第三篇变压器和母线保护

第十一章 变压器保护

第一节 概述

变压器是电力系统重要的主设备之一。在发电厂通过升压变压器将发电机电压升高，而由输电线路将发电机发出的电能送至电力系统中；在变电站通过降压变压器再将电能送至配电网络，然后分配给各用户。在发电厂或变电站，通过变压器将两个不同电压等级的系统联起来，该变压器称作联络变压器。 一 变压器的基本结构及接线组别

电力变压器主要由铁芯及绕在铁芯上的两个或三个绝缘绕组构成。为增强各绕组之间的绝缘及铁芯、绕组散热的需要，将铁芯及绕组置于装有变压器油的油箱中。然后，通过绝缘套管将变压器各绕组的两端引到变压器壳体之外。

另外，为提高变压器的传输容量，在变压器上加装有专用的散热装置，作为变压器的冷却器。

大型电力变压器均为三相变压器或由三个单相变压器组成的三相变压器。

将变压器同侧的三个绕组按一定的方式连接起来，组成某一接线组别的三相变压器。 双卷电力变压器的接线组别主要有：Y0/Y、YN/△、△/△、及△/△－△。理论分析表明，接线组别为Y0/Y压器，运行时某侧电压波形要发生畸变，从而使变压器的损耗增加，进而使变压器过热。因此，为避免油箱壁局部过热，三相铁芯变压器按Y/Y联接的方式，只适用于容量为1800KVA以下的小容量变压器。而超高压大容量的变压器均采用Y0/△的接线组别。

在超高压电力系统中，Y0/△接线的变压器，呈Y形联接的绕组为高压侧绕组，而呈△形联接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流系统（中性点接地系统），后者接小电流系统（中性点不接地系统）。

在实际运行的变压器中，在Y0/△接线的变压器的接线组别中，以Y0/△-11为最多，Y0/△-1及Y0/△-5的也有。

Y0/△-11接线组别的含意是：（a）变压器高压绕组接成Y型，且中性点接地，而低压侧绕组接成△；（b）低压侧的线电压（相间电压）或线电流分别滞后高压侧对应相线电压或线

00

电流330。330相当于时钟的11点钟，故又称11点接线方式。

同理，Y/△－1及Y/△－5的接线组别，则表示△侧的线电流或线电压分别滞后Y侧对应

00

相线电流或线电压30及150。相当时钟的1点及5点，分别称之为1点接线有5点接线方式。

在电机学中，对变压器各绕组之间相对极性的表示法，通常用减极性表示法。

Y0/△-11、Y0/△-1及Y0/△-5接线组别变压器各绕组接线，相对极性及两侧电流的向量关系，分别如图11-1、图11-2及图11-3所示。

1

A BCA BC******IAIBICIAIBICI'aI'bI'cI'aI'bI'c******IaIbIc a b c IaIbIc a b c （a）接线方式 （b) 接线方式 IAIa-I' cIaIA-I' bI'aI'a30°30°Ic30°Ib°30°3030°I'c-I' cI'b-I' bI'cI'ICIbBIC-I'I aBIc-I' a图9-4Ib (b) 向量图 (b) 向量图 11-1 Y0/△-11变压器绕组接线方式 图11-2 Y0/△-1变压器组接线方式及及两侧电流向量图 两侧电流向量图 IA-I'Ic cIaI'aIA*30°AIa*aIbI30°I30°B*b-I' bI'BIb*bcI'bICIIBC*IcCIc*c-I' a

Ia

（a） 接线方式 （b） 向量图

图11-3 Y0/△-5变压器绕组接线方式及两侧电流向量图

在上述各图中：IA、IB、IC－变压器高压侧三相电流； Ia、Ib、Ic－变压器低压侧三相电流； 2

图 ＊ －各绕组之间的相对极性。

、I分别滞后高压侧、I由图可以看出：Y0/△-11接线的变压器，低压侧三相电流Ibca、I分别滞后高、I、I3300； Y0/△-1接线的变压器低压侧三相电流I、I三相电流IbcABCa、I、I300；Y0/△-5接线的变压器，低压侧三相电流分别滞后高压侧三压侧三相电流IABC、I、I1500。 相电流IABC二 变压器的故障及不正常运行方式

1 变压器的故障

若以故障点的位置对故障分类，变压器的故障，有油箱内的故障和油箱外的故障。 （1）油箱内部的故障

变压器油箱内的故障，主要有各侧的相间短路，大电流系统侧的单相接地短路及同相部分绕组之间的匝间短路。 （2）油箱外的故障

变压器油箱外的故障，系指变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障。主要有相间短路（两相短路及三相短路）故障，大电流侧的接地故障、低压侧的接地故障。 2 变压器的异常运行方式

大型超高压变压器的不正常运行方式主要有：由于系统故障或其他原因引起的过负荷，由于系统电压的升高或频率的降低引起的过激磁，不接地运行变压器中性点电位升高，变压器油箱油位异常，变压器温度过高及冷却器全停等。 三 变压器保护的配置

变压器短路故障时，将产生很大的短路电流。很大的短路电流将使变压器严重过热，烧坏变压器绕组或铁芯。特别是变压器油箱内的短路故障，伴随电弧的短路电流可能引起变压器着火。另外短路电流产生电动力，可能造成变压器本体变形而损坏。

变压器的异常运行也会危及变压器的安全，如果不能及时发现及处理，会造成变压器故障及损坏变压器。

为确保变压器的安全经济运行，当变压器发生短路故障时，应尽快切除变压器；而当变压器出现不正常运行方式时，应尽快发出告警信号及进行相应的处理。为此，对变压器配置整套完善的保护装置是必要的。 1 短路故障的主保护

变压器短路故障的主保护，主要有纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护。另外，根据变压器的容量、电压等级及结构特点，可配置零差保护及分侧差动保护。 2 短路故障的后备保护

目前，电力变压器上采用较多的短路故障后备保护种类主要有：复合电压闭锁过流保护；零序过电流或零序方向过电流保护；负序过电流或负序方向过电流保护；复压闭锁功率方向保护；低阻抗保护等。 3 异常运行保护

变压器异常运行保护主要有：过负荷保护，过激保护，变压器中性点间隙保护，轻瓦斯保护，温度、油位保护及冷却器全停保护等。

3

第二节 故障量经变压器的传递

当变压器某侧系统中发生故障时，变压器非故障侧各相电流的大小、相位及其他特点，除与故障侧故障类型、严重程度有关之外，尚与变压器的接线方式有关。

在变压器保护配置设计及分析保护的动作行为时，必须知道变压器故障时其两侧故障电流的大小及相位关系。

以下介绍故障电流及故障电压经Y0/△-11、Y0/△-1及Y0/△-5接线组别的变压器传递。 一 简化假设

为简化分析及突出故障分量经变压器的传递，作以下几点假设：

1 不考虑变压器的变比，不考虑负荷电流及过渡电阻对短路电流及故障电压的影响。 2 当变压器高压侧故障时，认为故障电流全部由低压侧供给；而变压器低压侧故障时，认

为故障电流全部由变压器高压侧提供。

0

3 故障点在变压器输出端部；忽略有效分量的影响，阻抗角为90。 二 Y/△-11变压器高压侧单相接地短路

1 边界条件及对称分量

设变压器高压侧A相发生金属性接地短路，故障电流为IK。则故障点的边界条件为

I0；II；U0 IBCAKA、I及U、U、U、I，则根据边设A相各序量电流及各序量电压分别为IA1AOA1A2A2AO界条件可求得各序量：

1(IaIa2I)1I IA1ABCK331(Ia2IaI)1I IA2ABCK331(III)1I IA0ABCK33UU0 UA1A2A0在上述各式中：a——旋转因子，aej120 可得：

 „„„„„„„„„„„„„„„（11-1） =I=1I=IIA1AOKA23=-（U+U） „„„„„„„„„„„„„„„（11-2） UA1A2AO1UA1(X2X0)3IK1 UA2X2IA13X2IK „„„„„„„„„„„„„„„（11-3） 1XIUA00A13X0IK0在式（11-3）中：X0——系统对故障点的等效零序电抗；

4

X2——系统对故障点的等效负序电抗。 2 变压器高压侧电压及电流向量图和序量图

为参考向量（置于纵坐标轴上）若以A相的正序电压U，根据式（11-1）～（11-3），A1并考虑到零序电抗X0通常大于负序电抗X2，可绘制出变压器高压侧的电流、电压的序量图及向量图。如图11-4所示。 UA1IC1=IB2UC2UB2IA1=IA0=IA2IA=IKUA2UC1UA0=UB0=UC0UCUBUB1IB1=IC2IA0=IB0=IC0IBIC0 9-7a图（a）电压序量及向量图 （b）电流序量及向量图 图11-4 变压器高压侧A相接地故障点的电压、电流序量图及向量图 由图11-4可以看出，当变压器高压侧单相接地短路时，其他两非故障相的电压不会降低，但两相电压之间的相位差要发生变化。其变化的大小和方向与负序电抗X2及零序电抗I0。 X0的相对大小有关。不计负荷电流影响时IBC3 变压器低压侧电压、电流的序量图和向量图

由于变压器的接线组别为Y/△-11，根据序量经变压器传递原理知：变压器Y侧的正序

0

电压和正序电流向△侧传递时，将逆时针移动30；而负序电压和负序电流向△侧传递时，

0

将顺时针移动30；Y侧的零序电压和零序电流不会出现在变压器△侧的输出端（即△的线电压和线电流中不会出现零序电压及零序电流）。

为参考向量，绘制出的变压根据图11-4及序量经变压器传递原理，并以高压侧的UA1器△侧电压、电流的向量图及序量图如图11-5所示。

（）Ua1Ib2Uc2UaIcUbIc1Ia1IaUb2UcUb1Ic2Ia2Ua2Ib1图9-8a （b） 电流向量及序量图图9-8b（a） 电压向量及序量图 （）图11-5 Y/△-11变压器高压侧A相接地短路时△侧电压、电流序量图和向量图 由图11-5可以看出：当Y/△-11变压器高压侧A相发生单相接地故障时，低压侧故障相的后序相（b相）电流等于零，而电压最高。其他两相（a相和c相）电流大小相等，方向

（） 5

相反。

4 低压侧电压和电流大小的计算 （1） 低压侧电流

IaIcIKcos300 Ib0 。 （2） 低压侧的电压 UbIK(X2X0)X2IK(2X2X0)； 33IK223X23X2X0X0。 3233IK; 3 UaUc三 Y/△-11变压器高压侧B、C两相接地短路 1 边界条件及对称分量

）当变压器高压侧B、C两相接地短路时（设短路电流为I K，可得故障点的边界条件为；U0 =0；U IBCA将该边界条件用对称分量表示，可得

UU UA1A2A0UA ....................................（11-4）

3(II) ....................................（11-5） IA1A2A02 高压侧电压、电流向量图和序量图

参考向量（置于纵坐标上）根据式（11-4）和式（11-5），并以U，则可绘制出故障点A1电压、电流的向量图和序量图。如图11-6所示。

IkCUA=3UA1IC1IC2IC0=IB0=IA0IA2IA1IB2UA1=UA2=UA0UC0UB0U0UBCIB1Z < Z02∑∑UC1UB2UB1UC2

IkB

（a）电压向量图及序量图 （b）电流向量图及序量图

图11-6 Y0/△-11变压器高压侧B、C两相接地短路时高压侧电压、电流向量图和序量图

6

UaIcUa1Ua2Ic1Ic2IaIa1Ia2Ub2Ub1Uc1Uc2Ib2UcIb1

(a) 电压向量图衣序量图（b） 电流向量图及序量图

图11-7 Y/△-11变压器高压侧B、C两相接地短路时低压侧电压、电流向量图和序量图

由图11-6（b）可以看出：Y/△-11变压器高压侧B、C两相发生接地短路时，B、C两

Ib相的电流大小相等，两者之间的相位发生变化，其变化的大小和方向决定于零序电流与负序电流之比。

3 变压器低压侧电压、电流的向量图和序量图

根据图11-6所示的向量图、序量图以及序量经Y/△-11变压器传递原理，并以正序电

为参考向量，可以画出变压器高压侧B、C两相接地短路时，低压侧的电压、电流的压UA1序量图和向量图。如图11-7所示。 4 低压电压和电流大小的计算

由图11-7（a）可以看出，当Y/△-11变压器高压侧B、C两相发生接地短路时，变压

0）器低压侧B相电压等于零（即U，而a、c两相电压大小相等，方向相反，其值为 b UaUc2UA3cos300UA 33EdX0(1)

X2X0XX20X1X2X0由图11-7（b）可以看出，低压侧b相电流最大，其值等于

II Ibb1b2 IaIcEdX0X0 1()2X2X0XXXX2020X1X2X0以上各式中：Ed——电源的等值电势；

X1、X2、X0——分别为系统对故障点的等值正序电抗、负序电抗和

零序电抗。

四 Y/△-1变压器高压侧B、C两相短路

1 边界条件及对称分量

当变压器高压侧B、C两相短路时，设短路电流为I1L，故障点的边界条件为

I；UU 0；I IBCBCA将该边界条件用对称分量表示，则得

7

1(aa2)I3IIA1BK333I  „„„„„„„„„„„„„„（11-6） IA2K30IA00UA0  „„„„„„„„„„„„（11-7） 3IKX2UA1UA2jIA1X2j3在式（11-7）中：X2——对故障点的等值负序电抗。 2 变压器高压侧电压、电流的序量图和向量图

为参考向量，划出变压器高压侧B、C两相短路根据式（11-6）和式（11-7）并以UA1时故障点的电压、电流的序量图和向量图。如图11-8所示。 UAICUaIcUA2UA1IC1IC2Ua2Ua1Ic2Ic1IA2IA1Uc1Uc2Ib1Ia2Ia=IbIa1Ib2UC1UB2UAUB=UC= 2UB1UC2IB1IB2Ub2Ub1￣Ub 9-11b9-11a图图图9-12b 9-12a （b）电流向量图（a）电压向量图 （b）电流向量图 （a）电压向量图 及序量图 及序量图 及序量图 及序量图 图11-8 Y0/△-1变压器高压侧B、C两相短 图11-9 Y0/△-1变压器高压侧B、C两相短

路时故障电压、电流向量图及序量图 路时低压侧电压、电流向量图及序量图 根据图11-8及序量经Y/△-1变压器的传递原理，绘制出的变压器低压侧电压、电流序

（）（）―IB量图及向量图。如图11-9所示。

由图11-9可以看出：Y/△-1变压器高压侧发生B、C两相短路时，低压侧的C相电压等于零，而a相电压和b相电压大小相等，方向相反，其值也有降低。低压侧c相电流最大，

0

而a相电流与b相电流大小相等、方向相同，且与C相电流相电流相位差为180。 4 低压侧电压和电流值的计算 （1）各相电压

由11-9（a）可以得出：

0； Uc23U123U3U Uaa1AA22223U UbA2（2）各相电流

由图11-9（b）可以得出：

（）（）8

Ia3323IK；IbIK；IcIK。 333五 Y/△-5变压器低压侧两相短路

1 边界条件及对称分量

变压器低压侧无电源。在变压器低压侧发生b、c两相短路，设短路电流为IK，则故障点的边界条件为

I；UU =0；I Ibcbca将边界条件用对称分量表示，则得

I3IIa1a2K3UjIXj3IX „„„„„„„„„„„„„„„（11-8） Ua1a2a12K23Ua002 低电压侧电压、电流的序量图和向量图

为参考向量，则根据式（11-8）可划出的故障点电压、电流序量图和向量图，若以Ua1如图11-10所示。 UaIcUa2Ua1Ic1Ic2Ia2Uc1Ub2UaUb=Uc= 2Ia1Ub1Uc2Ib1Ib2 （a）电压序量图和向量图 图9-13a （b）电流序量图和向量图图9-13b图11-10 Y0/△-5变压器低压侧B、C两相短路时其电压、电流序量图及向量图 Ib（）￣UBICIA=IB= 2UB1UB2IA1IB2UC1￣IB1IA2UC2UA1UA2IC2IC1UA图 （a）电压序量图和向量图 （b）电流序量图和向量图 图9-14b图11-11 Y0/△-5变压器低压侧B、C两相短路时高压侧电压、电流序量图及向量图

9-14a（）（）（）IC9 3 变压器高压侧电压、电流的序量图和向量图

根据图11-10及序量经Y0/△-5变压器传递定理，可绘制低压侧b、c两相短路时变压器高压侧电压、电流的序量图和向量图。如图11-11所示。

0，而A相电压与B相电压大小相由图11-11可以看出：变压器高压侧的C相电压Uc等，方向相反；C相电流最大，A相电流与B相电流大小相等、相位相同，而与C相电流相

位相反。

4 高压侧电压和电流的计算 （1）各相电压 UC0 UAUBUa32cos300Ua 22（2）各相电流

C相电流：ICIK

A相电流等于B相电流：IAIBIK

12第三节 变压器纵差保护

一 变压器纵差保护的构成原理及接线

与发电机、电动机及母线差动保护（纵差保护）相同，变压器纵差保护的构成原理也是基于克希荷夫第一定律，即

式中：

I0 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（11-9） I－变压器各侧电流的向量和。

式（11－9）代表的物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流。此时，纵差保护不应动作。

当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。

在以前的模拟式保护中，变压器纵差保护的原理接线如图11-12所示。

10

LH1********JAJBJC*LH2********

图11-12 变压器纵差保护原理接线图

在图11-12中：LH1、LH2－分别为变压器两侧的差动TA；

JA、JB、JC－分别为A、B、C三相的三个分相差动继电器。 可以看出：图11-12为接线组别为Y0/△-11变压器的分相差动保护的原理接线图。该接线图也适用于微机型变压器差动保护。图中相对极性的标号＊采用减极性标示法。

二 实现变压器纵差保护的技术难点

实现发电机、电动机及母线的纵差保护比较容易。这是因为这些主设备在正常工况下或外部故障时其流进电流等于流出电流，能满足

I0的条件。而变压器却不同。变压器在

正常运行、外部故障、变压器空投及外部故障切除后的暂态过程中，其流入电流与流出电流分别相差较大或很大。

为此，要实现变压器的纵差保护，需要解决几个技术难点。 1 变压器两侧电流的大小及相位不同

变压器正常运行时，若不计传输损耗，则流入功率应等于流出功率。但由于两侧的电压不同，其两侧的电流不会相同。

超高压、大容量变压器的接线方式，均采用Y0/△方式。因此，流入变压器电流与流出变压器电流的相位不可能相同。当接线组别为Y0/△-11（或Y0/△-1）时，变压器两侧电流

0

的相位相差30。

流入变压器的电流大小和相位与流出电流大小和相位不同，则

I就不可能等于零或

很小。

2 稳态不平衡电流大

与发电机、电动机及母线的纵差保护相比，即使不考虑正常运行时某种工况下变压器两侧电流大小与相位的不同，在正常运行时，变压器纵差保护两侧的不平衡电流也大。其原因是：

（1）变压器有激磁电流

变压器铁芯中的主磁通是由激磁电流产生的，而激磁电流只流过电源侧，在实现的纵差

11

保护中将产生不平衡电流。

激磁的大小和波形，受磁路饱和、磁滞及涡流的影响，并由变压器铁芯材料及铁芯的几何尺寸决定，一般为变压器额定电流的3%～8%。大型变压器的激磁电流相对较小。 （2）变压器带负荷调压

为满足电力系统及用户对电压质量的要求，在运行中，根据系统的运行方式及负荷工况，要不断改变变压器的分接头。变压器分接头的改变，相当于变压器两侧之间的变比发生了变化，将使两侧之间电流的差值发生了变化，从而增大了其纵差保护中的不平衡电流。

根据运行实际情况，变压器带负荷调压范围一般为±5%。因此，由于带负荷调压，在纵差保护产生的不平衡电流可达5%的变压器额定电流。 （3）两侧差动TA的变比与计算变比不同

变压器两侧差动TA的名牌变比，与实际计算值不同，将在纵差保护产生不平衡电流。另外，两侧TA的型号及变比不一，也将使差动保护中的不平衡电流增大。由于两侧TA变比误差在差动保护中产生的不平衡电流可取6%。 3 暂态不平衡电流大

（1）两侧差动TA型号、变比及二次负载不同

与发电机纵差保护不同，变压器两侧差动TA的变比不同、型号不同；由各侧TA端子箱引至保护盘TA二次电缆的长度相差很大，即各侧差动TA的二次负载相差较大。

差动TA型号及变比不同，其暂态特性就不同；差动TA二次负载不同，二次回路的暂态过程就不同。这样，在外部故障或外部故障切除后的暂态过程中，由于两侧电流中的自由分量相差很大，可能使两侧差动TA二次电流之间的相位发生变化，从而可能在纵差保护中产生很大的不平衡电流。

（2）空投变压器的励磁涌流

空投变压器时产生的励磁涌流的大小，与变压器结构有关，与合闸前变压器铁芯中剩磁的大小及方向有关，与合闸角有关；此外，尚与变压器的容量、距大电源的距离（即变压器与电源之间的联系阻抗）有关。

多次测量表明：空投变压器时的励磁涌流通常为其额定电流的2～6倍，最大可达8倍以上。

由于励磁涌流只由充电侧流入变压器，对变压器纵差保护而言是一很大的不平衡电流。 （3）变压器过激磁

在运行中，由于电源电压的升高或频率的降低，可能使变压器过激磁。变压器过激磁后，其励磁电流大大增加。使变压器纵差保护中的不平衡电流大大增加。 （4）大电流系统侧接地故障时变压器的零序电流

