1、引言

变压器是电力系统中重要的电气设备，不仅具有电压和电流变换的功能，而且具有突出的阻抗变换、隔离和稳压效果，有效地满足了电力供配电工作的需要。目前，除发电厂、变电站外，变压器广泛应用于换流站、城乡配电柱等场所。变压器差动保护是基尔霍夫电流原理构建的。变压器各侧安装电流互感器，比较各侧电流相位和值，完成差动保护功能。以500kV变压器为例，正常运行时发生区外故障。两侧电流互感器的二次电流方向相同，尺寸相同。差动电流的值为不平衡电流。当变压器内部发生故障时，两侧电流互感器的二次电流方向相反，差动电流很大，差动保护必须运行。可见，变压器差动保护的可靠动作在内部故障时容易实现，而区外故障时，不平衡电流的大小严重影响变压差动保护的可靠性。

2、500kV变压器差动保护

2.1原理介绍

变压器差动保护是变压器的主要保护，按循环电流原理安装。主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上的各种相间短路故障，也可用于保护变压器单相匝间短路故障。绕组变压器两侧安装电流互感器，二次侧按循环电流方法连接，即两侧电流互感器同级端面向母线侧，连接同级端，连接到电流继电器。继电器线圈流过的电流是两侧电流互感器的二次电流差，即差动继电器连接在差动电路上。

2.2500kV变压器差动保护动作原理分析

500kV变压器在正常运行和外部故障时，差动电路电流为零。事实上，由于两侧电流互感器的特性不能完全一致，在正常运行和外部短路时，差动电路中仍有不平衡电流Iumb。此时，通过继电器的电流Ik为Ik=I1-I2=Iumb，要求不平衡电流尽可能小，以确保继电器不会误动。当500kV变压器内部发生相间短路故障时，由于I2改变方向或等于零（无电源侧），通过继电器的电流为I1和I2之和，即Ik=I1+I2=Iumb可以使继电器可靠运行。500kV变压器的差动保护范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备，以及连接这些设备的导线。由于差动保护不会在保护区外发生故障，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件在动作值和动作时限上相互配合，因此在区内发生故障时可以瞬时移动。

2.3500kV变压器差动保护动作跳闸的常见原因

根据500kV变压器的实际运行情况，发现差动保护动作跳闸的常见原因如下：

(1)主变压器及其套管引出线短路故障。

(2)二次线保护故障。

(3)电流互感器短路或开路。

(4)主变压器内部故障。

这些故障最终反映在变压器差动电路中产生不平衡电流，导致变压器差动保护动作。

3、不平衡电流

3.1产生的原因

变压器内部励磁涌流，变压器两侧电流相位不同，变压器负荷调节接头，流互感器计算电流比与实际电流比不同，上述方面是不平衡电流的主要原因。

3.2不平衡电流对差动保护和消除手段的影响

(1)变压器励磁涌流

变压器的励磁电流只流过变压器接通电源的一侧。对于差动电路，励磁电流的存在相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，必然会对差动保护的正确工作产生不利影响。正常情况下，变压器的励磁电流很小。当外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也会降低。因此，励磁电流在正常运行和外部短路时对差动保护的影响往往可以忽略不计。但在电压突然增加的特殊情况下，如变压器在空载投入和外部故障切除后恢复供电时，可能会出现励磁涌流。励磁涌流具有以下特点:

(1)励磁涌流值大，最大可达变压器额定电流的6-8倍；

（2）励磁涌流含有大量成分的非周期分量，波形为尖顶波形，偏向时间轴一侧；

（3）励磁涌流包含大量高次谐波，以二次谐波为主；

(4)励磁涌流相邻波形不连续，因此波形之间存在间歇角。

由于励磁涌流的存在，变压器差动电路产生很大的不平衡电流，往往导致差动保护的误动作，给实现变压器差动保护带来困难。我们可以利用励磁涌流的这些特性来克服励磁涌流：

(1)带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护

(2)利用二次谐波制动原理构成差动保护

(3)利用间断角原理构成差动保护

(3)变压器带负荷调整分接头

在电力系统中，经常使用负载调压变压器来改变变压器分接头的位置，实际上是改变变压器的变比。如果差动保护根据某种运行模式下的变压器变比进行调整，当变压器与负载调整时，变比会发生变化。此时，差动保护必须重新调整以满足要求，但这在运行中是不可能的。因此，变压器分接头位置的变化会在差动继电器中产生不平衡电流，这与电压调节范围有关，并随着一次电流的增加而增加。

变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流是不可避免的，不平衡电流只能按中间档位分接头计算。

（4）电流互感器计算的电流比与实际电流比不同

变压器高低压两侧的电流大小不相等。当正常运行或外部短路时，进入继电器差动电路的电流为零。事实上，由于电流互感器的制造标准化，经常选择接近计算电流比和较大的标准电流比的电流互感器。这样，由于电流比的标准化，实际电流比与计算电流比不一致，导致不平衡电流。

解决方案是：通过上述方法消除不平衡电流的二次电流，因为电流互感器计算电流比与实际电流比仍不相等，可以去除两者得到一个平衡系数，在差动计算中，消除电流互感器计算电流比与实际电流比的不平衡电流。

4、结语

500kV变压器差动保护是变压器的主要保护，是变压器可靠运行的主要保证，其动作原理是电路中的不平衡电流。因此，保护和维护人员不仅需要熟悉500kV变压器差动保护的原理和动作，还需要对不平衡电流有深入的了解，以确认保护是否正确，是否有误动。