵消，因此，在铁心中没有磁通，继电器不可能动作。
按上式计算的Wph匝数，一般都不是整数，而实际上Wph只能按整匝数进行选择，因此还会有一些残余的不平衡电流存在，这在整定计算时应该予以考虑。
4）由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算至同一侧）也就不同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。此时应采用电流互感器的同型系数Ktx＝1。
5）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比nB。如果差动保护已按照某一变比调整好（如利用平衡线圈），则当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流，这是因为变压器的分接头经常在改变，而差动保护的电流回路在带电的情况下是不能进行操作的。因此，对由此而产生的不平衡电流，应在纵差动保护的整定值中予以考虑。
总的看来，上述第2）、3）项不平衡电流可以适当地选择电流互感器二次线圈的接法和变比、以及采用平衡线圈的方法，使其降到最小。但第1）、4）、5）各项不平衡电流，实际上是不可能消除的。因此，变压器的纵差动保护必须躲开这些不平衡电流的影响。由于在满足选择性的同时，还要求保证内部故障时有足够的灵敏性，这就是构成变压器纵差动保护的主要困难。
根据上述分析，在稳态情况下，为整定变压器纵差动保护所采用的最大不平衡电流
Ibpmax可由下式确定
式中：10%——电流互感器允许的最大相对误差；
Ktx——电流互感器的同型系数，取为1；
ΔU——由带负荷调压所引起的相对误差，如果电流互感器二次电流在相当于被调节变压器额定抽头的情况下处于平衡时，则ΔU等于电压调整范围的一半；
Δfza——由于所采用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时，所引起的相对误差；
Idmax／nl——保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的数值。
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