当变压器高压侧（大电流系统侧）发生接地故障时，流入变压器的零序电流因低压侧为小电流系统而不流出变压器。因此，对于变压器纵差保护而言，上述零序电流为一很大的不平衡电流。

三 空投变压器的励磁涌流 1 励磁涌流产生的机理

以单相变压器为例，说明其空投时励磁涌流产生的机理。 忽略变压器及合闸回路电阻的影响，电源电压的波形为正弦波。则空投瞬间变压器铁芯中的磁通与外加电压的关系为

WdUmsm(t)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（11-10）

at式中：W－变压器空投侧绕组的匝数； Φ－铁芯中的磁通；

12

Um－电源电压的幅值； －合闸角；

ω－角速率，当频率为50Hz，ω＝314。 由式（11-10）可得 dUmsm(t)dt„„„„„„„„„„„„„„„„„„（11-11） W式（11-11）为一不定积分方程，求解得 Umcos(t)C„„„„„„„„„„„„„„„„„„（11-12） W式（11-12）中：C－积分常数，由初始条件确定。当t＝0时，则 CUmcoss „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„（11-13） W式中：s－合闸前铁芯中的剩磁通。

将式（11-13）代入（11-12），并考虑到电源回路及变压器绕组的有效电阻及损耗

UUmcos(t)(mcoss)eTmcos(t)(mcoss)eT„„（11-14）

WWtt式是：mUm ； W T－时间常数，与合闸回路的损耗有关。

式（11-14）中的第一项为磁通的强迫分量，而第二项为磁通的自由分量或衰减的分量。 由式（11-14）可以看出，在空投变压器的瞬间，铁芯中的磁通由三部分组成：强迫磁通mcos(t)，剩磁通s及决定于合闸角的磁通mcos。因此，在合闸瞬间变压器铁芯中的综合磁通如图（11-13）所示的曲线。

usrOu2tm

图11-13 空投变压器的变压器铁芯中的磁通变化波形

0

在图（11-13）中：合闸角α＝0，s＝0.9m。

0

可以看出：当初始合闸角等于0、变压器铁芯中的剩余磁通s＝0.9m时，铁芯中的最大磁通达2.9m，从而使变压器铁芯严重饱和，励磁电流猛增，即产生所谓励磁涌流。 2 励磁涌流的特点

在某台变压器空投时拍摄的变压器三相励磁涌流的波形如图（11-14）所示。

13

图11-4 空投变压器的励磁涌流

由图11-14可以看出励磁涌流有以下几个特点：

（1） 偏于时间轴一侧，即涌流中含有很大的直流分量；

0

（2） 波形是间断的，且间断角很大，一般大于150；

（3） 由于波形间断，使其在一个周期内正半波与负半波不对称；

（4） 含有很大的二次谐波分量，若将涌流波形用福里叶级数展开或用谐波分析仪进行测

量分析，绝大多数涌流中二次谐波分量与基波分量的百分比大于30%，有的达80%甚至更大；

（5） 在同一时刻三相涌流之和近似等于零；

（6） 励磁涌流是衰减的，衰减的速度与合闸回路及变压器绕组中的有效电阻及其他有效

损耗有关。

3 影响励磁涌流大小的因素

由式（11-14）可以看出，空投变压器的铁芯中的磁通的大小与m、cos及s有关。而励磁涌流的大小与铁芯中磁通的大小有关。磁通越大，铁芯越饱和，励磁涌流就越大。因此，影响励磁涌流大小的因素主要有： （1）电源电压

变压器合闸后，铁芯中强迫磁通的幅值mUm。因此，电源电压越高，m越大，励W磁涌流越大。 （2）合闸角

当合闸角＝0时，mcos最大，励磁涌流大；而当＝900，mcos等于零，励磁涌流较小； （3）剩磁Bs

合闸之前，变压器铁芯中的剩磁越大，励磁涌流就越大。另外，当剩磁Bs的方向与合闸之后mcos的方向相同时，励磁涌流就大。反之亦反。

此外，励磁涌流的大小，尚与变压器的结构、铁芯材料及设计的工作磁密有关。变压器的容量越小，空投时励磁涌流与其额定电流之比就越大。

测量表明：空投变压器时，变压器与电源之间的阻抗越大，励磁涌流越小。在末端变电站，空投变压器时的励磁涌流可能小于其额定电流的2倍。

四 变压器纵差保护的实现

实现变压器纵差保护，要解决的技术问题主要有：在正常工况下，使差动保护各侧电流的相位相同或相反；在正常工况下，使由变压器各侧TA二次流入差动保护的电流产生的效果相同，即是等效的；空投变压器时不会误动，即差动保护能可靠躲过励磁涌流；大电流侧系统内发生接地故障时保护不会误动；能可靠躲过稳态及暂态不平衡电流。

14

1 差动保护两侧电流的移相方式

呈Y/△接线的变压器，两侧电流的相位不同，若不采取措施，要满足各侧电流的向量

0，和等于零，即I根本不可能。因此，要使正常工况下差动保护各侧的电流向量和为零，

首先应将某一侧差动TA二次电流进行移相。

在变压器纵差动保护中，对某侧电流的移相方式有两类共4种。两类是：通过改变差动TA接线方式移相（即由硬件移相）；由计算机软件移相。4种是：改变某侧差动TA接线方式移相；采用辅TA移相；由软件在差动元件高压侧移相；由软件在差元件低压侧移相。 （1）改变差动TA接线方式进行移相

过去的模拟式变压器纵差保护，大多采用改变高压侧差动TA的接线方式进行移相的。对于微机型保护也可采用这种移相方式。

采用上述移相方式时，需首先知道变压器的接线组别。变压器的接线组别不同，相应的差动TA的接线组别亦不相同。

（I）Y0/△-11变压器差动TA的接线组别

Y0/△-11变压器及纵差保护差动TA接线原理图如图11-12所示。

0

在图11-12中，由于变压器低压侧各相电流分别超前高压侧同名相电流30，因此，低

0

压侧差动TA二次电流（也等于流入差动元件的电流）也超前高压侧同名相电流30。而从高压侧差动TA二次流入各相差动元件的电流（分别为TA二次两相电流之差）滞后变压器同名

00

相电流150。因此，各相差动元件的两侧电流的相位相差180。 （II）Y0/△-5变压器及差动TA的接线组别

Y0/△-5变压器及差动TA的原理接线如图11-15所示。

IaIbLH1*****IcIA*IB*IC*JAJBJC***IaIbLH2****Ic**

图11-15 Y0/△-5变压器及差动TA原理接线图

在图11-15中：

、I、I－变压器高压侧三相一次电流； IABC、I－变压器高压侧TA二次各相输出电流（分别为对应两相电流之差）、I I； bca

15

、I－变压器低压侧TA二次三相电流； 、I Ibca JA、JB、JC－三相差动元件。

由图11-15可以看出：正常工况下，从低压侧差动TA二次流入各相差动元件的电流

、I分别滞后变压器高压侧一次同名相电流I、I、I、I1500；而从高压侧差动TAIbcaABC、I分别超前I与I、I、I、I、I300，故I与I、I二次流入各差动元件的电流IbcbbcaABCaa相位相差1800。 与Ic（III）Y0/△-1变压器及差动TA的接线

Y0/△-1变压器及差动TA的原理接线如图11-16所示。

*IaIA**Ib**Ic*IB*IC*JAJBJC*Ia*Ib*IcLH2******

图11-16 Y0/△-1变压器及差动TA原理接线图

在图11-16中，各符号的物理意义同图11-15。

、I分、I由图11-16可以看出：正常工况下，从低压侧TA二次流入各差动元件的电流Ibca、I、I300；而从高压侧TA二次流入各相差动元别滞后变压器高压侧一次同名相电流IABC、I分别超前同名相电流I与I、I与I相、I、I、I1500，故I与I、I件的电流IbcbbccaABCaa位相差1800。

由以上所述可知，改变变压器高压侧TA接线移相的实质是：对于接线组别分别为Y0/△-11、Y0/△-1及Y0/△-5的变压器，其纵差保护差动TA的接线应分别为△-11/Y、△-1/Y及△-5/Y，从而使正常工况下各相差动元件两侧电流的相位相差1800。

（2）接入辅助TA的移相方式

用辅助TA的电流移相方式，与用改变差动TA接线方式对电流进行移相的方法实质相同。

对于Y0/△接线的变压器，其差动TA的接线为Y/Y，而在保护装置中设置中设置一组辅

16

助TA，接成△形，接入变压器高压侧差动TA二次，对该侧电流进行移相，以达到正常工况下使各相差动元件两侧电流相位相反的目的。

当然，对于不同接线组别的变压器，辅助TA的连接方式不相同。 （3）用软件对高压侧电流移相

运行实践表明：通过改变变压器高压侧差动TA接线方式对电流进行移相的方法，有许多优点，但也有缺点。其主要缺点是：第一次投运的变压器，若某相差动TA的极性接错，分析及处理相对较麻烦。另外，实现差动元件的TA断线闭锁也比较困难。

在微机型保护装置，通过计算软件对变压器纵差保护某侧电流的移相方式已被广泛采用。

对于Y/△接线的变压器，当用计算机软件对某侧电流移相时，差动TA的接线均采用Y/Y。 用计算机软件对变压器高压差动TA二次电流的移相方式，是采用计算差动TA二次两相电流差的方式。分析表明，这种移相方式与采用改变TA接线进行移相的方式是完全等效的。这是因为取Y形接线TA二次两相电流之差与将Y形接线TA改成△形接线后取一相的输出电流是等效的。

应当注意的是：用软件实现移相时，究竟取哪两相TA二次电流之差？这应由变压器的接线组别决定。

当变压器的接线组别为Y0/△-11时，在Y侧流入A、B、C三个差动元件的计算电流，

I、I、I－差动TA二次三相电流）I、II（I、I应分别取I。 bcbcabcaa、-I当变压器的接线组别为Y0/△-1时，在Y侧三个差动元件的计算电流应分别为Ica-I-I；当变压器接线组别为Y0/△-5时，则三个计算电流分别为I-I-I、及I、IIbcbbcbaaI。 Iab（4）用软件在低压侧移相方式

就两侧差动TA的接线方式而言，用软件在低压侧移相方式与用软件在高压侧移相方式相同，差动TA的接线均为Y/Y。

在变压器低压侧，将差动TA二次各相电流移相的角度，也由变压器的接线组别决定。当变压器接线组别为Y/△-11时，则应将低压侧差动TA二次三相电流以次向滞后方向移动0

30；当变压器接线组别为Y/△-1时，则将低压侧差动TA二次三相电流分别向超前方向移

0

动30；而当变压器接线组别为Y/△-5时，则应分别将低压侧差动TA二次三相电流向超前

0

方向移动180。

2 消除零序电流进入差动元件的措施

对于Y0/△接线的变压器，当高压侧线路上发生接地故障时，（对纵差保护而言是区外故障），有零序电流流过高压侧，而由于低压侧绕组为△联接，在变压器的低压侧无零序电流输出。这样，若不采取相应的措施，在变压器高压侧系统中发生接地故障时，纵差保护可能误动而切除变压器。

当变压器高压侧发生接地故障时，为使变压器纵差保护不误动，应对装置采取措施而使零序电流不进入差动元件。

对于差动TA接成△/Y及用软件在高压侧移相的变压器纵差保护，由于从高压侧通入各相差动元件的电流分别为两相电流之差，已将零序电流滤去，故没必要再采取其他措施。

对于用软件在低压侧进行移相的变压器纵差保护，在高压侧流入各相差动元件的电流应分别为

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1(I11Ia3aIbIc)，Ib3(IaIbIc)，Ic3(IaIbIc)

II)为零序电流，故在高压侧系统中发生接地故障时，不会有零序电流进因为1(Iabc3入各相差动元件。

3 差动元件各侧之间的平衡系数

若变压器两侧差动TA二次电流不同，则从两侧流入各相差动元件的电流大小亦不相同，

0。 从而无法满足I在实现变压器纵差保护时，采用“作用等效”的概念。即使两个不相等的电流产生作用（对差动元件）的大小相同。

在电磁型变压器纵差保护装置中（BCH型继电器），采用“安匝数”相同原理；而在模拟式保护装置（晶体管保护及集成电路保护）中，将差动两侧大小不同的两个电流通过变换器（例如KH变换器）变换成两个完全相等的电压。

在微机型变压器保护装置中，引用了一个将两个大小不等的电流折算成作用完全相同电流的折算系数，将该系数称作为平衡系数。

根据变压器的容量，接线组别、各侧电压及各侧差动TA的变比，可以计算出差动两侧之间的平衡系数。

设变压器的容量为Se，接线组别为Y0/△-11两侧的电压分别为UY及U△，两侧差动TA的变比分别为nY及n，若以变压器△侧为基准侧，计算出差动元件两侧之间的平衡系数K。 （I）差动TA接线为△/Y（用改变差动TA接线方式移相）

变压器两侧差动TA二次电流IY及I分别为

IY I3SeSeUYny 3UYnYSe 3Un要使KIyI，则平衡系数 KUYnyI ……………………………………………………（11-15） Iy3Un（II）差动TA接线为Y/Y，由软件在高压侧移相

差动两侧TA二次电流分别为

Se IY、

3UYIyISe3Un

SeS3e

UYnY3UYnY每相差动元件两侧的计算电流 高压侧：两相电流之差Iy低压侧：ISe 3Un故平衡系数 KUYny3Un ……………………………………………………（11-16）

可以看出：式（11-15）与式（11-16）完全相同。

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由上所述，可以得出如下的结论：对于Y0/△接线的变压器，用改变TA接线方式移相及由软件在高压侧移相，差动元件两侧之间的平衡系数完全相同。此外，该平衡系数只与变压器两侧的电压及差动TA的变比有关，而与变压器的容量无关。 （III）差动TA接线为Y/Y、由软件在低压侧移相

平衡系数KUYny ……………………………………………………（11-17） Un表11-1为三卷变压器纵差保护各侧之前平衡系数计算表

表11-1 Y/Y/△变压器纵差保护各侧之间的平衡系数（以低压侧为基准值） 项目名称 TA接线 TA二次电流 各相差动元件的计算电流 对低压侧的平衡系数 各侧系数 高压侧（H） Y Se 3Uhnh中压侧（M） Y Se 3Umnm低压侧（L） Y Se 3ULnLSe UhnhUhnh 3ULnLSe UmnmUmnm 3ULnLSe ULnL1 说明：表中列出的平衡系数是用软件在高压侧移相或用改变TA接线方式移相的条件下计算出来的。Se－变压器的额定容量；Uh、nh－分别为高压侧额定电压及TA的变比；Um、nm－分别为变压器中压侧额定电压及TA的变比；UL、nL－分别为变压器低压侧额定电压及TA变比。 4 躲涌流措施

在变压器纵差保护中，是利用涌流的各种特征量（含有直流分量、波形间断或波形不对称、含有二次谐波分量）作为制动量或进行制动，来躲过空投变压器时的励磁涌流的。 5 躲不平衡电流（暂态不平衡电流及稳态不平衡电流）大的措施

运行实践表明，对变压器纵差保护进行合理地整定计算，适当提高其动作门坎，可以使其有效地躲过不平衡电流大的影响。

五 微机变压器纵差保护 1 构成及逻辑框图

大型超高压变压器的纵差保护，由分相差动元件、涌流比闭锁元件、差动速断元件、过激磁闭锁元件及TA断线信号（或闭锁）元件构成。涌流闭锁方式可采用分相闭锁或采用“或门”闭锁方式。其逻辑框图如图11-17及图11-18所示。

19

IA1IIAnIB1IA2A相差动速断元件A相差动元件B相差动速断元件C相差动速断元件+信号.........IA1IA2IAnIBnIB2B相差动元件+TA断线IC2IC1C相差动元件A相涌流判别B相涌流判别C相涌流判别信号&+出口Cn+

图11-17 “或门”闭锁式变压器纵差保护逻辑框图

A相差动速断元件B相差动速断元件C相差动速断元件+A相差动A相涌流判别&信号.........+&IB1IB2出口B相差动B相涌流判别IBn+TA断线&信号IC1IC2ICnC相差动C相涌流判别&

图11-18 “分相”闭锁式变压器纵差保护逻辑框图

涌流“分相”闭锁方式，是指某相的涌流闭锁元件只对本相的差动元件有闭锁作用，而对其它相无闭锁作用。而涌流“或门”闭锁方式，是指：在三相涌流闭锁元件中，只要有一相满足闭锁条件，立即将三相差动元件全部闭锁。

由图11-14可以看出，变压器空投时，三相励磁涌流是不相同的。各相励磁涌流的波形、幅值及二次谐波的含量不相同。对某些变压器空投录波表明，在某些条件下，三相涌流之中的某一相可能不满足闭锁条件。此时，若采用“或门闭锁的纵差保护，空投变压器时不会误动。而采用“分相”闭锁方式的差动保护，空投变压器时容易误动。

采用“分相”闭锁方式的优点是：如果空投变压器时发生内部故障，保护能迅速而可靠动作并切除变压器；而“或门”闭锁方式的差动保护，则有可能拒动或延缓动作。 2 差动元件的作用原理

目前，在广泛应用的变压器纵差保护装置中，为提高内部故障时的动作灵敏度及可靠躲过外部故障的不平衡电流，均采用具有比率制动特性的差动元件。

不同型号的纵差保护装置，其差动元件的动作特性不相同。差动元件的动作特性曲线，有I段折线式、II段折线式及三段折线式。采用较多的为二段折线式。 （1）动作方程

差动元件动作特性不同，其动作方程有差异。以下，介绍动作特性为I段折线式、II段折线式及III段折线式差动元件的动作方程。

20

（I）I段折线式差动元件

国外生产的变压器纵差保护中，有采用I段折线式动作特性的差动元件的。其动作方程可用下式表示

IdzIdzo ……………………………………………………………（11-18） IdzKzIzd式中：

I（I—分别为差动元件两侧的电流）、I； Idz—差电流，对于两卷变压顺IdzI1221 Idzo—差动元件的启动电流，也叫最小动作电流，或初始动作电流；

Kz－折线的斜率，也叫比率动系数；

,IIzd－制动电流，一般取差动元件各侧电流中的最大者，即Izd＝maxI12，也有采

用IzdII122的。

（II）二段折线式差动元件

在国内，广泛采用的变压器纵差保护，多采用具有二段折线式动作特性的差动元件。其动作方程为

IdzIdzoIdzKz(IzdIzdo)IdzoIzdIzdo ……………………………..（11-19）

IzdIzdo在式（11-19）中：Izdo－拐点电流，即开始出现制动作用的最小制动电流；

其他符号的物理意义同式（11-18）。 （III）三段折线式差动元件

根据用户的要求，微机变压器纵差保护的动作特性可作成三段折线式或多段折线式。三段折丝式差动元件的动作方程为

IdzIdzo IdzKz1(IzdIzdo)IdzoIIK（II）z1zd1zdoK2(IzdIzd1)dzdzoIzdIzdoIzd1IzdIzdo ………..（11-20） IzdIzd1在式（11-20）中：Kz1－第二段折线的斜率； Kz2－第三段折线的斜率； Izd1－第二个拐点电流；

其他符号的物理意义同式（11-19）。 （2）动作特性曲线

根据式（11-18）、式（11-19）及式（11-20），绘制出动作特性分别I段折线式、II段折线式及三段折线式差动元件的动作特性曲线，分别如图11-19、图11-20及图11-21所示。

IdzIdz动作区动Kztg作区IdzoIdzoKztgIzd

IzdoIzd

21

图11-19 动作特性为I段折线式差动元件 图11-20 二段折线式差动元件的 的动作特性曲线 动作特性曲线

Idz区作动IdzoIzdoIzd12Kz2tg21Kz1tg1Izd

图11-21 三段折线式差动元件的动作特性曲线

（3）对三种差动元件动作特性的比较

由图11-19、图11-20及图11-21可以看出，具有比率制动特性差动元件的动作特性，由三个物理量来决定：即由启动电流Idzo，拐点电流Izdo及比率制动系数（特性曲线的斜率Kz1、Kz2）来决定。由于差动元件的动作灵敏度及躲区外故障的能力与其动作特性有关，因此，与Izdo、Idzo及Kz有关。

比较动作特性曲线不同几个差动元件的动作灵敏度，可比较它们的Izdo、Idzo及Kz。可以看出：当启动电流Idzo及比率制动系数相同的情况下，拐点电流Izdo越小，其动作区越小，动作灵敏度就低。即动作特性如图11-19所示的差动元件的动作灵敏度，比其他两个差动元件低，而躲区外故障的能力比其他两个高。

在比较几个差动元件的动作灵敏度及躲区外故障的能力时，只有将上述三个物理量中的两个固定之后才能进行，而当三个物理量均为变量时是无法比较的。在其他两个量固定之后，比率制动系数越小，拐点电流越大，初始动作电流越小，差动元件动作灵敏度越高，但躲区外故障的能力越差。

数十年的运行实践表明，只要对启动电流Idzo、，拐点电流Izdo及比率制动系数进行合理的整定，具有二段折线式动作特性的差动元件，完全能满足动作灵敏度及工作可靠性的要求。 3 涌流闭锁元件

目前，在广泛应用的变压器纵差保护装置中，通常采用励磁涌流的特征量之一作为闭锁元件来实现躲过励磁涌流的。

在电磁型差动继电器中（BCH型继电器），设置速饱和变流，是根据涌流中有直流分量原理躲涌流的。在晶体管保护和集成电路保护装置中，是采用波形间断原理或二次谐波制动原理躲过涌流的。在微机型保护装置中，是采用二次谐波制动或间断角原理或波形对称原理来区分故障电流与励磁涌流的。 （1）二次谐波制动原理

