差动保护

继电保护

差动保护是输入CT（电流互感器）的两端电流矢量差，当达到设定的动作值时启动动作元件。保护范围在输入CT的两端之间的设备（可以是线路、发电机、电动机、变压器等电气设备）。

工作原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，差动继电器动作。

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器，即：iJ=ibp=iI-iII=0。

如果内部故障，如图《差动保护》ZD点短路，流入继电器的电流等于短路点的总电流。即：iJ=ibp=iI2+iII2。当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。

技术参数

环境条件

正常温度： -10℃~55℃。

极限温度： -30℃~70℃。

存储温度： -40℃~85℃。

相对湿度：≤95%，不凝露。

大气压力： 80~110kPa。

工作电源

电压范围： 85~265V（AC或DC）。

正常功耗：<10W。

最大功耗：<20W。

电源跌落：200ms。

上电冲击：4A。

隔离耐压：3kV。

控制电源

额定电压：220V（AC/DC)。

过载能力：70%~120%额定电压，连续工作。

隔离耐压：4kV。

交流电流回路

额定电流：5A。

功率消耗：<0.5VA/每相。

过载能力：2倍额定电流，连续工作。

10倍额定电流，允许10S。

40倍额定电流，允许1S。

隔离耐压：4kV。

交流电压回路

额定电压：100V 功率消耗：<0.5VA/每相。

过载能力：2倍额定电压，连续工作。

隔离耐压：4kV。

开关量输入回路

额定电压：24VDC 功率消耗：<0.5VA/每相。

过载能力：2倍额定电压，连续工作。

隔离耐压：4kV。

继电器输出回路

分段电压： 250VAC、220VDC。

分段功率：1250VA交流或120W直流（电阻性负载）。

功能

差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。

主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。

在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。

从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流Iunb流过，此时流过继电器的电流IK为 Ik=I1-I2=Iunb

要求不平衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。

当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即

Ik=I1+I2=Iunb

能使继电器可靠动作。

变压器差动保护的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。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。

差动保护是反映被保护元件（或区域）两侧电流差而动作的保护装置。差动保护是保护变压器的内部短路故障，电流互感器安装在变压器的两侧，在正常负荷情况或外部发生短路时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的变压比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护不动作；在变压器内部发生短路时，流入继电器的电流大于差动保护的动作电流，差动保护动作于跳闸。

由于变压器一、二次电流、电压大小不同，相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁电流，都将造成不平衡电流流过继电器，必须采用相应措施消除不平衡电流的影响。

主要措施

（1）减小稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。

（2）减小电流互感器的二次负荷

这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度)；采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等。

（3）采用带小气隙的电流互感器

这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。

比率差动保护是差动保护的一种。

差动保护需采取比率差动的原理：防止在变压器区外故障（穿越性故障）时，高低压侧CT传变特性不一致，导致差流的产生，并且超过定值而动作，当采用了带比率制动的差动保护后，随着穿越电流的增大，差动启动的门槛将会抬高，保证穿越性故障不误动。

缺点

差动保护的缺点：对变压器内部的不严重的匝间短路故障不能反映。