【继保原理】第八期：主变纵差保护原理简述（一）
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纵差保护
本期将为大家讲解变压器纵差动保护的相关知识，由于信息量较大，所以本期将分为几小节进行。废话少说，一起看看吧！
构成原理及接线
变压器纵差保护是变压器绕组故障时的主保护，其保护范围是各侧电流互感器之间包围的部分，包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。
1、构成原理
与线路纵差保护不同是的，变压器纵差保护不满足基尔霍夫电流定律，涉及到电磁感应关系的各侧电流，根据磁势平衡原理：
i1W1+i2W2=i0W1
i1和i2以流入变压器为正方向的电流，i0为励磁电流，W1、W2分别为两侧绕组的匝
数。
如果忽略励磁电流i0，则有i1W1+i2W2=0，如果变压器的变比、CT的变比以及星-角接线带来的相位差异都被正确补偿的话（这点很重要，涉及到保护装置的计算原理，也是本节主要内容），则有
i1+i2=0
也就是说，变压器正常与运行时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流，其向量和等于0.
2、原理接线
下面，我们就按照以上的设定，看看变压器正常运行时、内部短路以及外部短路时的情况，其原理接线如图1所示：
图1：变压器纵差保护的接线原理图
如果变压器各侧电流以流入变压器的方向为正，如图1（a)和(c)所示，变压器正常运行和外部短路时，流过变压器的电流为“穿越”电流，即i1+i2=0,纵差保护不动作；如图1（b）所示，变压器内部短路时，i1+i2≠0，纵差保护动作。
装置差流计算补偿
看到这里，如果你感觉变压器差流的原理也不过如此嘛，那么请再耐心看完本篇文章，因为我们的故事才刚开始。（以下内容均建立在二次回路接线正确的基础上）
从上面我们了解了变压器纵差保护的基本原理，现在我们回到开始的设定，来讨论下图中红字的问题。
1、幅值校正
流入纵差保护装置内的电流为CT二次侧电流，受变压器的变比以及各侧CT变比的影响，如果不进行幅值校正的话，会有差流出现，下面我们以一个实例来说明。
首先，假设有一个双绕组Yny接线的变压器：
①高、低压侧一次额定电流分别为
ie高=400A、ie低=800A；
②假设变比n=2,高、低压侧电流应满足i1*n=i2；
③高低压侧的CT变比分别设为
n高=400/5=80，n低=4000/5=800。
那么，当变压器正常运行时，假设高压侧一次电流为i1=400A,则低压侧一次电流则为i2=i1*n=800A,换算至二次值分别为：
i1'=i1/n高=5A
i2'=i2/n低=-1A(方向相反）
i1'+i2'≠0
也就是说，不进行幅值校正的话，即使变压器正常运行，流入保护装置的两侧电流也有差流，为避免以上情况，各厂家的变压器纵差保护装置会进行校正，在某一侧乘以一个修正系数或转换为标幺值（由于篇幅，这里介绍下标幺值的计算方式）
我们再来复习一下标幺值。标幺值是物理量对基准值的相对数值，
标幺值=有名值/基准值
标幺值有什么用？采用标幺值可以简化计算过程。用一个形象的故事来说明吧，刚参加工作的你，在聚会上遇到了同事王哥，你和王哥的酒量是天差地别，每次王哥用大杯倒满，计为1.0杯；而你用小杯子倒满，计为1.0杯，这样你们又在同一个”起跑线“上了。利用标幺值后，大大简化了计算。
正如你和王哥的酒量一样，变压器的高、低压侧电流不是一个基准上，因此无法直接差流计算的，但是如果主变正常运行时，其高、低压侧电流分别以各侧的额定电流为基准值的话，那么它们的标幺值是相同的。
再更进一步，如果我们以各侧二次额定电流为基准值的话，将会消除各侧CT变比不同而造成二次电流不同的影响。不信？我们来算一算，以上文中实例的数据
i1'=i1/n高=5A
i2'=i2/n低=-1A（方向相反）
而高压侧二次电流的额定值为
ie高/n高=400/80=5A
低压侧二次电流的额定值为
ie低/n低=800/800=1A
换算成标幺值：
i1标=i1'/ie高=1
i2标=i2'/ie低=-1
i1标+i2标=0
2、相位校正
针对Y,d接线类的变压器，我们还要进行相位校正，相位差产生的原因可以参考文章【理论杂谈】220kV及以下变压器连接组别简介，本文这里就不赘述了，
以Ynd11变压器为例，低压侧电流的相位超前于高压侧电流30度。也就是说，即使经过幅值校正，还是会产生差流。我们先默认高低压两侧的CT均为星形接线（如果不明白可以先跳过，将在下节讲解）
（1）以Y侧为基准（∆→Y）
图2：∆侧→Y侧电流相量示意图
如图2所示，我们就需要将低压侧电流相位顺时针旋转30度，可以通过以下公式实现(除以√3是为了保证幅值不变，由几何关系可以证明）：
i低A'=（i低A-i低C）/√3
i低B'=（i低B-i低A）/√3
i低C'=（i低C-i低B）/√3
（2）以∆侧为基准（Y→∆）
图3：Y侧→∆侧电流相量示意图
同理，我们只需要把高压侧电流相位逆时针旋转30度，公式如下（有兴趣的同学可以自己证明下）：
i高A'=（i高A-i高B）/√3
i高B'=（i高B-i高C）/√3
i高C'=（i高C-i高A）/√3
无论是以哪侧为基准，其基本思想都相同，不同型号的保护装置的基准侧不同。
3、消除零序分量
如果你耐心地看到了这里，恭喜你，你已经完成三分之二了，再往前迈一步就完成主变差动电流的补偿计算了。
只有对于Yn，d接线的变压器，如图3所示，如果高压侧线路发生接地故障（对于主变差动来说是区外故障），将由零序分量流入主变高压侧CT，而零序分量将在低压绕组内形成环流，无法流出，因此两侧将有差流。
图3：低压侧零序电流产生环流
（1）如果以低压侧电流为基准（Y→∆），高压侧电流在相位转换时已经是两相之差了，即已经减去了零序分量，不需要做任何处理。
（2）如果以高压侧电流为基准（∆→Y），需要对高压侧电流进行处理
i高A'=i高A-(i高A+i高B+i高C)/3
i高B'=i高B-(i高A+i高B+i高C)/3
i高C'=i高C-(i高A+i高B+i高C)/3
(i高A+i高A+i高C)/3即为零序分量，这样在区外发生接地故障后，就不会因零序分量
而产生差流了。
本节内容结束，精彩待续...
编写：胡梦琪
审核：唐文泽
本文完
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