二次谐波制动原理的实质是：利用流过差动元件差电流中的二次谐波电流作为制动量，区分出差流是故障电流还是励磁涌流，实现躲过励磁涌流。

具有在二次谐波制动的差动保护中，采用一个重要的物理量，即二次谐波制动比来衡量二次谐波电流的制动能力。

所谓二次谐波制动比K2z，是指：在通入差动元件的电流（差流）中，含有基波分量和二次谐波分量，其基波分量大于差动元件的动作电流，而差动元件处于临界制动状态，此时，二次谐波分量电流与基波分量电流的百分比，叫做二次谐波制动比。即

22

K2zI2100% …………………………………………….（11-21） I1式中：K2z－二次谐波制动比； I1－基波电流；

I2－二次谐波电流。

由二次谐波制动比定义的边界条件及式（11-21）可以看出，二次谐波制动比越大，与基波电流相比，单位二次谐波电流产生的作用相对越小；而二次谐波制动比越小，单位二次谐波电流产生的制动作用相对越大。

因此，在对具有二次谐波制动的差动保护进行定值整定时，二次谐波制动比整定值越大，该保护躲过励磁涌流的能力越弱；反之，二次谐波制动比整定值越小，保护躲励磁涌流的能力越强。

（2）间断角原理

变压器内部故障时，故障电流波形无间断；而变压器空投时，励磁涌流的波形是间断的，具有很大的间断角（一般大于1500）。按间断角原理构成的差动保护，是根据差电流波形是否有间断及间断角的大小来区分故障电流与励磁涌流的。 （I）关于间断角

说明间断角原理的波形图如图11-22所示。

idIzd间t

图11-22 间断角原理图

在图11-22中：Izd－制动电流（直流），其中包括直流门坎值折算成的制动电流量； id－流过差动元件的差流（将负半波反向之后）； 间－间断角。

由图可以看出，间断角的物理意义是：在差流的半个周期内，差动量小于制动量的角度。 （II）差动元件的闭锁角

闭锁角B，是按间断角原理构成的变压器纵差保护的一个重要物理量，用它来判断差动元件中的差流是故障电流还是励磁涌流引起的。

当测量出的间断角间，满足 间＞B

时，则判断差流为励磁涌流，将保护闭锁。此时，即是IdzIdzo，保护也不会动作。

当测量出的间断角，满足 间＜B

时，则认为差动元件中的差流为故障电流。当故障电流IdzIdzo时，差动保护动作，切除变压器。

（III）保护工况分析

23

变压器正常运行时差流很小，图11-22中的id很小，而Izd较大，Izd直线将在id项点的上方。此时，间断角间3600，且IdzIdzo，保护可靠不动作。

变压器空投时，产生很大的励磁涌流。设励磁涌流的波形如图11-23中的id所示。

IdiIzd间t

图11-23 空投变压器时的差流和制动电流波形

由图11-23可以看出：尽管差流id波型幅值很大（能满足IdzIdzo），但由于间断角间很大（大于闭锁角B），差动保护将被可靠闭锁。

当变压器内部故障时，流入差动元件的差流很大且无间断。设故障电流波形如图11-24中的id所示。

IidIzd间t

图11-24 变压器内部故障时差流和制动电流波形

由图11-24可以看出，间很小（间＜B）。又由于差流幅值很大，能满足IdzIdzo，故差动保护动作，作用于切除变压器。 （IV）B定值的影响

当差动元件的启动电流Idzo为定值时，整定的闭锁角B越小，则要求在半个周期内差流大于制动电流的角度越大，即交流制动系数越大。空投变压器时，差动元件越不容易误动。反之，闭锁角B整定值越大，躲励磁涌流的能力越小。

（3）波形对称原理

在微机型变压器纵差保护中，采用波形对称算法，将励磁涌流同变压器故障电流区分开来。其计算方法如下：

首先将流入差动元件的差流进行微分，滤去电流中的直流分量，使电流波形不偏移横坐标轴（即时间轴）的一侧，然后比较每个周期内差电流的前半波与后半波的量值。

设Ij表示差流微分后波形上前半周某一点的值，Ij1800表示差流波形微分后波形上与Ij点相差1800点的值，K为比率常数，则当若满足

IjIj1800K ………………………………………………（11-22）

IjIj1800则认为波形是对称的，否则认为波形不对称。

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在式（11-22）中，K又称不对称系数，通常等于1/2。

变压器内部故障时，Ij值与Ij1800值大小基本相等、相位基本相反，则Ij与Ij1800大小相等方向相反，Ij+Ij18000，Ij-Ij18002Ij。此时，K0。差动保护动作。

励磁涌流的波形具有很大的间断角，Ij值与Ij1800值相差很大，相位也不会相差1800，因此，Ij+Ij1800可能较Ij-Ij1800还大，K值将大于1/2。差动保护被闭锁。

（4）磁制动原理

磁制动涌流闭锁原理，是利用计算变压器的磁通特性来区分励磁涌流与故障电流的。 忽略不计变压器绕组电阻及铁芯的有效损耗，带电后变压器的T型等值网路如图11-25所示。

L1i1i21uiMMu2

图11-25 变压器的等值网路

在图11-25中：L1、L2－分别为变压器原边与付边的漏感； M－变压器激磁电感；

i1、i2－变压器两侧的电流；

1、u2－变压器两侧的电压； u iM－变压器的激磁电流，iM＝i1－i2。 由图11-25可得到变压器的电势的简化方程

1Mdim ……………………………………………（11-23） Ldi U11dtdt由于L1是漏磁通产生的，其值很小，故可将式（11-23）简化为 U1Mdim ……………………………………………（11-24） dt激磁电感M的大小与变压器铁芯激磁特性有关，当变压器工作磁密变化时（沿磁化曲线变化），M值也随之变化。因此，M值能反映铁芯中的磁密在磁化曲线上的部位。当工作在磁化曲线上的饱和位置时，M值大大降低，从而出现励磁涌流。

在微机型变压器差动保护装置中，可用检测激磁电感M的变化来区分励磁涌流和故障电流。

由式（11-24）可得 M＝U1di。再进一步简化得

dtm MnUn ……………………………………………（11-25）

im(n1)im(n1)在式（11-25）中：Un－n时刻的外加电压值； im(n1)－（n+1)时刻的激磁电流；

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im(n1)－（n-1)时刻的激磁电流； Mn－n时刻的激磁电感。

在保护装置中，结合对差流波形的计算，计算电流上升沿开始几个点的M值。当 MnMnmK …………………………………………（11-26） 时，判断为励磁涌流，否则判为故障电流。

式（11-26）中：Mn－上升沿第n个采样点激磁电感；

Mnm－上升沿第n+m个采样点的激磁电感；

K－常数。 4 过激磁闭锁元件

运行中的变压器，当由于某种原因造成过激磁时，可能导致纵差保护误动。

对于超高压大型变压器，为防止过激磁运行时纵差保护误动，设置过激磁闭锁元件。当变压器过激磁时，将纵差保护闭锁。

变压器过激磁时，激磁电流中的5次谐波分量大大增加。变压器纵差保护的过激磁闭锁元件，实际上是采用5次谐波电流制动元件。即当差流中的5次谐波分量大于某一值时，将差动保护闭锁。

在变压器纵差保护中，采用5次谐波制动比这个物理量K5z，来衡量5次谐波电流的制动能力。

所谓5次谐波制动比，是指：差流中有基波电流及5次谐波电流，其中基波电流大于差动元件的动作电流，而差动元件处于临界制动状态。此时，5次谐波电流与基波电流的百分比

K5zI5100% …………………………………………（11-27） I1叫5次谐波制动比。

式（11-27）中：I5－5次谐波电流； I1－基波电流。

与二次谐波制动比类似，5次谐波制动比越大，单位5次谐波电流产生的制动作用越小，差动保护躲过激磁的能力越差；反之，5次谐波制动比越小，单位5次谐波电流产生的制动作用越大，差动保护躲变压器过激磁的能力越强。 5 差动速断元件

差动速断元件，实际上是纵差保护的高定值差动元件。 前已述及，对变压器纵差保护设置的涌流闭锁元件，主要是根据励磁涌流的特征量之一：“波形畸变”或“谐波分量”大实现的。

当变压器内部严重故障TA饱和时，TA二次电流的波形将发生严重畸变，其中含有大量的谐波分量，从而使涌流判别元件误判断成励磁涌流，致使差动保护拒动或延缓动作，严重损坏变压器。

为克服纵差保护的上述缺点，设置差动速断元件。

差动速断元件反映的是差流。与差动元件不同的是：它反映的是差流的有效值。不管差流的波形如何及含有谐波分量的大小，只要差流的有效值超过了整定值，它将迅速动作而切除变压器。

五 整定原则及对定值的建议

对变压器纵差保护的整定，就是要确定与差动元件、涌充判别元件、差动速断元件及过激磁闭锁元件动作特性有关的几个物理量的值。

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1 差动元件

决定差动元件动作灵敏度及工作可靠性的三要素是：启动电流Idzo、拐点电流Izdo及比率制动系数Kz。因此，对差动元件的整定，就是确定三要素的大小。 （1）启动电流Idzo

对启动电流Idzo的整定原则是：可靠地躲过正常工况下最大的不平衡差流。 变压器正常运行时，在差动元件中产生不平衡差流的原因有：两侧TA变比的误差、带负荷调压、变压器的激磁电流及通道的传输调整误差等。

启动电流Idzo可按下式计算

IdzoKHK1K2K3K4Ie……………………………………………（11－28）

式中：

Ie—变压器的额定电流（二次值）； KH—可靠系数，取1.5～2；

K1—电流互感器TA的比误差。对于10P型TA，取0.03×2（三卷变压器时，最大为0.09）；对于5P型TA，取0.01×2；

K2—变压器改变分接头或带负荷调压造成的误差，取0.05； K3—其它误差（变压器的激磁电流等引起的误差），取0.05； K4—通道变换及调试误差，取0.05×2＝0.1。

将以上各值代入式（11-28）可得：Idzo0.39~0.52Ie 。 通常取Idzo0.4~0.5Ie

多年的运行实践证明：当变压器两侧流入差动保护装置的电流值相差不大（即为同一个数量级）时，Idzo可取0.4Ie。而当差动两侧电流值相差很大（相差10倍以上）时，Idzo取0.5Ie是合理的。

⑵ 拐点电流Izdo 运行实践表明：在系统故障被切除后的暂态过程中，虽然变压器的负荷电流不超过其额定电流，但是由于差动元件两侧TA的暂态特性不一致，使其二次电流之间相位发生偏移，可能在差动回路中产生较大的差流，致使差动保护误动作。

为躲过区外故障被切除后的暂态过程对变压器差动保护的影响，应使保护的制动作用提早产生。因此，Izdo取0.6～0.8Ie是合理的。 ⑶ 比率制动系数Kz

比率制动系数Kz的整定原则，按躲过变压器出口三相短路时产生的最大不平衡差流来整定。

变压器出口区外故障时的最大不平衡电流为：

IHemaxK1K2K3K4K5Ikmax………………………………………（11－29）

式中：

K2～K4意义同式（11-28）而K1取0.1；

K5—标征两侧TA暂态特性不一致造成不平衡电流的系数，取0.1；

。 Ikmax－出口三相短路时最大短路电流（TA二次值）代入上式得：

故IHemax0.4Ikmax

忽略拐点电流不计，计算得特性曲线的斜率K≈0.4。 实取比率制动系数Kz＝（1.1～1.3）K＝0.48～0.52

长期运行的实践表明：比率制动系数取0.4～0.5是合理的。 1 励磁涌流判别元件的整定

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⑴ 二次谐波制动比的整定

具有二次谐波制动的差动保护的二次谐波制动比，是表征单位二次谐波电流制动作用大小的一个物理量。二次谐波制动比越大，则保护的谐波制动作用越弱，反之亦反。

具有二次谐波制动的差动保护二次谐波制动比，通常整定为15％～20％。但是，在具体整定时应根据变压器的容量、主接线及系统负荷情况而定。

（Ⅰ）对于大容量的发电机变压器组，且在发电机与变压器之间没有断路器时，由于变压器

的容量大且空投的可能性较小，二次谐波制动比可取较大值。例如18％～20％。 （II）对于容量较大的变压器，由于空充电时的励磁涌流倍数较小，二次谐波制动比可取

16％～18％。

（III）对于容量较小且空投次数可能较多的变压器，二次谐波制动比应取较小值。即取

15％～16％。

（IV）对处于冶炼及电气机车负荷所占比重大的系统而自身容量小的变压器，在其他容量

较大的变压器空充电时，穿越性励磁涌流可能致使其差动保护误动。因此，除应将变压器的二次谐波制动方式改成“或门”（即一相制动三相）之外，二次谐波制动比还应取较小值。例如14％～15％（或12％～13％）。 ⑵ 闭锁角的整定

与二次谐波制动比相似，按间断角原理构成的变压器差动保护，其闭锁角是衡量该差动保护躲励磁涌流能力的一个物理量。闭锁角整定值越大，该差动保护躲励磁涌流的能力越差。反之亦反。

同样，闭锁角整定值的确定应考虑变压器的容量、主接线及系统负荷情况。

（Ⅰ）对于大容量发电机变压器组，当在发电机与变压器之间没有断路器时，闭锁角应整定为较大值，可取70°。

（Ⅱ）对于降压变电站中的大型变压器，闭锁角可整定为65°。 （Ⅲ）对于容量较小的变压器，或系统容量小而处于冶炼或电气机车负荷所占比重大的系统中的大型变压器，闭锁角可整定为60°。 3 差动速断元件的整定

变压器差动速断元件是纵差保护的辅助保护。由于变压器差动保护中设置有涌流判别元件，因此，其受电流波形畸变及电流中谐波的影响很大。当区内故障电流很大时，差动TA可能饱和，从而使差流中含有大量的谐波分量，并使差流波形发生畸变，可能导致差动保护拒动或延缓动作。差动速断元件只反应差流的有效值，不受差流中的谐波及波形畸变的影响。

差动速断元件的整定值应按躲过变压器励磁涌流来确定。通常，

（11－30） IdzKIe……………………………………………………………………………

式中：

Idz— 差动速断元件的动作电流； K— 一个正值系数；一般取4～8；

Ie— 变压器的额定电流（差动TA二次值）。

由式（11-30）可以看出：差动速断元件的动作值决定于系数K，而K的整定应根据具体情况而定。K的大小与变压器容量、主接线及与无穷大系统（母线）之间联系电抗的大小有关：

（Ⅰ）对于在发电机与变压器之间无开关的大型变压器发电机组，K值可取3～4； （Ⅱ）对于大型发电厂的中、小型变压器（例如有空投可能性的厂高变及启备变），K值可取8～10；

（Ⅲ）对于经长线路与系统联接的降压变电站中的中、大型变压器，K值可取4～6。

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（4）过激磁闭锁元件

对过激磁闭锁元件的整定，就是确定5次谐波制动比K5z的值。

应当指出，采用5次谐波电流作制动量防止变压器过激磁时差动保护误动措施的正确性值得探讨。对有过激磁闭锁元件的纵差保护，5次谐波制动比通常为

K5z＝0.3。 六 提高可靠性措施

运行实践及统计表明，在变压器纵差保护不正确动作的类型中，因整定值不妥及TA二次回路不良估的比率很大。因此，为提高保护的可靠性，除了必须保证保护装置高质量之外，还必须对其各元件整定值进行合理的整定及确保其二次回路的正确性、良好性。 1 多发生的不正确动作类型

统计表明，经常发生的差动保护不正确动作的类型有：正常运行时（系统无故障及无冲击）的误动，区外故障时误动、系统短路故障被切除时误动。 2 不正确动作原因分析

（1）变压器正常运行时差动保护误动

分析及统计表明，正常运行时差动保护误动的主要原因有：（A）由于TA二次回路中接线端子螺丝松动，而使回路连线接触不良或短时开路；（B）TA二次回路中一相接触不良，在接触不良点产生电弧进而造成单相接地或两相之间短路（指TA二次回路短路）；（C）TA二次电缆芯线（相线）外层绝缘破坏或损伤，在运行中由于振动等原因造成接地短路；（D）差动TA二次回路多点接地，其中一个接地点在保护装置盘上，其他接地点在变电站端子箱内，两个接地点之间的地电位相差太大，或由于试验等原因，在差动元件中产生差流使其误动。在雷雨天易发生。

（2）区外故障切除时的误动

区外故障被切除时，流过变压器的电流突然减小到额定负荷电流之下。在此暂态过程中，由于电流中自由分量的存在，使两侧差动TA二次电流之间的相位短时（40~60ms）发生了变化，在差动元件中产生差流。两侧差动TA的暂态特性相差越大，差流值越大，且持续 时间越长。又由于流过变压器的电流较小，差动元件的制动电流较小；当差动元件拐点电流整定得过大时，差动元件处于无制动状态。此时，若初始动作电流定值偏小，保护容易误动。 （3）区外故障时的误动

区外故障差动保护误动的情况有两种，一种是近区故障（故障点距变压器近）而故障电流很大；另一种是远区故障而故障电流很小（比变压器额定电流大不多）。

前一种故障时保护误动的原因，多因一侧的TA饱和，在差动元件中产生的差流特别大；后一种故障时保护误动的原因，多是两侧差动TA暂态特性相差大及差动元件定值整定有误（拐点电流过大、启动电流过小等）所致。 3 提高可靠性措施

为提高纵差保护的动作可靠性，应作好以下工作： （1）严防TA二次回路接触不良或开路

在保护装置安装并调试之后，或变压器大修后投运之前，应仔细检查TA二次回路，拧紧二次回路中各接线端子的螺丝，且螺丝上应有弹簧垫或防震片。 （2）严格执行反措要求

所有差动TA二次回路只能有一个公共接地点；且该接地点应在保护盘上。 （3）确保差动TA二次电缆各芯线之间及各芯线对地的绝缘

应结合主设备检修，定期检查差动TA二次电缆各芯线对地及各芯线之间的绝缘；用1000V摇表测量时，各绝缘电阻应不小于5MΩ。

另外，在配线过程中，不要损坏电缆芯线外层的绝缘，接端子线的裸体外露部分尽量要

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短，以免因振动等原因而造成接地或相间短路。 （4）纵差保护用TA的选择

在选择变压器纵差保护TA时，一定要保证各组TA的容量及精度等级。优先采用暂态特性好的TP级TA。

另外，选择二次电缆时，差动TA二次回路电缆芯线的截面应够。对于长电缆，其芯线截面应不小于4mm2（铜线）。 （5）合理的整定值

在对变压器纵差保护各元件的定值进行整定时，应根据变压器的容量、结构、在系统中的位置及系统的特点，合理而灵活地选择定值，以确保保护的动作灵敏度及可靠性。

运行实践表明：过份追求差动保护的动作灵敏度及动作的快速性，是误区的一种。

第四节 其他差动保护

根据变压器的类型、容量、电压等级及其他特点，除应装设反应变压器内部故障的纵差保护之外，还可装只反映某一侧故障的分侧差动保护及反应大电流系统侧内部故障的零序差动保护。

一 分侧差动保护 1 构成接线及特点

分侧差动保护是将变压器的各侧绕组分别作为被保护对象，在各侧绕组的两端设置电流互感器而实现差动保护。实际上，分侧差动保护多用于超高压大型变压器的高压侧，其原理接线如图11-26所示。

AB*C*LH1***JAJCJBLH2******

图11-26 变压器高压侧分侧差动原理接线图

在图11-26中：LH1、LH2－差动两侧TA； JA、JB、JC－差动继电器。

由图11-26可以看出：分侧差动保护的原理接线图与发电机纵差保护的原理接线图完全相同。

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该保护的优点是：它不受变压器激磁电流、励磁涌流、带负荷调压及过激磁的影响。差动两侧的TA可取同型号及同变比的。因此，其动作电流可以适当降低。与变压器纵差保护相比，其动作灵敏度高、构成简单（不需要涌流闭锁元件及差动速断元件）。

另外，在保护的构成上，由于不需要滤去零序电流，故反映接地故障的灵敏度比纵差保护要高。

其缺点是，由于只差接变压一侧的绕组，故对变压器同相绕组的匝间短路无保护作用。另外，保护范围比纵差小。

在三卷自耦变压器上，可实现将高压侧、中压侧绕组作为保护对象的高、中压侧分相差动保护。此时，分别在高压输出端、中压输出端及中性点侧设置TA。以一相差动为例，其原理接线如图11-27所示。

三卷自耦变压器高、中压侧差动保护的优缺点与高压侧差动保护相同。

AB..bLH3CLH1LH2a..c..JC

图11-27 三卷自耦变压器高、中压侧差动保护原理接线图（以C相差动为例）

2 逻辑框图

以图11-26所示的分侧差动保护为例，其构成逻辑框图如图11-28所示。

IAI信号A相差动B相差动C相差动TA断线信号AnIBIBnICICn+出口

图11-28 变压器分侧差动保护逻辑框图

、I、I－分别为变压器输出端差动TA二次A、B、C三相电流；在图11-28中：I ABC、I、I－分别为变压器中性点差动TA二次A、 IB、C三相电流。 AnBnCn由图11-28可以看出，它与发电机纵差保护的逻辑框图相似。但是，装于大电流系统侧

的分侧差动保护，不能采用循环闭锁。在三相差动元件中，只要有一相动作，便立即作用于切除变压器。

3 差动元件的动作方程及动作特性

变压器分侧差动元件的动作特性与纵差元件的动作特性相似。不同的是整定值。以动作特性为二段折线式的差动元件为例，其动作方程为

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IdzIdzoIdzIdzoKz(IzdIzdo)IzdIzdo…………………………………（11-31）

IzdIzdo在式（11-31）中：Idz－差流，IdzIA(B,C)IA(B,C)n；

 Izd－制动电流，IzdI A(B,C)IA(B,C)n，或IzdmaxIA(B,C),IA(B,C)n；

 Idzo－启动电流；

Izd－拐点电流； o IA(B,C)－出线侧TA二次A相（或B相或C相）电流； max－取最大值；

IA(B,C)n－中线点侧TA二次A相（或B相或C相）电流。 根据式（11-31）绘制出的差动元件的动作特性如图11-29所示。

Idz区作IdzoKztg

图11-29 分侧差动元件的动作特性曲线

在图11-29中：各符号的物理意义同式（11-31）。 4 整定原则及定值建议 （1）启动电流Idzo

分侧差动元件的动作电流可按下式计算

IdzoKH(K1K2)Ie ………………………………………………（11-32） 式中：

KH－可靠系数，取1.2~1.5；

K1－两侧TA变比误差，5P级TA，取0.01×2，10P级TA，取0.03×2； Ie－变压器该侧的额定电流，TA二次值； K2－通道调整及传输误差，取0.05×2＝0.1。

IzdoIzd将各系数值代入式（11-31）得 Idzo＝（0.24~0.32）Ie （2）比率制动系数Kz

比率制动系数Kz，按躲过变压器出口短路的最大不平衡电流来整定。该变压器出口短路时的最大短路电流为IKMakc，在差动元件中产生的最大不平衡电流为Idmakc，则

Idmakc(K1K2K3)IKMakc …………………………………………..（11-33）

在式（11－33）中：

K1－两侧差TA的误差，取0.1； K2－通道传输及调整误差，取0.1；

K3－两侧TA暂态特性的误差，取0.1，同变比、同型号的TA取0.05。

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代入式（11-33），得

Idmakc＝（0.25~0.3）IKMakc

若忽略拐点电流对计算的影响，则在差动元件动作特性平面上，通过最大不平衡电流点曲线的斜率为

KK1K2K3

则比率制动系数

KzKHK ……………………………………………………….（11-34） 式中： Kz－比率制动系数；

KH－可靠系数，取1.2~1.3； 代入式（11-34）得

Kz＝0.3~0.39，可取0.4。 （3）拐点电流Izdo

同变压器纵差保护相同，分侧差动元件拐点电流的整定原则是：在外部故障切除后的暂态过程中，差动元件被可靠制动。

通常Izdo＝（0.5~0.7）Ie（Ie－变压器的额定电流，TA二次值）。

二 零差保护

1 构成接线及特点

目前，大容量超高压三卷自耦变压器在电力系统中得到了广泛应用。运行实践表明：220~500KV的变压器，大电流系统侧的单相接地短路是其主要的故障类型之一。变压器零差保护是变压器大电流系统侧内部接地故障的主保护。

三相自耦变压器零序差动保护原理接线如图11-30所示。

*****LH2******LH1Jo**LH0

图11-30 自耦变压器零差保护原理接线图

在图11-30中：LH1、LH2、LHO－分别为变压器高压侧、中压侧及中性点的零序TA JO－零差元件。

由图11-30可以看出，自耦变压器高压侧的TA，采用三相同极性联联接构成零序滤过器。

零差保护不受变压器激磁电流及带负荷调压的影响，其构成简单，动作灵敏度高。 另外，零差元件各侧TA可以取同型号及同变比的。 2 动作方程及动作特性

为提高零差保护的动作灵敏度及工作可靠性，应采用其动作特性为一段折线式的差动元件。

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差动元件动作特性取一段折线式的原因，是变压器正常工况下及外部相间故障时没有零序电流，即差动元件中无制动量。

在工程实践中，也有不带制动特性的零差元件。 一段折线式零差元件的动作方程为

IodzI0dzo …………………………………………………….（11-35）

IodzKzIozd式中：Iodz－零序差流； Ioz－零序制动电流； d I0dz－零序差动元件的启动电流； o Kz－比率制动系数。 不带制动零差元件的动作方程为

IodzIop o …………………………………………………….（11-36） 式中：Iodz－零序差流；

Iopo－差动元件的动作电流整定值。

根据式（11-35）绘制出的一段折线式零差元件的动作特性如图11-31所示。

Idz区IodzoKztgIzd

图11-31 零差元件的动作特性

在图11-31中：各符号的物理意义，同式（11-35）。 3 整定计算

对零差保护的整定计算，对动作特性为一段折线式零差元件，是要确定比率制动系数Kz及启动电流I0dzo；而对于无制动特性的零差元件，是确定其动作电流Iopo。

（1）动作特性为I段折线式的零差元件 （I）最小零序动作电流Iodzo的整定

最小零序动作电流Iodzo的整定原则，应躲过正常工况下差动回路的零序不平衡电流。 正常工况下零差回路的不平衡电流可按下式计算：

IOHeK01K02Ie………………………………………………………………（11-37）

式中：

Ie — 变压器的额定电流（差动TA二次值）；

K01—各侧不同相差动TA变比不同产生的零序电流，取5％； K02—通道转换及调整误差，取10％。 零差元件的最小动作电流为：

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IodzoKHK01K02Ie…………………………………………………………（11-38）式中：

KH—可靠系数，取1.5～2；

故Iodzo＝（0.225～0.3）Ie，可取0.3Ie。 （II）比率制动系数Kz

比率制动系数的整定原则是：应能使零差保护可靠地躲过区外接地故障时的零序不平衡电流。

区外接地故障时最大不平衡零序电流

IodmaxK01K02K03Iokmax………………………………………………（11-39） 式中：

Iodmax—区外接地故障时的最大零序电流；

K01—区外故障时，两侧TA暂态特性不一致产生的误差，取0.1； K02—区外故障时TA的10％误差，即0.1； K03—通道转换及调整误差，取0.1。 故Iodmax＝（0.3）3I0kmax

为可靠躲过外部故障，比率制动系数：

KOZKH0.33Iokmax…………………………………………………………… （11-40）

3Iokmax式中：

KH—可靠系数；取1.3～1.5。 代入上式得：

Koz＝0.39～0.45，可实取0.4～0.5。 （2） 无制动特性的零差保护

无制动特性的零差保护的动作电流，应按躲过区外接地故障或励磁涌流产生的不平衡电 流来整定。

IodzKhK01K02K03Iokma……………………………………………… （11-41） x式中：

Iodz—零差元件的动作电流； KH—可靠系数；取1.5；

K01、K02、K03—其物理意义同式（11-39）； I0kmax—区外接地故障时的最大零序电流。 将各值代入式（11-41）得：

Iodz＝0.375I0kmax 实取0.4I0kmax。

第五节 差动保护的TA断线闭锁

为确保差动保护的动作灵敏度，具有比率制动特性的差动元件的启动电流均很小。这样，当差动元件某侧TA二次的一相或多相断线时，差动保护必将误动。

目前，国内生产的微机型变压器差动保护中，均设置有TA断线闭锁元件。在变压器运行时，一旦出现差动TA二次回路断线，立即发出信号并将差动保护闭锁。 一 TA断线闭锁元件的作用原理

在理想情况下，若不考虑差动保护区内、外不同两点接地短路，则TA二次三相电流之

35

和应等于零，即

II0 Iabc若TA二次回路中一相断线时，则

II0 Iabc根据以上原理及变压器接线组、变压器中性点是否接地运行，提出以下TA二次回路断

线闭锁判据：

IaIbIc3Io1  ………………………………………….（11-42）

3I20式中：1、2－门槛值，可根据不平衡差流的大小确定；

－零序电流，TA二次值； 3I0、I－分别为TA二次a、b、c三相电流。 、I Ibca应由其他TA供给。 该判别TA断线的方法有一很大的缺点，3I0目前，在微机型保护装置中，多采用根据电流变化情况、变化趋势及电流量值大小来判

断TA断线的。当测量出只有变压器一侧的电流发生了变化，且变化趋势是电流由大向小变化、而电流值小于额定电流时，被判为电流变化侧的TA断线。

当变压器各侧电流均发生变化，且电流变化趋势是由小向大变化、而变化后电流的幅值又大于额定电流，则说明电流的变化是由故障引起的。

二 关于TA断线闭锁元件的作用

众所周知，TA二次回路不能开路。如果TA二次回路开路，将在开路点的两侧产生很高的电压，危及人身及二次设备的安全。另外，在开路点可能产生电弧，进而引起火灾。

变压器的容量越大及TA变比越大，TA二次回路开路的危害越严重。运行实践已充分证明。

因此，当差动保护TA二次开路时，差动保护动作切除变压器，是防止人身伤害及损坏设备的有效办法。

对于大容量的主设备，由于TA的变比很大，TA断线闭锁元件只应发信号而不要闭锁差动保护。

第六节 短路故障的后备保护

大、中型变压器短路故障后备保护的类型，通常有复合电压过电流保护、零序电流及零序方向电流保护、负序电流及负序方向电流保护、低阻抗保护及复合电压方向保护。 一 复合电压过电流保护

复合电压过电流保护，实质上是复合电压启动的过电流保护。它适用于升压变压器、系统联络变压器及过电流保护不能满足灵敏度要求的降压变压器。 1 动作方程及逻辑框图

复合电压过流保护，由复合电压元件、过电流元件及时间元件构成，作为被保护设备及相邻设备相间短路故障的后备保护。保护的接入电流为变压器某侧TA二次三相电流，接入

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电压为变压器该侧或其他侧TV二次三相电压。为提高保护的动作灵敏度，三相电流一般取自电源侧，而电压一般取自负荷侧。

保护的动作方程为

UacUop  ……………………………………………………….（11-43） Ia(b,c)IopU2U2opIa(b,c)Iop  ……………………………………………………….（11-44）

式中：Uac－TV二次a、c两相之间电压； Ia(b,c)－TA二次a相或b相或c相电流； U2－负序电压（TV二次值）； Iop－过电流元件动作电流整定值； Uop－低电压元件动作电压整定值； U2op－负序电压元件的动作电压整定值。 复合电压过电流保护动作逻辑框图如图11-32所示。

Uac＜+U2＞信号&Ia＞Ib＞Ic＞t0出口+

图11-32 复合电压过电流保护逻辑框图 在图中：Uac＜－a、c两相之间低电压元件； U2＞－负序过电压元件；

Ia＞、Ib＞、Ic＞－分别为a、b、c相过电流元件。 由图可以看出：当变压器电压降低，或负序电压大于整定值及a相或b相或c相电流时，保护动作，经延时t作用于切除变压器。 2 整定原则及定值建议 （1）过电流元件

过电流元件的动作电流，按躲过变压器运行时的最大负荷电流来整定，即

IopKHI ……………………………………………………..（11-45） KBe式中：Iop－动作电流整定值； KH－可靠系数，取1.15~1.2；

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KB－返回系数，取0.95~0.98； Ie－变压器额定电流，TA二次值。 代入式（11-45）可得

Iop＝（1.17~1.2）Ie。

（2）低电压元件

低电压元件的动作电压按躲过无故障运行时保护安装处出现的最低电压来整定。即

UopUmin ……………………………………………………（11-46）

KHKB式中：Uop－动作电压整定值；

Umi－正常运行时出现的最低电压值； n KB－返回系数，取1.05； KH－可靠系数，取1.2。

发电厂厂高变复合电压过电流保护低电压元件的引入电压，通常取自变压器低压侧各段厂用母线。其低电压元件的动作电压，应按躲过电动机自启动的条件整定。对于发电厂升压变压器，当低电压元件的电压取自机端TV二次时，还应考虑躲过发电机失磁运行出现的低电压。

一般 Uop＝（0.6~0.7）Ue 式中：Ue－额定电压（TV二次值）。

（3）负序电压元件

按躲过正常运行时系统中出现的最大负序电压整定。此外，还应满足相邻线路末端两相短路时负序电压元件有足够的动作灵敏度。通常

U2op10%Ue

式中：Ue－额定电压（TV二次值）。

（4）动作延时

应按与相邻线路相间短路后备保护相配合整定。即 ttmaxt

式中：t－复合电压过流保护的动作延时；

tma－相邻线路相间短路后备保护的最长延时； x t－时间级差，一般取0.3~0.5秒。

二 零序电流及零序方向电流保护

电压为110KV及以上的变压器，在大电流系统侧应设置反映接地故障的零序电流保护。有两侧接大电流系统的三卷变压器及三卷自耦变压器，其零序电流保护应带方向，组成零序方向电流保护 。

两卷或三卷变压器的零序电流保护的零序电流，可取自中性点TA二次，也可取自本侧TA二次三相零线上的电流，或由本侧TA二次三相电流自产。零序功率方向元件的接入零序电压，可以取自本侧TV三次（即开口三角形）电压，也可以由本侧TV二次三相电压自产。在微机型保护装置中，零序电流及零序电压大多是自产，因为有利于确定功率方向元件动作方向的正确性。 1 动作方程及逻辑框图

对于大型三卷变压器，零序电流保护可采用三段，其中I段及II段带方向，第III段不

38

带方向兼作总后备作用。每段一般由两级延时，以较短的延时缩小故障影响的范围或跳本侧断路器，以较长的延时切除变压器。

以三卷变压器为例，其零序电流保护的动作方程为 零序I段

3I0Iop1 ……………………………………………………………….（11-47） P00零序II段 3I0Iop2P00……………………………………………………………….（11-48）

零序III段

3I0Iop3 ……………………………………………………………….（11-49） 在上述三式中：

P0－零序功率元件的测量功率； 3I0－零序电流元件的测量电流；

Iop1、Iop2、Iop3－分别为零序I段、II段、III段动作电流整定值。 零序方向电流保护的逻辑框图一般如图11-33所示。

t13IoIop10&t20P03IoIop23IoIop3+0出口(缩小故障范围)&t3t50+出口(切除变压器)t40

图11-33 三卷变压器零序方向电流保护逻辑框图

在图11-33中：3I0、P0、Iop1、Iop2、Iop3的物理意义同式（11-47）~（11-49）。 由图11-33可以看出：零序方向电流保护的I段或II段动作后，分别经延时t1或t3作用于缩小故障影响范围，而经t2或t4切除变压器。零序III段不带方向，且只作用于切除变压器。

2 整定原则及定值建议

（1）功率方向元件的动作方向

零序功率方向元件动作方向的整定，应根据变压器的作用、保护安装位置（电气位置）及电力系统的具体情况确定。 （I）发电厂的三卷升压变压器

发电厂的三卷升压变压器，其低压侧一般接有大容量的发电机。发电机设置有完善的后备保护，可兼作变压器内部各种短路故障的后备保护。另外，大型超高压变压器的主保护已双重化。此时，变压器高压侧及中压侧的零序电流保护，应分别作为相邻母线及线路故障的后备保护，因此，保护的动作方向应分别指向各侧的母线。 （II）大型变电站的降压变压器

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为了经济运行及系统中各保护之间的配合，降压变电站的主电源在高压侧，其低压侧或中压侧一般无电源及开环运行，高压侧环网运行。

高压侧零序方向电流保护的动作方向应指向变压器，作为变压器及中压侧线路接地故障的后备保护。中压侧的零序方向电流保护的动作方向，应指向中压侧母线，作为母线及相邻线路接地故障的后备保护。

（2）各段零序电流元件的动作电流 （I）中压侧零序电流元件

中压侧零序电流I段的动作电流，应与相邻线路零序电流的I段或线路快速主保护配合，即

Iop1KHKX1Iop1L ……………………………………………..（11-50） 式中：Iop1－中压侧零序电流I段的动作电流；

KX1－I段零序分支系数，其值等于线路零序电流I段保护区末端接地故障时，流过本保护安装处的零序电流与流过线路零序电流之比，取各种运行方式的最大值；

KH－可靠系数，取1.1；

Iop1L－相邻线路零序电流I段的动作电流。

零序电流II段的动作电流，与相邻线路零序电流II段相配合。

Iop2KHKX2Iop2L ………………………………………………（11-51）

式中：Iop2－II段零序电流保护的动作电流；

KH－可靠系数，取1.1；

KX2－II段零序分支系数，其值为线路零序电流II段保护区末端接地故障时，

流过本保护安装处的零序电流与流过线路的零序电流之比，取各种运行方式下的最大值；

Iop2L－线路零序电流II段的动作电流。

（II）高压侧零序电流元件

当零序方向电流保护的动作方向指向高压侧母线时，其各段动作电流的整定原则及计算公式同中压侧。

当零离方向电流保护的动作方向指向变压器时，整定原则如下：

零序电流I段保护的动作电流，应保证在中压侧母线上发生接地故障时有灵敏度，且

Iop1高KHIop1中 ………………………………………………………..（11-52） 式中：Iop1高－高压侧零序电流I段保护的动作电流； Iop1中－中压侧零序电流I段保护的动作电流； KH－可靠系数，取1.15。

零序电流II段保护的动作电流，应与中压侧零序电流II段保护的动作电流相配合，即 IopII高KHIopII中 ………………………………………………………..（11-53）

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式中：IopII高－高压侧零序电流II段保护的动作电流； Iop中I－中压侧零序电流III段保护的动作电流；

KH－可靠系数，取1.15。

（3）动作延时的整定

当各侧零序方向电流保护的动作方向指向各侧母线时，其电流I段保护的短延时（即图11-33中的t1）应与相邻线路零序电流I段保护的动作时间相配合。

t1t1Lt

式中：t1－变压器零序电流I段保护的短延时；

t1L－相邻线路零序电流I段保护的动作时间；

t－时间级差，通常取0.3~0.5秒。

零序电流I段的长延时（即图11-33中的t2），应比零序电流I段长一个时间级差（0.3~0.5秒）。

变压器各侧零序电流II段的动作短延时应与相邻线路零序电流II段的动作延时相配合，而长延时比短延时长一时间级差。

当变压器高压侧零序方向电流保护的动作方向指向变压器时，其I段及II段的动作延时，应分别与中压侧零序电流I段、II段保护的动作延时相配合，前者比后者（即高压侧保护比中压侧保护）长一个时间级差。

需要着重指出：为有效保护变压器，零序电流I段保护的最长动作时间不应超过2秒。

三 负序电流及负序方向电流保护

63MVA及以上容量的变压器，可采用负序电流或单相式低电压启动的过电流保护作为相间短路的后备保护。三卷变压器或三卷自耦变压器，上述保护宜设置在电源侧或主负荷侧。此外，为满足选择性要求，对负序电流保护有时要加装负序功率方向元件，构成负序方向电流保护。

在微机保护装置中，负序电压及负序电流均由装置对TV二次三相电压及TA二次三相电流计算自产。

1 动作方程及逻辑框图

根据变电站的主接线及运行方式，负序电流及负序方向电流保护，可带一段延时，也可带二段延时。若带两段延时，则以较短的时间作用于缩小故障影响的范围；以较长的时间切除变压器。

负序电流保护的动作方程为

I2I2op ……………………………………………………（11-55） 负序方向过流保护的动作方程为 I2I2op ……………………………………………………（11-56）

P02式中：I2－保护测量的负序电流；

P2－保护测量的负序功率； I2op－负序电流元件的动作电流。 负序方向电流保护的逻辑框图如图11-34所示。

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I2t100作用于缩小故障影响范围&P2t2切除变压器

图11-34 负序方向电流保护逻辑框图

在图中：I2－负序过电流元件； P2－负序功率方向元件。

由图11-34可以看出：当负序过电流及负序功率同时为正值时，保护动作，以较短的延时作用于缩小故障影响范围，以较长的时间切除变压器。 2 整定原则及定值建议 （1）负序电流元件

负序电流元件的整定原则是：按相邻线路断线保护不误动的条件整定。另外，还要考虑与相邻线路零序电流后备段在灵敏度上配合，防止非选择性动作。 （I）按相邻线路断线不误动条件整定 Iop2KHKXILmax ………………………………………………..（11-57）

Z2Z21Z1ZO式中：Iop2－负序电流动作整定值；

KH－可靠系数，取1.2；

KX－负序电流分支系数，其值等于线路断线时流过保护安装点的负序电流与流过断线处负序电流之比；

Z1、Z2、ZO－由断线处测得的正序、负序及零序阻抗； ILma－断线前流经线路的最大负荷电流。 x（II）按与断线线路零序电流后备段灵敏度配合整定 Iop2KHKXIop0Z0 ………………………………………………..（11-58） 3Z2式中：Iop0－断线线路零序过流保护后备段动作电流； 其他符号的物理意义同式（11-57）。

在实际应用时，一般Iop2＝（0.5~0.6）Ie（Ie－变压器额定电流）。

（2）负序功率方向元件动作方向的整定 装于主电源侧的负序功率方向元件，其动作方向应指向变压器，作为变压器相间短路的后备保护，而装于其他侧负序功率方向元件的动作方向，可指向本侧母线。 （3）动作时间的整定

应根据变压器的类型，保护的安装位置及系统具体情况整定。但是，为有效保护变压器，其动作时间不宜过长，最好小于2秒。

四 低阻抗保护

低阻抗保护是变压器相间故障后备保护的一种。通常，该保护由三个相间方向阻抗元件

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构成。阻抗元件的接入电压和接入电流，取自保护安装侧TV二次三相电压及TA二次三相电流。并采用零度接线方式。 1 动作方程及逻辑框图

用阻抗元件构成发电机及变压器短路后备保护的缺点很多。首先用测阻抗的方法来确定发电机、变压器内部故障的位置存在着问题，其正确动作率不高。另外，TV断线要误动。

目前，为防止TV断线时低阻抗保护误动，采用以下措施：

（a）采用TV二次断线闭锁元件，发现TV断线时， 将保护闭锁； （b）采用负序电流或相过电流启动； （c）采用故障变化量启动。

一般，阻抗元件的动作特性为阻抗复平面上的一个偏移阻抗园，其动作方程为

Zab(或Zbc或Zca)Zop  …………………………………………..（11-59） Ia(或Ib或Ic)Iop Zab(或Zbc或Zca)ZopI2I2op …………………………………………..（11-60）

UUU式中：Zab、Zbc、Zca－相间阻抗元件，Zabab，Zbcbc，Zcaca；

IbcIcaIab Ia、Ib、Ic－TA二次a、b、c三相电流； Zop－阻抗元件的动作阻抗； Iop－相电流元件的动作电流； I2－负序电流（TA二次值）； I2op－负序电流元件的动作电流。

三卷变压器高压侧低阻抗保护的动作阻抗只有一段，中压侧有二段，有时有三段。只有

一段动作阻抗的低阻抗保护逻辑框图如图11-35所示。

Zab＜ZopZbc＜ZopZca＜ZopTV断线信号+t1&t2出口信号出口＞Iop＞Iop＞Iop＞I2op++

图11-35 低阻抗保护逻辑框图

由图11-35可以看出：当三个阻抗元件同时动作或其中之一动作及相电流增大或负序电流大时，保护动作，经t1作用于缩小故障影响范围，经t2延时切除变压器。

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2 整定原则及定值建议 （1）动作方向的整定

阻抗元件的动作方向（即方向阻抗园的方向），应根据变压器的类型，保护的安装位置及系统条件来确定。主电源在高压侧的三变压器，装于高压侧的阻抗元件的动作方向应指向变压器。有时高压侧阻抗元件的动作阻抗园有5%左右的偏移度，兼作高压母线故障的后备保护。

变压器中压侧的方向阻抗元件，其动作方向指向中压侧母线，作为中压侧母线及相邻线路故障的后备保护。

（2）阻抗元件动作阻抗的整定

降压变压器高压侧阻抗元件正方向的动作阻抗，应按中压侧相间故障有灵敏度来整定；而中压侧阻抗元件的动作阻抗，应与相邻线路距离保护的动作阻抗相配合。 （3）动作时间的整定

低阻抗保护的动作时间，应按以下两个条件来确定。（a）为有效保护变压器，高压侧及中压侧I段的动作时间，最长不超过2秒；（b）与相邻元件保护相配合。

五 复合电压方向过流保护

为确保动作的选择要求，在两侧或三侧有电源的三卷变压器上配置复压闭锁的方向过流保护，作为变压器相间短路故障的后备保护。

保护的接入电流和电压为本侧（保护安装侧）TA二次三相电流及TV二次三相电压，有时还引入变压器另一侧TV二次三相电压作为相间功率的计算电压。 1 动作方程及逻辑框图

保护由相间功率方向元件、过电流元件及复合电压元件（低电压和负序电压）构成。相间功率方向元件多采用900接线，其计算功率为

cos(a)PaIaUbccos(b) ………………………………………..（11-61） PbIbUcaPIUcos(c)ccab式中：Pa、Pb、Pc－三相相间功率；

Ia、Ib、Ic－三相电流；

、Uca、Uab－三相相间电压，取另一侧电压（与电流不同侧） Ubc；

、Ib与Uca、Ic与Uab之间的相位差； a、b、c－Ia与Ubc －计算功率内角。

保护的动作方程为

Pa(Pb,Pc)0Ia(Ib,Ic)Iop ………………………………………..（11-62） UUcaopUU2op2式中：Uca－负序电压；

Uop－低电压元件动作电压； U2op－负序电压元件动作电压； Iop－电流元件的动作电流；

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其他符号的物理意义同式（11-61）。 保护的动作逻辑框图如图11-36所示。

Pa＞0Pb＞0Pc＞0Ia＞IopIb＞IopIc＞IopUcaUop&信号&&+&t1t2出口信号出口+

U2U2op图11-36 复合电压方向过流保护逻辑框图

由图可以看出：当计算功率Pa、Pb、Pc中之一大于零，三相电流Ia、Ib、Ic中之一功率与大于零序功率元件对应相的电流大于整定值时，若低电压元件与负序电压元件之一动作，保护出口动作，经延时作用于缩小故障影响范围或切除变压器。 2 定值的整定

方向元件的动作方向，应指向变压器，作变压器或另一侧元件相间短路的后备保护。 其他元件的整定同复合电压过流保护。

第七节 变压器过激磁保护

变压器过激磁运行时，铁芯饱和，励磁电流急剧增加，励磁电流波形发生畸变，产生高次谐波，从而使内部损耗增大、铁芯温度升高。另外，铁芯饱和之后，漏磁通增大，使在导线、油箱壁及其他构件中产生涡流，引起局部过热。严重时造成铁芯变形及损伤介质绝缘。

为确保大型、超高压变压器的安全运行，设置变压器过激磁保护非常必要。

一 过激磁保护的作用原理

变压器运行时，其输入端的电压

U4.44fwSB ……………………………………………………..（11-63）

式中：U－电源电压；

W－一次绕组的匝数；

S－变压器铁芯的有效截面； f－电源频率；

B－铁芯中的磁密。

由于绕组匝数W，铁芯截面S均为定数，故将式（11-63）简化成 U＝KfB

则 BKU ……………………………………………………………….（11-）

f式中：K－常数，K－4.44WS。

由式（11-）可以看出，变压器铁芯中的磁密，与电源电压成正比，与电源的频率成反比。即电源电压的升高或频率的降低，均会造成铁芯中的磁密增大，进而产生过激磁。

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变压器及发电机的过激磁保护就是根据上述原理构成的。

在变压器过激磁保护中，采用一个重要的物理量，称之为过激磁倍数。过激磁倍数n，它等于铁芯中的实际磁密B与额定工作磁密Be之比，即

U nBUef ……………………………………………………..（11-65）

Befe式中：Ue－变压器的额定电压； fe－电源的额定频率；

n－过激磁倍数；

其他符号的物理意义，同式（11-63）。

变压器过激磁时，n＞1，n值越大，过激磁倍数越高，对变压器的危害越严重。

二 测量过激磁倍数的原理接线

在过激磁保护中，测量过激磁倍数的原理接线如图11-37所示。

TURC滤波直流电压

图11-37 测量过激磁倍数原理接线图

在图11-37中：U－变压器电源侧TV二次相间电压； T－保护装置中的小型辅助电压互感器； R－电阻； C－电容。

由图11-37可以看出：电压U通过辅助TV变换隔离、电阻R降压、整流及滤波后变成直流电压，供过激磁测量元件进行测量。根据直流电压的大小来判断过激磁倍数。过激磁倍数与该直流电压成正比。

在图11-37中，利用电阻R及电容器C来反映电源的频率的。当电源的频率高时，电容器的容抗较小，在电源电压一定时流过它的电流就较大，电阻R上的压降较大，输出的直流就比较低；反之，当电源的频率低时，在电源电压一定时，输出的直流电压就较高。

另外，当电源的频率一定时，电源电压U越高，输出的直流电压就高。

设额定频率及额定电压时，图11-37中的直流电压U＝e，当电源电压升高或频率降低时的直流电压U＝ 则测得的过激磁倍数

nU

Ue

三 动作方程及逻辑框图

理论分析及运行实践表明：为有效保护变压器，其过激磁保护应由定时限和反时限两部分构成。定时限保护动作后作用于告警信号及减励磁（发电机）；反时限保护动作后去切除变压器。 1 动作方程 nnopLnnoph ……………………………………………………..（11-）

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式中：n－测量过激磁倍数；

nop－过激磁倍数低定值，定时限部分启动值； L nop－过激磁倍数高定值，反时限部分启动值； h2 反时限部分的动作特性

目前，国内采用的不同厂家生产的过激磁保护反时限部分的动作特性相差很大。 ABB公司生产的反时限过激磁保护动作曲线的方程为

t0.80.18Kt（秒）………………………………………………….（11-65）

(M1)2式中：

t－动作延时；

Kt－整定时间倍率，Kt＝1~63；

M－启动倍数，Mnn，即等于过激磁倍数与反时限部分启动过激磁倍数之比。

oph国内某些公司生产的反时限过激磁保护，其动作特性曲线方程同上式。 联邦德国TU公司采用的反时限过激磁保护动作特性曲线方程为

t10K1nK2 ………………………………………………….（11-66） 式中：t－动作延时； n－过激磁倍数； K1、K2－待定常数。

在国内生产的DGT801系列保护装置中，其反时限过激磁保护动作特性曲线上的各点，可以根据要求随意整定。其标准特性曲线如图（11-38）所示。

nn=f(t)nophtmaxt

图11-38 反时限过激磁保护动作特性曲线

在图11-38中：noph－反时限过激磁保护启动值； tmax－反时限过激磁保护动作长延时。

四 逻辑框图

国内生产的微机型过激磁保护的动作逻辑框图大致如图11-39所示。

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u测量nnnopLnnopht1信号0减励磁切除变压器或发电机

图11-39 过激磁保护逻辑框图

由图可以看出，当变压器或发电机电压升高或频率降低时，若测量出的过激磁倍数大于过激磁保护的低定值时，定时限部分动作，经延时t1发信号或作用于减励磁（保护发电机时）；若严重过激磁时，则保护反时限部分动作，经与过激磁倍数相对应的延时，切除发电机或变压器。

五 整定原则及定值建议 1 定时限过激磁元件

定时限过激磁元件动作过激磁倍数的整定值，应按躲过正常运行时变压器铁芯中出现的最大工作磁密来整定。正常运行时，变压器的电压最高为额定电压的1.1倍，系统频率最低为49.5Hz，因此，铁芯中最大的工作磁密为额定工作磁密的1.11倍。定时限元件的动作过激磁倍数应为

nopL1.11KH ………………………………………（11-67） KB式中：nopL－定时限元件动作过激磁倍数整定值； KH－可靠系数，取1.05；

KB－返回系数，微机保护取0.95~0.98。 代入上式得

nopL＝1.17~1.2

另外，定时限过激磁元件动作过激磁倍数的整定值，不应超过铁芯的起始饱和磁密与额定工作磁密之比。

现代的大型变压器，其额定工作磁密Be＝17000~18000高斯，而起始饱和磁密Bs＝19000~2000高斯，两侧之比为1.12~1.18。

综合上述，定时限元件动作过激磁倍数取1.15是合理的。

动作延时可取6~9秒。对于发电机的过激磁保护，当作用于信号并减励磁时，其动作延时尚应考虑发电机的强励时间。 2 反时限过激磁元件

发电机或变压器反时限过激磁保护的动作特性，应按与制造厂给出的允许过激磁特性曲线相配合来整定。如图11-40所示。

图11-40 发电机或变压器反时限过激磁保护整定图例

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在图11-40中：

曲线1—发电机或变压器的允许过激磁特性曲线； 曲线2—反时限过激磁保护的动作特性曲线。

目前，整定反时限过激磁保护动作特性曲线遇到的困难是：国产的大型发电机及变压器，制造厂家没给出允许过激磁特性曲线。因此，无法按与制造厂给出的允许过激磁特性曲线相配合。

众所周知，并网运行的发电机及变压器，其电压的频率决定于系统频率。运行实践表明：除了发生系统瓦解性事故外，系统频率大幅度降低的可能性几乎不存在。因此，发电机及变压器（特别是变压器）的过激磁，多由过电压所致。

在发电机及变压器出厂说明书中，均给出了如下表所列的电压与允许时间关系的特性曲线。

发电机或变压器允许过电压倍数及持续的时间 过电压倍数 允许持续时间（S） 1.1 t1 1.15 t2 1.2 t3 1.25 t4 1.3 t5 1.35 t6 1.4 t7 在制造厂家未给出发电机或变压器过激磁特性曲线的情况下，建议按表7－2给出的特性曲线来整定。

在对反时限过激磁保护进行实际整定时，应注意以下两点： ⑴ 对于设置在发电机机端的发电机及变压器的过激磁保护，其整定值应按发电机及变压器两者中允许过激磁特性曲线较低的进行整定； ⑵ 在动作特性曲线上尽量多取几个点进行整定，以确保反时限下限的动作值及动作时间的精度。

第八节 变压器中性点间隙保护

一 问题的提出

超高压电力变压器，均系半绝缘变压器，即其中性点线圈的对地绝缘比其他部位弱。中性点的绝缘容易被击穿。

在电力系统运行中，为将零序电流在某一定的范围内（对系统中各零序电流保护定值进行整定时的要求），对变压器中性点接地运行的数量有规定。因此，在运行中，变压器的中性点，有接地的和不接地的。中性点不接地运行的变压器，其中性点的绝缘易被击穿。

在上世纪90年代之前，为确保变压器中性点不被损坏，将变电站（或发电厂）所有变压器零序过流保护的出口横向联系起来，去启动一个公用出口部件。通常将该出口部件叫做零序公用中间。当系统或变压器内部发生接地故障时，中性点接地变压器的零序电流保护动作，去启动零序公用中间。零序公用中间元件动作后，先去跳中性点不接地的变压器，当故障仍未消失时再跳中性点接地的变压器。

运行实践表明，上述保护方式存在严重缺点，容易造成全站或全厂一次切除多台变压器，甚至使全站或全厂大停电。另外，由于各台变压器零序过流保护之间有了横向联系，使保护复杂化，且容易造成人为误动作。

二 间隙保护的作用原理 1 原理接线

间隙保护的作用是保护中性点不接地变压器中性点绝缘安全的。 在变压器中性点对地之间安装一个击穿间隙。在变压器不接地运行时，若因某种原因变压器中性点对地电位升高到不允许值时，间隙击穿，产生间隙电流。另外，当系统发生故障

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造成全系统失去接地点时，故障时母线TV的开口三角形绕组两端将产生很大的3U0电压。 变压器间隙保护是用流过变压器中性点的间隙电流及TV开口三角形电压作为危及中性点安全判据来实现的。

保护的原理接线如图11-41所示。

高压母线TV变压器间隙TA间隙间隙电流3UOI0间隙保护

图11-41 间隙保护原理接线图

2 动作方程及逻辑框图

间隙保护的动作方程为

I0I0op ………………………………………………………….（11-68） 或 3U0U0op ………………………………………………………….（11-69） 式中：I0－流过击穿间隙的电流（二次值）； 3U0－TV开口三角形电压； I0op－间隙保护动作电流； U0op－间隙保护动作电压。 保护的逻辑框图如图11-42所示。

信号I0I0op3U0U0op+K&t0出口

图11-42 间隙保护逻辑框图

在图11-42中：K－变压器中性点接地刀闸的辅助接点，当变压器中性点接地运行时，

K闭合，否则打开；

其他符号的物理意义同式（11-68）及式（11-69）。

由图可以看出：当间隙电流或TV开口电压大于动作值时，保护动作，经延时切除变压器。

二 定值建议

间隙保护不是后备保护，其动作电流、动作电压及动作延时的整定值不需与其他保护相

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配合。

1 动作电流

当流过击穿间隙的电流大于或等于等于100A时保护动作，即

I0op100(A) …………………………………………….（11-70）

nT式中：I0op－保护的动作电流； nT－间隙TA的变比。 2 动作电压

U0op(150~180)V

式中：U0op－保护的动作电压。

3 动作延时

为躲过暂态过电压，间隙保护具有动作延时，一般其值为 t0.3秒

三 提高动作可靠性措施

运行实践表明，呈因变压器中性点放电间隙误击穿致使间隙保护误动的现象较多。因此为了提高间隙保护的工作可靠性，正确地整定放电间隙的间隙距离是非常必要的。

在计算放电间隙的间隙距离之前，首先要确定危及变压器中性点安全的决定因素。即首先要根据变压器所在系统的正序阻抗及零序阻抗的大小，计算电力系统发生了接地故障又失去中性点接地时是否会危及变压器中性点的绝缘，如果不危及时，应根据冲击过电压来选择放电间隙的间隙距离。

放电间隙距离的选择，应根据变压器绝缘等级、中性点能承受的过电压数及采用的放电间隙类型计算确定。

另个，为提高间隙保护的性能，间隙TA的变比应较小。由于变压器零序保护所用的零序TA变比较大，故间隙TA应单独设置。

单独设置间隙TA时，在间隙保护中可以不设置隔离刀闸辅助接点的闭锁功能。

第九节 三卷自耦变压器保护的特点

目前，超高压大容量三卷自耦变压器在电力系统中被广泛应用。 一 三卷自耦变的特点

与普通变压器比较，三卷自耦变压器有以下特点： 1 各侧的额定容量不同

三卷变压器低压侧的额定容量，由高压侧同中压侧的共公绕组容量决定，比高压侧或中压侧的额定容量要小。

设自耦变压器高压侧与中压侧之间的变比为K高中（K高中＝n高，即高压绕组的匝数与中n中K高中压绕组之比），则高压侧、中压侧与低压侧之间的额定容量之比为1:1:(11)。由于K高中大于1（一般等于2，或3或5），故低压侧的额定容量要小于其他侧的容量。 2 高压侧与中压侧之间有电的联系

所谓自耦变压器，是指变压器高压侧与中压侧公用一个绕组。因此，变压器的高压侧与

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中压侧之间除了磁的耦合之外，尚有电的联系。当高压侧系统或中压侧系统中发生接地故障时，故障电流可直接由非故障系统流入故障系统。

3 三卷自耦变压器运行时，变压器的中性点，必须直接接地

二 高压侧或中压侧系统接地故障时的零序电流 1 自耦变压器高压侧接地故障

三卷自耦变压器接线的示意图如图11-43所示。高压侧单相接地故障时的零序等值网路如图11-44所示。 中压侧A'B'C'A ** a 高压B*低侧*b压侧C** c 图11-43 自耦变压器接线示意图 X01X02I'高0I中0U0X03X0∑中 图11-44 变压器高压侧接地故障时的零序等值回路 在图11-43中：X01——变压器高压侧零序电抗； X02——变压器中压侧零序电抗； X03——变压器公共及低压侧等值零序电抗； X0中——变压器中压侧网路的等值零序电抗；

U0——接地故障点的零序电压； I高0、I中0、I00——折算到中压侧的变压器各侧的零序电流。由图11-44可得

IX03I高中00X01X02X03X0中

由于I高0K高中I高0（I高0－自耦变压器高压侧的零序电流），故

IK中0高中X03I高0X01X02X03X0中

则流过变压器中性点的电流

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3(II)3I(13I0中0高0高0

K高中X03X01X02X03X0中(X01X02X0中(1K高中)X03)3I高0X01X02X03X0中 „„„„„„„„„„(11-71)

2 自耦变压器中压侧接地故障

自耦变压器中压侧接地故障时的零序等值网路，如图11-45所示。

X01'0I高X0高∑X02I中0X03U0 图11-45 变压器中压侧接地故障时的零序等值网路 在图11-45中：X0高——变压器高压侧网路中零序等值电抗； 其他符号的物理意义同图11-44。

根据图11-45可得

 I高0X03I中0

X01X02X03X0X03I中0

(X01X02X03X0)K高中图9-17高压侧零序电流：

 I高0流过变压器中性点的电流

3(II)3I(3I0中0中0高0X031)(X01X02X03X0)K高中

(X01X02X0(K高中1)X03)3I中0(X01X02X03X0)K高中 „„„„„„(11-72)

3 讨论

由式11-71和式11-72可以看出：

当X01X02X03X0等于K高中X03时，变压器高压侧接地短路时流经变压器中性点的零序电流等于零；

当X01X02X03X0大于K高中X03时，变压器高压侧短路时流经变压器中性点的电流方向与高压侧零序电流（I高0）方向相同；

当X01X02X03X0小于K高中X03时，变压器高压侧短路时流经变压器中性点的电流与高压侧零序电流（I高0）方向相反；

总之：变压器高压侧或中压侧接地故障时，流经变压器中性点零序电流的大小和方向与

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故障位置有关，与系统的运行方式及参数有关。在某种工况下变压器高压侧接地故障，该电流可能等于零。

另外，当变压器的高压侧或中压侧的网路中发生接地故障时，由于两侧的零序电流不相等，在对零序电流无滤去作用的变压器纵联差动保护中将产生很大的差流，该差流实际上等于流经自耦变压器公共绕组中的零序电流。

三 保护配置的特点 1 过负荷保护

由于变压器低压侧的额定容量比其他两侧要小，故容易过负荷，应在该侧设置过负荷保护。

当自耦变压器的高压侧或中压侧接有大电源时，由于运行时可能由大电源侧向其他两侧供电，该侧容易过负荷，应设置过负荷保护。

当变压器高压侧及中压侧均接有大电源时，应在三侧均装设过负荷保护。 2 自耦变压器宜设置零差动保护

由于自耦变的高压侧和中压侧均为大电流接地系统，且中压侧与高压侧之间有电的联系及运行时中性点必须接地，因此，装设能保护高压、中压及公共绕组全部而不受空投变压器的影响、且变压器内部接地故障时且有很高动作灵敏度的零序差动保护是适宜的。 3 零序过电流保护应带方向

由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，又有共同的接地中性点，因此，当高压侧系统或中压侧系统发生接地故障时，零序电流将由一个系统流向另一个系统。因此，为确保零序电流保护的选择性，该保护应设置有方向。

四 设计自耦变保护时应注意的问题 1 零序电流及零序电流方向保护的设计

当变压器高压侧或中压侧发生接地故障时，由于流经变压器中性点零序电流的大小和方向受接地点位置及系统运行方式的影响很大（有时该电流等于零），因此，在设计零序电流及零序电流方向保护时，不应取中性点TA二次电流构成零序电流保护或零序电流方向保护。

构成零序电流保护或零序方向电流保护的零序电流，可由变压器高压侧或中压侧输出端TA二次三相电流自产，也可以取该TA二次零线上的电流。 2 自耦变差接保护的设计

有些变电站，自耦变压器的低压侧无出线，。因此，该侧没有设计安装差动TA。自耦变的差动保护装置只差接在中压侧和高压侧的TA二次。

当变压器高压侧系统或中压侧系统中发生接地短路时，由于两侧的零序电流不相等，将在差动回路中产生较大的差流。此时，为消除差动回路中的零序电流，高压侧与中压侧的差动TA均应接成三角形。但当差动TA接成Y/Y时，则在两侧流入各相差动保护中的电流应分别为两相电流相减后的电流（由软件处理）。

不需设置间隙保护

3 正常运行时，由于变压器的中性点是接地的，故不需设计用于保护变压器中性点的间隙保护。

五 零序方向保护动作方向的整定

1 变压器低压侧接有大电源（通常为发电机）时

当自耦变压器低压侧接大型发电机时，其高压侧及中压侧零序方向过流保护的动作方向，应分别指向母线，而作为母线及出线接地故障的后备保护。这是因为，发电机的后备保

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护对变压器的内部故障有足够的灵敏度。 2 低压无电源而主电源在高压侧时

目前，我国的超高压大型变电站，其主电源大都在高压侧，低压侧及中压侧一般无电源，或接有容量很小的地方电站。此时，当变压器高压侧线路上发生接地故障时，流经变压器的电流为很小的零序电流；而当变压器内部或中压侧发生接地故障时，故障电流很大。此时，如不迅速切，将损坏变压器。

为有效保护变压器，高压侧零序电流方向保护的动作方向应指向变压器，作为变压器内部接地及中压侧接地故障的后备保护。

第十节 非电量保护

变压器非电量保护，主要有瓦斯保护、压力保护、温度保护、油位保护及冷却器全停保护。

一 瓦斯保护

瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点产生往往伴随有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体（瓦斯），进而造成喷油、冲动斯继电器，瓦斯保护动作。

瓦斯保护分为轻瓦斯保护及重瓦斯保护两种。轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于切除变压器。 1 轻瓦斯保护

轻瓦斯保护继电器由开口杯、干簧触点等组成。运行时，继电器内充满变压器油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧接点闭合，发出信号。 2 重瓦斯保护

重瓦斯保护继电器由档板、弹簧及干簧接点等构成。 当变压器油箱内发生严重故障时，很大的故障电流及电弧使变压器油大量分解，产生大量汽体，使变压器喷油，油流冲击档板，带动磁铁并使干簧触点闭合，作用于切除变压器。

应当指出：重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器少数绕组发生匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动。此时，靠重瓦斯保护切除故障。 3 提高可靠性措施

瓦斯继电器装在变压器本体上，为露天放置，受外界环境条件影响大。运行实践表明，由于下雨及漏水造成瓦斯保护误动次数很多。

为提高瓦斯保护的正确动作率，瓦斯保护继电器应密封性能好，做到防止露水露气。另外，还应加装防雨盖。

二 压力保护

压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护。其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它是反应变压器油的压力的。

压力继电器又称压力开关，由弹簧和触点构成。置于变压器本体油箱上部。

当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧动作带动继电器动接点，使接点闭合，切除变压器。 三 温度及油位保护

当变压器温度升高时，温度保护动作发出告警信号。 油位是反映油箱内油位异常的保护。运行时，因变压器漏油或其他原因使油位降低时动

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作，发出告警信号。

四 冷却器全停保护

为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各种的冷却系统。在运行中，若冷却系统全停，变压器的温度将升高。若不即时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。

冷却器全停保护，是在变压器运行中冷却器全停时动作。其动作后应立即发出告警信号，并经长延时切除变压器。

冷却器全停保护的逻辑框图如图11-46所示。

信号K1&t10出口LP&K2t20出口

图11-46 冷却器全停保护

在图11-46中：K1－冷却器全停接点，冷却器全停后闭合；

LP－保护投入压板，当变压器带负荷运行时投入； K2－变压器温度接点。

变压器带负荷运行时，压板由运行人员投入。若冷却器全停，K1接点闭合，发出告警信号，同时启动t1延时元件开始计时，经长延时t1后去切除变压器。

若冷却器全停之后，伴随有变压器温度超温，图中的K2接点闭合，经短延时t2去切除变压器。

在某些保护装置中，冷却器全停保护中的投入压板LP，用变压器各侧隔离刀闸的辅助接点串联起来代替。这种保护构成方式的缺点是：回路复杂，动作可靠性降低。其原因是：当某一对辅助接点接触不良时，该保护将被解除。

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第十二章 母线保护

第一节 概述

母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。

一 母线的接线方式

母线的接线方式种类很多。应根据发电厂或变电站在电力系统中的地位，母线的工作电压，连接元件的数量及其他条件，选择最适宜的接线方式。 1 单母线和单母线分段

单母线及单母线分段的接线方式如图12-1所示。

母线I段母线B5B2B3II段母线B1B2B1B4

(a) 单母线 （b） 单母线分段

图12-1 单母线及单母线分段接线

在图中：B1~B4－出线断路器； B5－分段断路器。

在发电厂或变电站，当母线电压为35~66KV、出线数较少时，可采用单母线接线方式；而当出线较多时，可采用单母线分段；对110KV母线，当出线数不大于4回线时，可采用单母线分段。 2 双母线

在大型发电厂或枢纽变电站，当母线电压为110KV以上，出线在4回以上时，一般采用双母线接线方式，如图12-2所示。

B3B4I母B5II母B1B2

图12-2 双母线接线

在图中：B1~B4－出线断路器； B5－母联断路器。 3 角形母线

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出线回路不多的发电厂，其高压母线可采用角形接线。如图12-3所示。

B1B2B4B3

图12-3 角形接线母线

在图中：B1~B4－出线断路器。 4 3断路器母线

2当母线故障时，为减少停电范围，220KV及以上电压等级的母线可采用3断路器母线

2的接线方式。其接线如图12-4所示。

I母B1B2B3B4B5B6II母

图12-4 3断路器母线接线方式

2在图12-4中：B1~B6－出线断路器。

断路器B1~B3组成一串；断路器B4~B6组成另一串。B2~B5叫串中间断路器。

二 母线的故障

在大型发电厂和枢纽变电站，母线连接元件甚多。主要连接元件除出线单元之外，尚有TV、电容器等。

运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。

母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。

三 母线保护

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当发电厂和变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非常必要的。

1 对母线保护的要求

与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。 （1）高度的可靠性

母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。 （2）选择性强、动作速度快

母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。 2 对电流互感器的要求

母线保护应接在专用TA二次回路中，且要求在该回路中不接入其他设备的保护装置或测量表计。TA的测量精度要高，暂态特性及抗饱和能力强。

母线TA在电气上的安装位置，应尽量靠近线路或变压器一侧，使母线保护与线路保护或变压器保护有重叠保护区。 3 与其他保护及自动装置的配合

由于母线保护关联到母线上的所有出线元件，因此，在设计母线保护时，应考虑与其他保护及自动装置相配合。

（1）母差保护动作后作用于纵联保护停信

当母线发生短路故障（故障点在断路器与TA之间）或断路器失灵时，为使线路对侧的高频保护迅速作用于跳闸，母线保护动作后应使本侧的收发信机停信。 （2）闭锁线路重合闸

当发电厂或重要变电站母线上发生故障时，为防止线路断路器对故障母线进行重合，母线保护动作后，应闭锁线路重合闸。 （3）起动断路器失灵保护

为使在母线发生短路故障而某一断路器失灵或故障点在断路器与TA之间时，失灵保护能可靠切除故障，在母线保护动作后，应立即去启动失灵保护。 （4）短接线路纵差本侧电流回路

对超短输电线路，为确保线路保护的选择性，通常配置线路纵差保护。当母线保护区内发生故障时，为使线路对侧断路器能可靠跳闸，母线保护动作后，应短接线路纵差保护的电流回路，使其可靠动作，去切除对侧断路器。 （5）使对侧平行线路电流横差保护可靠不动作

当平行线路上配置有电流横差保护时（两回线分别接在两条母线上），母线保护动作后，先跳开母联（或分段）断路器，再跳开与故障母线连接的线路断路器。

三 大型发电厂及枢纽变电站母线保护装置中含保护的类别

在大型发电厂及枢纽变电站的成套母线保护装置中，配置有母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护、母联过流保护、母联非全相运行保护及断路器失灵保护等。

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第二节 母线差动保护

在母线保护中最主要的是母差保护 一 母差保护的分类

就其作用原理而言，所有母线差动保护均是反映母线上各连接单元TA二次电流的向量和的。当母线上发生故障时，各连接单元的电流均流向母线；而在母线之外（线路上或变压器内部发生故障），各连接单元的电流有流向母线的，有流出母线的。母线上故障母差保护应动作，而母线外故障母差保护可靠不动作。

若按母差保护差动回路中的阻抗分类，可分为高阻抗母差保护、中阻抗母差保护和低阻抗母差保护。

低阻抗母差保护通常叫做电流型母线差动保护。根据动作条件分类，电流型母线差动保护又可分为电流差动式母差保护、母联电流比相式母差保护及电流相位比较式母差保护。

本节介绍国产微机电流型母差保护、中阻抗母差保护及高阻抗母差保护。

二 微机电流型母线差动保护

目前，微机电流型母差保护在国内各电力系统中得到了广泛应用。 1 作用原理及逻辑框图

微机电流型母差保护的作用原理是

Ij1nj0 ……………………………………………………（12-1）

式中：n－正整数；

－母线所连第j条出线的电流。 Ij即母线正常运行及外部故障时流入母线的电流等于流出母线的电流，各电流的的向量和

等于零。

当母线上发生故障时

保护动作。

式中：Iop－差动元件的启动电流； Ij的物理意义同式（12-1）。

母线差动保护，主要由三个分相差动元件构成。另外，为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。

对于单母线分段或双母线的母差保护，每相差动保护由两个小差元件及一个大差元件构成。大差元件用于检查母线故障，而小差元件选择出故障所在的哪段或哪条母线。

双母线或单母线分段一相母差保护的逻辑框图如图12-5所示。

Ij1njIop ……………………………………………………（12-2）

60

信号大差元件小差元件&＆跳开关启动元件复压闭锁元件TA饱和鉴定元件

图12-5 双母线或单母线分段母差保护逻辑框图（以一相为例）

由图12-5可以看出：当小差元件、大差元件及启动元件同时动作时，母差保护保护出口继电器才动作；此外，只有复合电压元件也动作时，保护才能去跳各断路器。

如果TA饱和鉴定元件鉴定出差流越限是由于TA饱和造成时，立即将母差保护闭锁。 2 小差元件

小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA二次电流。

（1）动作方程

小差元件的动作方程为

 Ij1nnjI0po ………………………………………………..（12-3）

jIj1KzIj1nj式中：n－其值为正整数；

Ij－为接母线的第j个连接单元TA的二次电流； Kz－比率制动系数，其值小于1； I0po－小差元件的启动电流。

（2）动作特性

根据式（12-3）的动作方程，绘制出的动作特性曲线如图12-6所示。

IdII区义意无2I区作动1区动IzIopo制

图12-6 差动元件的动作特性图

61

在图中：Id－差动电流，IdIj1njj1nj；

Iz－制动电流，IzI；

I 1－整定的动作曲线与Iz轴的夹角，1arctgnjIj1j1n；

j 2－动作特性曲线的上限与Iz轴的夹角，即

0

Ij1nj＝

Ij1nj时动作特性曲线与

Iz轴的夹角，显然，2＝45，或tg21。

由图可以看出，母线小差元件的动作特性为具有比率制动的特性曲线。由于

Ij1nj不

可能大于

Ij1nj，故差动元件不可能工作于2＝450曲线的上方。因此将2＝450曲线的上

方称之无意义区。 3 大差元件

接入大差元件的电流为二条（或二段）母线所有连接单元（除母联之外）TA的二次电流。

大差元件的动作方程及动作特性曲线与小差元件相似。不同之处是大差元件比率制动系数有两个，即有高定值和低定值，当双母线母联断路器或单母线分段的分断路器断开运行时，采用比率制动系数取低定值。而小差元件则固定取比率制动系数高定值。 4 启动元件

为提高母差保护的动作可靠性，设置有专用的启动元件，只有在启动元件启动之后，母差保护才能动作。

不同型号母差保护，采用的启动元件有差异。通常采用的启动元件有：电压工频变化量元件、电流工频变化量元件及差流越限元件。 （1）电压工频变化量元件

当两条母线上任一相电压工频变化量大于门坎值时，电压工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为

UUT0.05UN …………………………………………….（12-4）

式中：U－相电压工频变化量瞬时值； UN－额定相电压（TV二次值）； UT－浮动动作门坎值。

（2）电流工频变化量元件

当相电流工频变化量大于门坎值时，电流工频变化量元件动作，去启动母差保护。动作方程为

IKIN …………………………………………….（12-5）

62

式中：I－相电流工频变化量瞬时值； IN－标称额定电流；

K－小于1的常数。 （3）差流越限元件

当某一相大差元件测量差流大于某一值时，差流越限元件动作，却启动母差保护。动作方程为

Ij1nj …………………………………………….（12-6） Iopo－差动电流启动门坎值； 式中：Iopo Id＝

Ij1nj－大差元件某相差动电流。

当上述各启动元件动作后，均将动作展宽0.5秒。

5 TA饱和鉴定元件

母线出线故障时TA可能饱和。某一出线元件TA的饱和，其二次电流大大减少（严重饱和时TA二次电流等于零）。为防止区外故障时由于TA饱和母差保护误动，在保护中设置TA饱和鉴别元件。

（1）TA饱和时二次电流的特点及其内阻的变化

理论分析及录波表明：TA饱和时其二次电流有如下几个特点：

（I）在故障发生瞬间，由于铁芯中的磁通不能跃变，TA不能立即进入饱和区，而是存在一

个时域为3~5ms的线性传递区。在线性传递区内，TA二次电流与一次成正比。

（II）TA饱和之后，在每个周期内一次电流过零点附近存在不饱和时段，在此时段内，TA

二次电流又与一次电流成正比。

（III）TA饱和后其励磁阻抗大大减小，使其内阻大大降低，严重情况内阻等于零。

（IV）TA饱和后，其二次电流偏于时间轴一侧，致使电流的正、负半波不对称，电流中含

有很大的二次和三次谐波电流分量。 （2）TA饱和鉴别元件的构成原理

目前，在国内广泛应用的母差保护装置中，TA饱和鉴别元件均是根据饱和TA二次电流的特点及其内阻变化规律原理构成的。在微机母差保护装置中，TA饱和鉴别元件的鉴别方法主要是同步识别法及差流波形存在线性传变区的特点；也有利用谐波制动原理防止TA饱和差动元件误动的。 （I）同步识别法

当母线区内发生故障时，各出线元件上的电流将发生很大的变化，与此同时在差动元件中出现差流，即工频电流的变化量与差动元件中的差流是同时出现。当母差保护区外发生故障时，各出线元件上的电流立即发生变化，但由于故障后3~5msTA磁路才会饱和，因此，差动元件中的差流比故障电流晚出现3~5ms。

在母差保护中，当故障电流（即工频电流变化量）与差动元件中的差流同时出现时，认为是区内故障开放差动保护；而当故障电流比差动元件中的差流出现早时，即认为差动元件中的差流是区外故障TA饱和产生的，立即将差动保护闭锁一定时间。将这种鉴别区外故障TA饱和的方法称作同步识别法。 （II）自适应阻抗加权抗饱和法

在该方法中，采用了工频变化量阻抗元件Z。所谈的变化量阻抗Z，是母线电压的变

63

化量与差回路中电流变化量的比值。

当区外发生故障时，母线电压将发生变化，即出现了工频变化量电压；当TA饱和之后，差动元件中出现了差流，即出现工频变化量差流。出现了工频变化量阻抗Z。而当区内发生故障时，母线电压的变化与差动元件中差流的变化与阻抗的变化将同时出现。

所谓自适应阻抗加权抗饱和法的基本原理实际也是同步识别法原理，也就是故障后TA不会立即饱和原理。

在采用自适应阻抗加权抗饱和法的母差保护装置中，设置有工频变化量差动元件、工频变化量阻抗元件及工频变化量电压元件。当发生故障时，如果差动元件、电压元件及阻抗元件同时动作，即判为母线上故障，开放母差保护；如果电压元件动作在先而差动元件及阻抗元件后动作，即判为区外故障TA饱和，立即将母差保护闭锁。 （III）基于采样值的重复多次判别法

采用同步识别法或自适应阻抗加权抗饱和法的TA饱和鉴别方法，只适用于故障瞬间。因为上述方法只能将母差保护暂短闭锁，否则，当区外故障转区内故障时，将致使母差保护拒绝动作。

在微机型母差保护中，是将同步识别法（或自适应阻抗加权法）与基于采样值的重复多次判别法相结合构成TA饱和鉴别元件。

基于采样值的重复多次判别法是：若在对差流一个周期的连续R次采样值判别中，有S次及以上不满足差动元件的动作条件，认为是外部故障TA饱和，继续闭锁差动保护；若在连续R次采样值判别中有S次以上满足差动元件的动作条件时，判为发生区外故障转母线区内障，立即开放差动保护。

该方法实际是基于TA一次故障电流过零点附近存在线性传变区原理构成的。 （IV）谐波制动原理

TA饱和时差电流的波形将发生畸变，其中会有大量的谐波分量。用谐波制动可以防止区外故障TA饱和误动。

但是，当区内故障TA饱和时，差电流中同样会有谐波分量。因此，为防止区内故障或区外故障转区内故障TA饱和使差动保护拒动，必须引入其他辅助判据，以确定是区内故障还是区外故障。

利用区外故障TA饱和后在线性传变区无差流方法，来区别区内、外故障，而利用谐波制动防止区外故障误动。试验表明，该方法是优异的抗TA饱和方法。 6 复合电压闭锁元件

前已述及，母差保护是电力系统的重要保护。母差保护动作后跳断路器的数量多，它的误动可能造成灾难性的后果。

为防止保护出口继电器误动或其他原因跳断路器，通常采用复合电压闭锁元件。只有当母差保护差动元件及复合电压闭锁元件同时动作时，才能作用于去跳各路断路器。 （1）动作方程及逻辑框图

在大电流系统中，母差保护复合电压闭锁元件，由相低电压元件、负序电压及零序过电压元件组成。其动作方程为

UUop 3U0U0op …………………………………………………(12-7)

U2U2op式中：U－相电压（TV二次值）；

3U0－零序电压，在微机母差保护中，利用TV二次三相电压自产； U2－负序相电压（二次值）；

Uop－低电压元件动作整定值； U0op－零序电压元件动作整定值； U2op－负序电压元件动作整定值。 复合电压元件逻辑框图如图12-7所示。

U3U0U2信号+接通差动保护跳各断路器回路

图12-7 复合电压元件逻辑框图

可以看出：当低电压元件、零序过电压元件及负序电压元件中只要有一个或一个以上的元件动作，立即开放母差保护跳各路开关的回路。 （2）闭锁方式

为防止差动元件出口继电器误动或人员误碰出口回路造成的误跳断路器，复合电压闭锁元件采用出口继电接点的闭锁方式，即复合电压闭锁元件各对出口接点，分别串联在差动元件出口继电器的各出口接点回路中。

跳母联或分段断路器的回路不串复合电压元件的输出接点。

三 中阻抗母差保护

所谓中阻抗母差保护，是指差流回路的阻抗较大的母差保护。该类保护的特点是动作速度快，躲故障时TA饱和的能力强。 1 差动继电器原理接线及工作原理

每一条母线上的中阻抗母差元件，由三个分相差动继电器构成。

设某条母线上只有二个出线单元，其一相差动继电器的原理接线如图12-8所示。

母线I2I13TM12Ic2IdRdKsIDUdD1D2**i1*T1*i14ILD1*GLJRcRs/2IcRs/2UsKDT2*i2**i2D2IT

图12-8 中阻抗差动继电器原理接线图

在图12-8中：T1、T2－辅助变流器； TM－升流变流器；

GLJ－TA断线告警元件，监视差回路的不平衡电流； Rc－差回路附加电阻；

Rd－TM二次动作电流回路电阻；

65

Id－动作电流； Ud－动作电压； Rs2－制动回路电阻；

Us－制动电压；

Ks－启动元件，无制动特性；

KD－动作元件，具有比率制动特性。

辅助变流器T1及T2的作用是：强弱电隔离、降低电流值及各支路调平衡。强弱电气隔离可提高继电器的抗干扰能力；降低电流值后可使电流回路中各元件的容量及体积减小；当母线各连接单元TA变比不同时，可改变各辅助变流器的变比，使其二次输出电流平衡。

TM及Rc共同使差动回路呈现中阻抗。 继电器的工作原理如下：

的流向如图12-8、I在正常工况下或外部故障TA不饱和时，设两出线单元上的电流I21由T1二次非极性端流出，经升流器TM的一次、GLJ元所示，则辅助变流器T1二次电流i1由件、Rc电阻、Rs2电阻、二极管D1流回T1二次的极性端；辅助变流器T2的二次电流i2T2二次极性端流出，经二极管D2、电阻Rs2、电阻Rc、GLJ元件、TM一次回到T2的非极

与i2大小相等、方向相反，故差回路的电流等于零，启动元件Ks性端。此时，由于电流i1及动作元件KD不会动作。

当母线上发生故障时，出线单元上电流I2的流向将发生变化，由流出母线变成流入母线，

的流向发生变化。与i1方向相同，从而使电流i2此时，i2在继电器差回路中出现很大的电流。

该电流流过升流器TM，产生动作差流Id及动作电压Ud，从而使启动元件Ks及动作元件

KD同时动作，继电器出口及差动保护动作。

需要说明的是：启动元件Ks是否动作只由差流Id的大小决定，而动作元件动作情况不

及i2的向量和，而Us但决定于Id的大小，而且还与制动电压Us的大小有关。Id决定于i1及i2绝对值的和。 决定于i12 动作方程

启动元件的动作方程

Ij1njILop …………………………………………………….（12-8）

动作元件的动作方程

Ij1njKzIj1njIhop ……………………………………….（12-9）

式中：Ij －为第j个连接元件的电流； ILop－启动元件的动作电流； Iho－动作元件的最小动作电流； p 66

Kz－比率制动系数。 根据式（12-8）及式（12-9）并考虑到特性如图12-9所示。

IdzIj1nj不可能大于

Ij1nj，绘出的中阻抗保护动作

C区义意无区作动KztgBIhopILopAIzd

图12-9 中阻抗保护的动作特性

图中：Idz－为差电流； Kz－制动系数； Izd－制动电流；

其他符号的物理意义同式（12-8）及式（12-9）。

在图12-9中，直线C为动作元件上限的边界线；直线B为动作元件的动作边界线；直线A为启动元件的动作边界线；阴影部分为动作区。

直线C的方程为

I＝Ijj1j1nnj，其斜率等于1。可以看出直线C的上方为无意义区。

3 影响比率制动系数的因数

所谓动作元件的比率制动系数，指的是曲线B的斜率，即Kztg。

由图可以看出，若不计动作元件动作门坎（即最小动作电流Ihop）的影响，KD处于临界动作状态的条件是动作电压＝制动电压，即Ud＝Us。

设动作元件处于临界动作时外加电流为IT，则制动电压

UsIT而动作电压 UdITNTMRSRdKz …………………………………..（12-10）

RdRSRs2

式中：NTM－升流变流器的变比；

其他符号的物理意义同图12-8及式（12-9）。 则制动系数KzRdRs …………………………………..（12-11）

2NTMRd可以看出：制动系数Kz由继电器回路的参数Rd、Rs及NTM决定。

4 差动TA饱和的影响 （1）区外故障TA饱和

设故障点在图12-8中的K点，该线路上的差动TA严重饱和。

在故障发生的瞬间，TA不会立即饱和，此时的工况与外部故障TA不饱和工况完全相

67

同，差动继电器不会动作。待TA饱和之后，其二次电流i1及辅助电流互感器T1的二次电流近似等于零。由于线路TA饱和其励磁阻抗很小，致使电流互感器内阻近似等于零，相当i1于将辅助变流器一次短路，使其内阻也为零。由于差动继电器差动回路串有较大的电阻，辅

的流经变成：由T2极性端出，经二极管D2、电阻Rs、电阻Rs、助变流器T2二次电流i222二极管D1、辅助变流器T1二次极性端、辅助变流器T1非极性端，流回辅助变流器T2非极

性端。

可以看出区外故障时，差动TA饱和越严重，差动继电器越可靠不动作。

综上所述，中阻抗母差保护抗TA饱和原理是：TA不饱和时，其内阻很大，比差动继电器差回路中的阻抗大得多，其他TA二次电流不会流经该TA；TA饱和时其内阻大大降低，由于差动继电器差回路电阻大，使非饱和TA二次电流的流经发生了变化：不再经差动继电器的差回路流动，而是经饱和TA二次（辅助变流器二次）形成回路，故使差动继电器的差流很小，保护不动作。 （2）区内故障TA饱和

中阻抗保护的另一特点是动作速度快，内部故障后2ms之内，动作元件KD及启动元件Ks动作并将动作状态记忆下来，从而确保母差保护可靠跳闸。

综上所述，中阻抗母差保护从原理上不受TA饱和的影响。

分析表明：若区外故障TA处于某一浅饱和状态时，差动保护有可能会误动。因此，应注意继电器中各参数的选择。 5 逻辑框图

为防止差动TA二次回路断线母差保护误动，保护装置中设置有TA断线报警及闭锁差动出口元件；为防止出口中间继电器误动或维护人员误碰中间继电器出口接点致使误跳断路器，装置中设置有快速复合电压闭锁元件。

中阻抗差动保护动作逻辑框图如图12-10所示。

A相启动元件＆A相动作元件B相启动元件+＆＆TA断线＆跳各断路器B相动作元件C相启动元件C相动作元件复压闭锁元件

图12-10 中阻抗保护动作逻辑框图

由图12-10可以看出，当差动保护中某一相差动继电器的启动元件及动作元件同时动作后，启动“或门”回路，“或门”回路动作后将动作状态自保持，同时启动“与门”回路，此时，如果复合电压闭锁元件满足动作条件，保护动作去跳各路断路器。

如果差动TA二次回路发生开路或断线，TA断线闭锁元件将全套保护闭锁。 6 复合电压闭锁元件

中阻抗母差保护的复合电压闭锁元件，由低电压元件、负序电压元件及零序电压元件构成。其逻辑框图同图12-7。

四 高阻抗母差保护

高阻抗母差保护是在差动回路中串接一阻抗值很大（约2.5~7.5KΩ）的电压继电器而构

68

成，故将该母差保护称之为电压型母差保护。该保护的特点是动作速度快，区外故障TA饱和时不会误动。

1 原理接线及工作原理

设母线上有三条出线，其一相电压差动型母差保护的原理接线图如图12-11所示。

母线B2B3****LH2**LH3YJI1I2I3

图12-11 电压型母差保护原理接线

在图中：B1~B3－出线断路器；

LH1~LH3－出线电流互感器； YJ－电压继电器。

、I流入母线，则根据克希荷夫定律由母线流出，而电流I设在正常工况下，设电流I231知

+I ＝I I231其等值电路如图12-12所示。

Z1mZ2I1ZM1ZYJZM2I1n

图12-12 电压型母差保护等值网路

在图12-12中：ZM1－电流互感器LH1的励磁阻抗；

ZM2－电流互感器LH2及LH3的等值励磁阻抗； ZYJ－电压继电器的阻抗；

Z1、Z2－分别为互感器LH1及LH2、LH3二次通过电缆与继电器YJ

连接阻抗及等值连接阻抗。

及一个等值阻抗Z。等值电根据戴维南定理，图12-12可以简化成一个等值电流源I为将图12-12中m、n两点短路时流过该两点的电流，等值阻抗Z为将m、n两点流源I之间开路的，该两点之间的输入阻抗。

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IZZM1ZM2ZM1Z2ZM2Z1I1I1I………………………（12-12）

ZM1Z1ZM2Z2(ZM1Z1)(ZM2Z2)1(ZM1Z1)(ZM2Z2) ………………………………………（12-13）

ZM1ZM2Z1Z2ZM1Z2ZM2Z1I ………………………（12-14）

ZM1ZM2Z1Z21由于电压继电器的阻抗很大，其两端的电压

Z UYJI式中：UYJ－电压继电器电压线圈上的电压。

讨论：当LH1、LH2及LH3的特性完全相同（励磁特性相同）及由其二次至电压继电器的电缆连接阻抗相同，则ZM2ZM1Z，Z21。代入式（12-14）得UYJ0。即继电器上无22电压，保护不动作。

当外部故障差动TA不饱和时，可得出与上述相同的结论。

上述结论的物理意义是：在正常工况及外部故障TA不饱和时，当各差动TA的特性完全相同及各TA二次与电压继电器之间的连接阻抗也完全相同时，某支路电流或某几支路电流之和与其他支路电流之和大小相等、方向相反，流入差动继电器的电流等于零，这相当于某一支路或某几支路的TA二次电流流经其他TA的二次绕组。

当区外故障某一差动TA饱和时，该饱和TA励磁阻抗降低到很小，此时，非饱和的所有TA二次电流均流经饱和TA的二次形成回路，而不会流经电压继电器的线圈，继电器不会动作。

区内故障TA不饱和时，所有TA二次电流均将流过差动继电器，产生很高的电压，差动保护动作。而当区内故障某一差动TA饱和时，由于TA饱和需经3~5ms的延时，而在故障后TA开始饱和之前差动继电器已经动作并予以记忆，因此，不受TA饱和的影响。 2 优缺点

高阻抗母差保护的优点是：接线简单，选择性好，动作快及不受TA饱和的影响。 其缺点是：要求各TA的型号变比完全相同，并且还要求各TA的特性及二次负载要相同；由于差回路的阻抗很高，区内故障时TA二次将出现很高的电压。因此，要求TA二次电缆及其他部件的绝缘水平要高。

五 提高母线差动保护动作可靠性措施

母差保护的误动及拒绝动作，都将造成严重后果。因此，为确保电力系统的安全经济运行，提高母差保护的动作灵敏度及动作可靠性是非常必要的。 1 TA断线闭锁

目前，对于大型发电机及变压器，为了设备及人身的安全，差动TA断线后不应闭锁差动保护。与大型发电机及变压器相比，母线出线TA的变比要小得多。例如200MW机组TA的变比为12000/5＝2400，高压母线出线上TA的变比通常为600/1或1200/1，相差2~4倍；500KV出线TA的变比将更小。相对而言，TA的变比越小，二次回路开路的危害越小。又由于母差保护的误动可能造成严重的后果，在母线保护装置中设置有TA断线闭锁元件，当差动TA断线时，立即将母差保护闭锁。 （1）TA二次回路断线判别

在微机母差保护装置中，一般采用系统无故障时差流越限，即

IdIop …………………………………………………….（12-15） 时，来判为差动TA二次回路断线。

70

式中：Id－差电流；

Iop－TA断线闭锁元件动作电流。

在某些装置中，也有采用零序电流作为TA断线判据的。即当任一支路中的零序电流 3I00.25Imax0.4Ie ………………………………………………（12-16） 时，判为差动TA断线。

式中：3I0－零序电流； Ima－最大相电流； x Ie－标称额定电流（5A或1A）。

（2）对TA断线闭锁的要求

对母差保护装置中的TA断线闭锁元件提出以下要求 （I）延时发出告警信号

正常运行时，发电机及变压器的差动TA断线，差动保护要误动。对于电流型微机母差保护及中阻抗母差保护，由于母线连接元件多而使差动回路支路数多，以及制动电流为各单元电流绝对值和，因此，某一支路的一相TA二次回路断线，一般保护不会误动。此时，若再发生区外故障，母差保护将误动。因此，当TA断线闭锁元件检测出TA断线之后，应经一定延时（一般5秒）发出告警信号并将母差保护闭锁。 （II）分相设置闭锁元件

母差保护为分相差动，TA断线闭锁元件也应分相设置，即哪一相TA断线应去闭锁哪一相动保护，以减少母线上又发生故障时差动保护拒动的几率。 （III）母联、分段断路器TA断线，不应闭锁母差保护

若断线闭锁元件检查到的是母联TA或分段TA断线，应发TA断线信号而不闭锁母差保护，但此时应自动切换到单母方式，发生区内故障时不再进行故障母线的选择。 2 TV断线监视

对采用复合电压闭锁的母差保护，为防止由于TV二次回路断线造成对母线电压的误判断，设置有TV二次回路断线的监视元件。

TV断线监视元件的TV断线判据有各种各样的。

（1）利用自产零序电压与TV开口三角形电压进行比较判别，即当

UU3U Uabc03＞Uop …………………………………………..（12-17）

UU3U3＞U …………………………………………..（12-18） 及 Uopabc0判为TV二次断线。

、U、U－TV二次三相电压； 式中：Uabc 3U0－TV开口三角形电压； Uop－TV断线闭锁元件动作电压。

式（12-17）适用于大电流系统，而式（12-18）适用于小电流系统。

（2）利用负序电压判别

当TV二次负序电压大于某一值，例如 U212V时

判TV断线。

71

（3）利用三相电压幅值之和及TA二次有电流判别，即

UaUbUcUe  ……………………………………………………（12-19）

I0.04Iea(b,c)判断为TV二次断线。

、U、U－TV二次三相电压； 式中：Uabc Ue－TV二次额定电压； Ia(b,c)－TA二次三相电流；

Ie－TA二次标称额定电流（5A或1A）。

检测出TV二次断线后经延时发出告警信号，但不应闭锁保护。

3 运行方式识别

根据系统运行方式的需要，双母线上各连接元件经常在两条母线上切换，因此正确地确认母线运行方式，即确认哪个连接元件接在哪条母线上运行，是保证母线差动保护正确动作的重要条件。

在中阻抗及电流型微机母差保护装置中，利用隔离刀闸的辅助接点来识别母线的运行方式的。

（1）中阻抗母差保护运行方式的识别

在中阻抗型母差保护装置中，是利用刀闸辅助接点启动切换继电器来确定母线连接单元 运行在哪条母线上的。

在双母线的中阻抗母差保护装置中，有两套完全相同的差动元件，分别称之为甲（或I）母差动及乙（或II）母差动。接在甲母上的连接元件，其隔离刀闸与甲母联接，并通过切换继电器接点将该元件差动TA二次电流引入到甲母差动回路中；而当该连接元件切换到乙母上运行时，通过切换继电器将TA二次电流自动引入到乙母差动回路中。装置上有信号灯，指示连接元件工作的母线。

在将连接元件由一条母线切换到另一条母线上的倒闸操作过程中，切换继电器自动地将两套差动元件合为一套（称之互联）；当倒闸操作完毕后再将两套差动元件分开。

可以看出，由于差动TA二次回路中串有切换继电器的辅助接点，因此，隔离刀闸辅助接点及切换继电器的良好性将直接影响母差保护工作的可靠性。

为提高中阻抗型母差保护动作可靠性，对切换继电器提出以下要求： （I）切换继电器的动作电压应为额定电压的60%~75%； （II）切换继电器接点的接触应可靠；

（III）用两对接点并联起来作一对接点用；

（IV）在切换过程中，切换接点应先闭合后另一对接点才打开，以防止切换过程中TA二次

开路。

另外，对隔离刀闸辅助接点应经常检查，确保动作的可靠性。 （2）电流型微机母差保护的识别

在微机型母差保护装置中，由软件计算来识别母线的运行方式。当计算出某支路有电流（即出现差流）而无刀闸位置信号时，发出告警信号，并按装置原来记忆的刀闸位置计算差电流，并根据当前系统的电流分布状况自动校核刀闸位置的正确性，以确保保护不误动。

为防止因隔离刀闸辅助接点损坏而使装置长期工作于不正常状态，在母差装置盘上设置有母线模拟盘。当刀闸位置发生异常保护发出告警信号时，运行人员应立即通知维护人员进行检修，同时将模拟盘上强制拨指开关合上，使满足相应的刀闸位置状态，以确保检修期间

72

母差保护正常运行。

在母差保护投运试验时，应仔细检查隔离刀闸状态与保护对应位置识别的一致性及其回路的良好性。投运之后，在运行人员倒闸操作后，应对刀闸位置及其回路的正确性予以确认。 4 大差元件比率制动系数的自动调整

在国内生产并广泛应用的微机双母线及单母线分段的母差保护装置中，设置两个小差元件及一个大差元件。大差元件用于确认母线故障，小差元件确定故障所在母线。

正常运行时大差元件的整定值（启动电流及比率制动系数）与小差元件基本相同。接入大差元件的电流为两条母线各所连元件（除母联之外）TA二次电流，接入小差元件的电流为某条母线各所连元件（包括母联）TA二次电流。

分析表明：当两条母线运行时（即母联断路器或分段断路器断开），若母线上发生故障，大差元件的动作灵敏度要降低。

（1）母联断路器状态对差动元件动作灵敏度的影响

现以图12-13的双母线接线为例来分析差动元件动作灵敏度。

I4B1I母I3B2I0B0II母B3I1IB4

图12-13 母线接线示意图

在图12-13中：B1~B4－母线出线断路器； B0－母联断路器。

4个电流；~I运行时，流入大差元件的电流为I流入I母小差元件的电流为I3、I4及I041、I3个电流。 、I三个电流；流入II母小差元件的电流为I201IIIIII；当母联运行时I母发生短路故障，I母小差元件的差流为I3403412III。两者之比为1。大差元件的差流与制动电流I母小差元件的制动电流也为I3412与I母小差相同，两者之比也为1。

I，制动电流也为当母联断开时I母发生短路故障时，I母小差元件的差流为I34III，I，I而大差元件的制动电流仍为I3412但差流确只有I3I4。34两者之比为1。

显然大差元件的动作灵敏度大大下降。

（2）实际对策

为保证母联断路器停运时母差保护的动作灵敏度，可以采取以下措施： （I）解除大差元件

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当母联断路器退出运行时，通过隔离刀闸的辅助接点解除大差元件，只要小差元件及其他启动元件动作就可以去跳断路器。这种对策的缺点是降低了保护的可靠性。 （II）自动降低大差元件的比率制动系数

当母联断路器退出运行时，用断路器辅助接点作为开入量，自动将大差元件的制动系数减小。目前，这种措施在微机保护装置中得到了应用。在有些装置中，自动将制动系数降低到0.3。

5 母差保护的死区问题

在已被采用的各种类型的母差保护中，存在着一个共同的问题，就是死区问题。对于双母线或单母线分段的母差保护，当故障发生在母联断路器或分段断路器与母联TA或分段TA之间时，非故障母线的差动元件要误动，而故障母线的差动元件要拒动。即存在死区。 （1）死区原因分析

双母线及其母差保护的原理接线如图12-14所示。

***i3i4*LH3I3LH4I母小差元件B1I母I4B2B0**I0i0II母LH0i0B3I1**B4LH1*II母小差元件*LH2i1i2I

图12-14 双母线及其原理接线

在图12-14中：B1~B4－出线断路器； B0－母联断路器；

LH1~LH4－出线电流互感器； LH0－母联电流互感器。

II(II)。流出母线，、设正常工况下电流I而I3、则母联电流II401234 1I2流入母线，

由图可以看出：流入II母小差的电流为

i1i2i00

则流入I母小差的电流为i3i4i00，故两个小差元件均不动作。大差元件亦不动作。 当故障发生在母联断路器B0与母联电流互感器LH0之间时，大差元件动作。同时电流

及I增大，但流向不变，故II母小差元件的差流近似等于零，不动作；而电流I与I、II20341的大小及流向均发生了变化（由流出母线变成流入母线）， I母小差元件的差流很大。I母小差动作。I母差动保护动作，跳开断路器B0、B1及B2；而II母小差元件不动作，无法跳开断路器B3及B4。因此，真正的故障无法切除 。 （2）对策

在母线保护装置中，为切除母联断路器与母联TA之间的故障，通常设置母联断路器失灵保护。因为上述故障发生后，虽然母联断路器已被跳开，但母联TA二次仍有电流，与母

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联断路器失灵现象一致。

在国产的微机母线保护装置中，设置有专用的死区保护，用于切除母联断路器与母联TA之间的故障。

6 提高母差保护可靠性的其他措施

与其他保护比较，母差保护的回路复杂及分布面广，接入TA的数量多，跳断路器的数量多，与其他保护（例如线路高频保护、重合闸、纵差等）横向联系回路多。因此，确保上述回路的正确性及良好性，是提高母差保护动作可靠性的重要手段之一。 （1）各组差动TA二次回路只能有一个接地点，接地点应在保护盘上。

母差TA的数量多，各组TA之间的距离远。母差保护装置在控制室而与各组TA安装处之间的距离远。若在各组TA二次均有接地点，而由于各接地点之间的地电位相差很大，必定在母差保护中产生差流，可能导致保护误动。

西北某电站母差保护TA二次回路中有二个接地点，一个在保护盘上，另一个在变电站TA端子箱内。雷雨天，母差保护误动，同时切除了二条母线，致使全厂停电。 （2）定期检测差动TA二次电缆芯线对地绝缘

运行实践表明，发电厂及变电站一旦投产之后，退出母差保护校验的机会不多，TA二次回路无法检查。

若差动TA二次回路对地绝缘不良，可能使TA二次某相流入差动元件的电流减小甚至消失，使母差保护误动。

某变电站曾因区外故障时电缆芯线对地放电使母差保护误动。 （3）保证与其他保护之间的联系回路正确

在母差保护正式投运之前，应认真检查与其他保护之间联系回路的正确性，在条件许可的情况下，可进行传动试验，验证母差保护与其他保护之间联系的正确性。

某发电厂投运已20多年。近来发生了母差保护动作线路重合闸重合而造成的重大事故，造成了很大的经济损失及设备损坏。追查原因，是母差保护闭锁重合闸的回路有误。 （4）运行中中阻抗母差保护TA二次不能短接

试验表明，若将运行中中阻抗母差保护的一组TA二次回路短接，等于将全套母差保护退出运行。其原因相当于TA饱和。

当母线某一连接元件检修时，可将该连接元件的母差TA二次回路在辅助TA一次断开。 （5）定期检查中阻抗母差保护的切换继电器

运行实践表明，曾因切换继电器性能不良造成中阻抗母差保护误动及发告警信号 。 为提高中阻抗母差保护的可靠性，结合母差保护的检修，重点校验及检查切换继电器的性能，以保证动作电压为60%~70%的额定电压，接点动作可靠，断开接点之间的绝缘满足要求。即时更换不合格或性能变差的切换继电器。

第三节 母联过流及充电保护

一 母联过流保护

母联过电流保护是临时性保护。当用母联代路时投入运行。 1 动作方程

当流过母联断路器三相电流中的任一相或零序电流大于整定值时动作，跳开母联开关。动作方程为

Ia(b,c)Iop ………………………………………………………………（12-20） 3I0I0op ………………………………………………………………（12-21）

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式中：Ia(b,c)－流经母联时a相或b相或c相的电流； Iop－过电流元件动作电流整定值； 3I0－流过母联的零序电流；

I0op－零序电流元件动作电流整定值。 2 逻辑框图

母联过流保护的逻辑框图如图12-15所示。

IaIb+LP&信号t0跳母联Ic3I0

图12-15 母联过流保护逻辑框图

在图12-15中：LP－母联过流保护投退压板（或控制字）。

母联过流保护动作后经延时跳开母联开关。该保护不经复合电压闭锁元件闭锁。

二 充电保护

母线充电保护也是临时性保护。在变电站母线安装后投运之前或母线检修后再投入之前，利用母联断路器对母线充电时投入充电保护。

保护的逻辑框图如图12-16所示。

IaIopLIbIopL+t0LP1跳母联IcIopL+闭锁母差保护IaIophIbIophIcIophLP2+

图12-16 母线充电保护逻辑框图

在图12-16中：Ia、Ib、Ic－母联TA二次三相电流； IopL－充电保护低定值；

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Ioph－充电保护高定值；

LP1、LP2－保护投入压板或控制字。 由图可以看出：当母联电流的任一相大于充电保护的动作电流整定值时，保护动作去跳母联开关。

保护设置两段电流，低定值用于长线经变压器对母线充电，需加一较小延时t；高定值用于直接经母联开关充电。LP1、LP2分别为两种充电方式的投入压板。

母线空充电时，需解除母差保护，一般用母联断路器的手合辅助接点。

第四节 母联断路器失灵保护及死区保护

一 母联断路器失灵保护

母线保护或其他有关保护动作，跳母联断路器的出口继电器接点闭合，但母联TA二次仍有电流，即判为母联断路器失灵，去启动母联失灵保护。

母联失灵保护逻辑框图如图12-17所示。

母线保护动作其他保护启动母联失灵+跳I母及II母IaIb+＆t0Ic复压闭锁元件动作

图12-17 母联失灵保护逻辑框图

在图12-17中：Ia、Ib、Ic－母联TA二次三相电流。

所谓母线保护动作，包括I母、II母母差保护动作，或充电保护动作，或母联过流保护动作。

其他有关保护包括：发变组保护、线路保护或变压器保护。它们动作后去跳母联断路器的接点闭合。

母联失灵保护动作后，经短延时（约0.2~0.3s）去切除I母及II母。

二 死区保护

本节指的死区，是母差保护的死区。

在故障发生在母联断路器及母联TA之间时，母差保护无法切除故障。即在母联断路器与母联TA之间的区域是母差保护的死区。

为确保电力系统的稳定性，在微机型母线保护装置中设置了死区保护，用以快速切除死区内的各种故障。

死区保护的逻辑框图如图12-18所示。

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母联跳闸IaIbIc+&&＆&t0去跳II母I母小差动作大差动作II母小差动作&t0去跳I母

图12-18 母线死区保护逻辑框图

由图12-18可以看出，当I母或II母差动保护动作后，母联开关被跳开，但母联TA二次仍有电流，死区保护动作，经短延时去跳II母或I母（即去跳另一母线）上连接的各个断路器。

图中：Ia、Ib、Ic－母联TA二次三相电流大于某一值。

第五节 非全相运行保护

在运行中，当断路器（包括母联断路器）的一相断开时，将出现断路器非全相运行。 非全相运行，将在电力系统中产生负序电流。负序电流将危及发电机及电动机的安全运行。因此，切除非全相运行的断路器（特别是发变组的断路器），对确保旋转电机的安全运行，具有重要的意义。

断路器非全相运行保护是根据非全相运行时的特点（三相开关位置不一致及产生负序电流及零序电流）构成的。

一 母联断路器非全相运行保护

母联断路器非全相运行保护的逻辑框图如图12-19所示。

TWJAHWJAHWJBHWJCmTWJBTWJCn&t0跳非全相运行断路器I2I0+

图12-19 母联断路器非全相运行保护逻辑框图

在图12-19中：

TWJA、TWJB、TWJC－分别为断路器A、B、C三相的跳闸位置继电器辅助接点，断路器跳闸后接点闭合；

HWJA、HWJB、HWJC－分别为断路器A、B、C三相的合闸位置继电器，当断路器合闸后接点闭合；

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； I2－负序电流（二次值）。 I0－零序电流（二次值）

当断路器非全相运行时，在TWJA、TWJB、TWJC三者中有一个闭合，而在HWJA、

HWJB、HWJC三者中有二个闭合，m、n两点之间导通；另外，由于流过开关的电流缺少一相，必将产生负序电流及零序电流。保护动作后，经延时切除非全相运行断路器。有时还去启动失灵保护。

二 发电机变压器断路器非全相运行保护

发电机变压器断路器非全相运行保护的逻辑框图如图12-20所示。

I0＞+I2＞＆K信号t1t2t3跳本断路器信号解除失灵保护复合电压闭锁回路信号启动失灵保护

图12-20 发电机变压器断路器非全相运行保护逻辑框图

在图12-20中：

I2－负序电流（二次值）； I0－零序电流（二次值）；

K－断路器三相位置不一致综合接点，相当于图12-19中的m、n之间等值接点。 由图12-20可以看出：当断路器三相位置不一致（即出现非全相运行时），综合接点K闭合；此时，若流过断路器的负序电流或零序电流大于整定值时，非全相保护动作，经短延时t1去路非全相运行断路器；若断路器未跳开，非全相运行仍然存在，则保护以延时t2去解除失灵保护的复合电压闭锁，并经延时t3去启动断路器失灵保护。

为确保发电机的安全，在发现断路器非全相运行时，应首先采取减少发电机出力的措施。

第六节 断路器失灵保护

一 断路器失灵

当输电线路、变压器、母线或其他主设备发生短路，保护装置动作并发出了跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作，称之为断路器失灵。 1 断路器失灵的原因

运行实践表明，发生断路器失灵故障的原因很多，主要有：断路器跳闸线圈断线、断路器操作机构出现故障、空气断路器的气压降低或液压式断路器的液压降低、直流电源消失及控制回路故障等。其中发生最多的是气压或液压降低、直流电源消失及操作回路出现问题。 2 断路器失灵的影响

系统发生故障之后，如果出现了断路器失灵而又没采取其他措施，将会造成严重的后果。 （1）损坏主设备或引起火灾

例如变压器出口短路而保护动作后断路器拒绝跳闸，将严重损坏变压器或造成变压器着火。

（2）扩大停电范围

如图12-21所示，当线路L1上发生故障断路器B5跳开而断路器B1拒动时，只能由线路L3、L2对侧的后备保护及发电机变压器的后备保护切除故障，即断路器B6、B7、B4将被切除。这样扩大了停电的范围，将造成很大的经济损失。

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B7L3B3B4B1L1KB5发电机变压器B8B2L2B6

图12-21 断路器失灵事故扩大示意图

（3）可能使电力系统瓦解

当发生断路器失灵故障时，要靠各相邻元件的后备保护切除故障，扩大了停电范围，有可能切除许多电源；另外，由于故障被切除时间过长，影响了运行系统的稳定性，有可能使系统瓦解。

上世纪90年代中期，西北某330KV线路上发生了接地故障，由于故障没即时切除，使某省南部电网瓦解。

二 断路器失灵保护

为防止电力系统故障并伴随断路器失灵造成的严重后果，必须装设断路器失灵保护。 在DL400－91继电保护和安全自动装置技术规程中规定：在220~500KV电力网中，以及110KV电力网的个别重要系统，应按规定设置断路器失灵保护。 1 对断路器失灵保护的要求 （1）动作可靠性高

断路器失灵保护与母差保护一样，其误动或拒动都将造成严重后果。因此，要求其动作可靠性高。

（2）动作选择性强

断路器失灵保护动作后，宜无延时再次跳开断路器。对于双母线或单母线分段接线，保护动作后以较短的时间断开母联或分段断路器，再经另一时间断开与失灵断路器接在同一母线上的其他断路器。 （3）与其他保护的配合

断路器失灵保护动作后，应闭锁有关线路的重合闸。

对于11断路器接线方式，当一串的中间断路器失灵时，灵敏保护则应启动远方跳闸装

2置，断开对侧断路器，并闭锁重合闸。

对多角形接线方式的断路器，当断路器失灵时，灵敏保护也应启动远方跳闸装置，并闭锁重合闸。 2 构成原理

被保护设备的保护动作，其出口继电器接点闭合，断路器仍在闭合状态且仍有电流流过断路器，则可判断为断路器失灵。

断路器失灵保护启动元件就是基于上述原理构成的。 3 断路器失灵保护的构成原则

（1） 断路器失灵保护应由故障设备的继电保护启动，手动跳断路器时不能启动失灵保护； （2） 在断路器失灵保护的启动回路中，除有故障设备的继电保护出口接点之外，还应有

断路器失灵判别元件的出口接点（或动作条件）；

（3） 失灵保护应有动作延时，且最短的动作延时应大于故障设备断路器的跳闸时间与保

护继电器返回时间之和；

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（4） 正常工况下，失灵保护回路中任一对触点闭合，失灵保护不应被误启动或误跳断路

器；

4 失灵保护的逻辑框图

断路器失灵保护由4部分构成：启动回路、失灵判别元件、动作延时元件及复合电压闭锁元件。双母线断路器失灵保护的国；逻辑框图如图12-22所示。

失灵判别及启动元件I母复压闭锁元件运行方式识别II母复压闭锁元件t0&＆00++t20重跳失灵断路器跳母联断路器t1＆&t0t100＆复压闭锁元件切除I母切除II母t20＆

图12-22 双母线断路器失灵保护逻辑框图

（1）失灵启动及判别元件

失灵启动及判别元件由电流启动元件、保护出口动作接点及断路器位置辅助接点构成。 电流启动元件，一般由三个相电流元件组成，当灵敏度不够时还可以接入零序电流元件。保护出口跳闸接点有两类。在超高压输电线路保护中，有分相跳闸接点和三相跳闸接点，而在变压器或发变组保护中只有三跳接点。

保护出口跳闸接点不同，失灵启动及判别元件的逻辑回路有差别。线路断路器失灵保护及变压器或发变组断路器失灵保护的失灵启动及判别回路，分别如图12-23及图12-24所示。

TAIa＆启动失灵TBIb＆+TCIc＆+＆TS

启动失灵图12-23 线路断路器失灵保护启动回路

IaIbIc+TSHWJ&3I0&t0解除复压闭锁

图12-24 变压器（发变组）断路器失灵启动回路

在图中：TA、TB、TC－线路保护分相跳闸出口继电器接点； TS－三跳出口继电器接点；

HWJ－断路器合闸位置继电器接点，断路器合闸时闭合； Ia、Ib、Ic－分别为a、b、c相过电流；

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3I0－零序过电流。

由图12-23可以看出：线路保护任一相出口继电器动作或三相出口继电器动作，若流过某相断路器的电流仍然存在，则就判为断路器失灵，去启动失灵保护。

在图12-24中，继电保护出口继电器接点TS闭合，断路器仍在合位（合位继电器接点HWJ闭合）且流过断路器的相电流或零序电流仍然存在，则去启动失灵，并经延时解除失灵保护的复合电压闭锁元件。 （2）复合电压闭锁元件

复合电压闭锁元件作用是防止失灵保护出口继电器误动或维护人员误碰出口继电器接点，而造成误跳断路器的措施。其动作判据有

UUop

3U0U0op ……………………………………………………（12-22） U2U2op

式中：U－母线TV二次相电压； 3U0－零序电压（二次值）； U2－负序电压（二次值）；

Uop、U0op、U2op－分别为相电压元件、零序电压元件及负序电压元件的整定值。 在小电流系统中的断路器失灵保护采用的复合电压闭锁元件中，应设有零序电压判据。 以上三个判据中，只要有一个满足动作条件，复合电压闭锁元件就动作。双母线的复合电压闭锁元件有两套，分别用于两条母线所接元件的断路器失灵判别及跳闸回路的闭锁。 （3）运行方式的识别

运行方式识别回路，用于确定失灵断路器接在哪条母线上，从而决定出失灵保护去切除该条母线。

断路器所接的母线由隔离刀闸位置决定。因此，用隔离刀闸辅助接点来进行运行的识别。 （4）动作延时

根据对失灵保护的要求，其动作延时应有2个。以0.2~0.3s的延时跳母联开关；以0.5s的延时切除接失灵断路器的母线上连接的其他元件。 5 提高失灵保护可靠性的其他措施

失灵保护动作后将跳开母线上的各断路器，影响面很大，因此要求失灵保护十分可靠。 （1）把好安装调试关

断路器失灵保护二次回路涉及面广，与其他保护、操作回路相互依赖性高，投运后很难有机会再对其进行全面校验。因此，在安装、调试及投运试验时应把好质量关，确保不留隐患。

（2）在失灵启动回路中不能使用非电量保护出口接点

非电气量保护主要有：重瓦斯保护、压力保护、发电机的断水保护及热工保护等。因为非电气量保护动作后不能快速自动返回，容易造成误动。

另外，要求相电流判别元件的动作时间和返回时间要快，均不应大于20ms。 （3）复合电压闭锁方式

对于双母线断路器失灵保护，复合电压闭锁元件应设置两套，分别接在各自母线TV二次，并分别作为各自母线失灵跳闸的闭锁元件。

闭锁方式，应采用接接点闭锁，分别串接在各断路器的跳闸回路中。 （4）复合电压闭锁元件应有一定的延时返回时间

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双母线接线的每条母线上均设置有一组TV。正常运行时其失灵保护的两套复合电压闭锁元件分别接在各自母线上的TV二次。但当一条母线上的TV检修时，两套复合电压闭锁元件将由同一个TV供电。

设I母上的TV检修，与I母连接的系统内出现短路故障I母所连的某一出线的断路器失灵。此时失灵保护动作，以短延时跳开母联。由于失灵保护的两套复合电压闭锁元件均由II母TV供电，而在母联开关跳开后II母电压恢复正常，复合电压元件不会动作，失灵保护将无法将接在I母上各元件的断路器跳开。

为了确保失灵保护能可靠切除故障，复合电压闭锁元件有1秒的延时返回时间是必要的。

第七节 母线保护的整定计算

不同类型的母线保护装置，在整定内容及取值方面有差异。本节主要讨论微机型母线保护的整定计算。

母线保护主要有母差保护和断路器失灵保护。因此，对母线保护的整定计算，主要是对母差保护及失灵保护的整定计算。 一 母差保护的整定计算

目前，国内生产及应且的微机型母差保护，均采用分相完全电流型差动保护。其动作方程为

Iii1nnIdzoKzIi0i1n……………………………………….（12-23）

Iii1式12-23中：

Ii—第i支路中的电流；

Idzo—差动元件的启动电流（初始动作电流）； Kz—比率制动系数。

其动作特性为具有两段折线式比率制动的曲线。

另外，为提高差动保护的动作可靠性，对于500KV以下母线的差动保护，除11开关接

2线的母线差动保护之外，均采用复合电压闭锁。在复合电压闭锁元件中，有低电压、负序电压、零序电压及相电压增量ΔU元件。

对母差保护的整定计算，就是合理地确定差动元件及复合电压闭锁元件中各物理量的整定值。其中，差动元件要确定启动电流Idzo及比率制动系数Kz；复合电压闭锁元件要确定低电压UL、负序电压U2、零序电压U0及相电压增量ΔU的动作值。

1、 启动电流Idzo

在220~500KV电网继电保护装置运行整定规程和3~110KV电网继电保护装置运行整定规程（DL/T559-94和DL/T584-95）中规定：母线差动电流保护的差电流启动元件定值，应可靠躲过区外故障最大不平衡电流和任一元件电流回路断线时由于负荷电流引起的最大差流。

但是，对于有比率制动特性的电流差动元件而言，启动电流Idzo，不需考虑外部故障产

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生的最大不平衡电流。其整定原则应是：应可靠躲过正常工况下差回路的最大不平衡电流及任一TA二次断线时由于负荷电流引起的最大差流。

（1） 按躲过正常工况下的最大不平衡电流来整定

按躲过正常工况下的最大不平衡电流来整定启动电流Idzo，其计算公式为：

Idzo=KH(K1+K2+K3)Ie …………………………………(12-24)

式中：

KH——可靠系数，可取1.5~2；

K1——各侧TA的相对误差，取0.06（10P级TA）； K2——保护装置通道传输及调整误差，取0.1；

K3——外部故障切除瞬间各侧TA暂态特性不同产生的误差，取0.1； Ie——TA二次标称额定电流(1A或5A)。 将K1、K2及K3取值代入式（12-24），可得 Idzo=0.39 Ie ~0.52 Ie

（2）按躲过TA二次断线由负荷电流引起的最大差流来整定

分析表明：当母线出线元件中负荷电流最大的TA二次断线时，其在差动保护差流回路中产生的差流最大为Ie（不考虑出线元件过负荷运行）。

若按躲过TA二次断线条件来整定Idzo，则 Idzo≥Ie

综合上述条件，Idzo取（0.5~1.1）Ie是合理的。当保护有完善的TA断线闭锁元件时，可取较小值。

2 比率制动系数KZ

具有比率制动特性的母差保护的比率制动系数的整定，应按能可靠躲过区外故障（TA不饱和时）产生的最大差流来整定，且应确保内部故障时，差动保护有足够的灵敏度。 （1）按能可靠躲过外部故障整定

区外故障时，在差动元件差回路中产生的最大差流为

IHeMakc=(K1+K2+K3) IKmakc ……………………………（12-25）

式中：

IHeMakc——最大差流（作用于保护元件的）； K1——TA的10%误差，取0.1；

K2——保护装置通道传输及调整误差，取0.1；

K3——区外故障瞬间由于各侧TA暂态特性差异产生的误差，取0.1； IKmakc——区外故障的最大短路电流。 将以上各系数值代入式（12-25），得 IHeMakc=0.3 IKmakc

此时，比率制动系数可按下式计算

KzKHIHeMakc ……………………………….（12-26）

IKMakc式中：

KH——可靠系数取1.5~2； 其他符号的意义同式（12-24）。 将KH取值代入式（12-26）得 Kz=0.45~0.6

（2）按确保动作灵敏度系数来整定

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首先，当母线上出现故障时，其最小故障电流应大于母差保护启动电流的2倍以上。 当上述条件满足时，可按下式计算计算比率制动系数

Kz1 …………………………………………..（12-27） KL式中：

Kz——差动元件的比率制动系数； KL——动作灵敏度系数，取1.5~2.0。 将KL之值代入上式，得 Kz=0.5~0.67

综上所述，Kz取0.5~0.67是合理的。 3 复合电压闭锁

（1）低电压元件的整定电压U在母差保护中，低电压闭锁元件的动作电压，应按照躲过正常运行时母线TV二次的最低电压来整定。

按规程规定，电力系统对用户供电电压的变化允许在±5%的范围内。实际上，由于某种原因，母线电压可能降低至（90%~85%）Ue运行(Ue－标称额定电压)。

因此，考虑到母线TV的比误差（2%~3%），母差保护低电压元件的动作电压定值取0.75~0.8倍的额定电压Ue是合理的，即

U（2）负序电压元件的动作电压U2dz

负序电压元件动作电压的整定值，可按躲过正常工况下母线TV二次的最大负序电压来整定。

正常运行时，母线TV二次可能出现的最大负序电压为

U2Makc=U2TV+U2Smakc ……………………………………(12-28) 式中：

U2Makc——正常运行时母线TV二次的最大负序电压；

U2TV——当一次系统对称时TV二次出现的负序电压（由三相TV不对称或负载不均衡形成的），通常为2~3%Ue，实取3%Ue；

U2Smakc——正常运行时，系统中出现的最大负序电压，可取1.1×4%Ue； 将U2TV及U2Smakc的取值代入式（12-28），可得 U2Makc=（0.03+0.044）Ue=0.074 Ue≈4.3V 负序电压元件的动作电压，可按下式整定

U2>dz=KHU2Makc …………………………………………………………… (12-29) 式中：

KH——可靠系数，取1.3~1.5

故U2>dz=5.5V~7V

（3）零序电压元件的动作电压U0dz

与负序电压元件相同，可取U0dz=5.5V~7V 二 断路器失灵保护

1、相电流元件的动作电流Idz

相电流元件的动作电流Idz值，应按能躲过长线空充电时的电容电流来整定。另外，应

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保证在线路末端单相接地时，其动作灵敏度系数大于或等于1.3，并尽可能躲过正常运行时的负荷电流。

2、时间元件的各段延时

失灵保护的动作时间，应在保证该保护动作选择性的前提下尽量缩短。其第一级动作时间及第二级动作时间应按下式计算：

t1t0tBt1 ………………………………………..（12-30） ttt21式中： t1、t2——分别为失灵保护第一级及第二级的动作延时； t0——断路器的跳闸时间，取0.03~0.05S； tB——保护动作返回时间，取0.02~0.03S；

t1——时间裕度，取0.1~0.3S；

t——时间级差，取0.15~0.2S。

对双母线接线或单母线分段：

t1取0.3S，跳母联或分段开关；t2取0.5秒，跳与失灵断路器接在同一条母线上的所有断路器。

对于3/2断路器接线方式：

t1取0.15秒，跳失灵断路器三相；经0.3S跳与失灵开关相连接或接在同一条母线上的所有开关，还要启动远方跳闸装置，跳线路对侧开关。

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