变压器差动保护不平衡电流的五大原因及消除办法-青岛恒丰帅电气有限公司

差动保护为什么要留一段"过得去"的余量

差动保护是变压器的主保护。6300 kVA 及以上的变压器一般装设纵联（比率制动）差动保护，按环流原理构成：变压器两侧各装一组电流互感器，二次侧接成使两端二次电流在继电器回路内环流，差动继电器的工作线圈并接在二次端子上。

正常运行以及保护区外的故障，两端二次电流大小相等、方向相反，二者之差——也就是流过继电器的电流——为零，保护不动作。这是理论。实际上这个差值从来不会正好为零：有一组物理效应会在差动回路里叠加一份残余电流，这份残余就叫不平衡电流，有的资料也叫差流或虚假差流（spill current / false differential current）。

保护要做的不是把不平衡电流消灭，而是有能力"穿过去"。靠延时躲不掉：内部故障要求保护在几个周波内动作，而不平衡电流的暂态分量恰好也有这么长。所以只能逐条弄明白它的来源，再针对每一条配一种对策。

变压器差动保护、不平衡电流、差流、励磁涌流、二次谐波制动、CT变比误差、相位补偿、有载调压开关、速饱和变流器

核心结论

不平衡电流有五个经典来源：励磁涌流、两侧电流 30° 相位差、计算变比与实际变比之间的差额、两端 CT 型号不同、有载调压分接位置变化。

其中只有两条——相位差和变比误差——可以通过选 CT 接线方式和 CT 变比压到很小；其余三条是固有的，必须靠继电器特性或整定值去躲。

涌流靠二次谐波制动、波形（间断角）闭锁，或差动回路里的速饱和变流器解决，单纯抬高动作值不是办法。

补偿之后剩下的那部分叫残余不平衡电流，必须计入差动动作值的整定；它越小，保护越灵敏。

不平衡电流的五个来源

按在差动回路里出现的顺序：

变压器合闸时的励磁涌流

两侧电流的相位不同

计算变比与实际变比不一致

两端电流互感器型号不同

有载调压开关换挡

一、励磁涌流产生的不平衡电流

涌流只从变压器的一侧流过，在差动回路里无法被平衡掉，全部计入差动臂。稳态下励磁电流很小，不过额定电流的百分之几，影响可以忽略；问题出在合闸——变压器空载投入，或外部故障切除后电压恢复的瞬间，铁芯严重饱和，励磁电流会窜升到额定电流的 5~10 倍。

这个电流不是正弦波，而是一个偏向时间轴一侧的尖顶波，含有大量非周期分量和高次谐波，其中二次谐波占比最大。涌流的大小和衰减速度，取决于合闸瞬间电压的相位、铁芯剩磁的大小和方向、系统阻抗、变压器容量和铁芯性能。若恰好在电压峰值合闸，几乎没有涌流，只有正常励磁电流。三相变压器三相合闸时刻不同，任何时刻至少有两相存在不同程度的涌流。

对策

二次谐波制动。涌流里二次谐波含量很高，内部故障电流基本是基波。当差流中二次谐波含量超过门槛（一般取 15%~20%）时，继电器制动或闭锁。这是微机保护的标准做法，也是变压器合闸就跳闸时第一个要查的定值。

波形（间断角）判别。涌流整流后的波形中间存在电流接近零的间断区，真实故障电流没有这种特征。当间断区持续超过整定时间，保护判为涌流并闭锁。

差动回路串速饱和变流器。传统的 BCH 型继电器在 CT 与工作线圈之间串一台速饱和变流器，其铁芯在含有非周期分量的大电流下迅速单方向饱和，使暂态不平衡电流传不到继电器线圈，保证外部故障时不误动；而内部故障时虽有非周期分量，但衰减很快（一般两个周波左右即结束），之后周期性短路电流全部传入，继电器仍能灵敏动作。

在微机保护里这三项都是软件功能块，只需把定值与变压器容量、CT 饱和水平配合好即可。

二、两侧电流相位不同产生的不平衡电流

变压器一般采用 Y,d11 接线，两侧电流相位差 30°。即使两侧电流大小完全相等，矢量差也会在差动回路里表现为接近负荷电流量级的不平衡电流。

经典办法是靠接线做相位补偿：把变压器星形侧的三只 CT 接成三角形，三角形侧的三只 CT 接成星形，二次电流的相位就被扳了回来。代价是 √3 倍——补偿之后三角形侧差动臂里的电流是 CT 二次电流的 1.732 倍，所以该侧 CT 的变比必须相应放大 1.732 倍，才能让两臂重新平衡。微机保护里用相位补偿矩阵加幅值平衡系数得到同样结果，不需要真的接成三角形，也避免了开口三角回路的隐患。

三、计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流

CT 只能按产品目录选标准变比，而变压器变比由设计定死，两者很难正好对上，差额直接变成差动臂里的电流。

实际做法是在变压器定型后按成品参数选一个最接近的 CT 变比。以一台 31.5 MVA、110/35 kV、Y,d11 接线的变压器为例，高压侧 CT 取 300/5，低压侧 CT 取 600/5：

高压侧额定电流：31 500 ÷（√3 × 110）= 165.3 A → CT 二次 165.3 × 5/300 = 2.76 A

低压侧额定电流：31 500 ÷（√3 × 35）= 519.6 A → CT 二次 519.6 × 5/600 = 4.33 A

高压侧经三角形补偿后：2.76 × 1.732 = 4.77 A

差动回路中的不平衡电流：4.77 − 4.33 = 0.44 A

经典对策是用速饱和继电器的平衡绕组，接在保护臂电流较小的一侧。平衡绕组与差动绕组绕在同一铁芯柱上，适当选取平衡绕组的匝数，使其磁势与差动电流在差动绕组里产生的磁势相互抵消，铁芯中不出现磁通，继电器就不会动作。但平衡匝数只能取整数匝，实际总会剩下一点残余不平衡电流，整定计算时必须计入。微机保护用平衡系数完成同样的工作，残余量通常小得多，但依然存在，不能当作没有。

四、两端电流互感器型号不同产生的不平衡电流

两端 CT 若结构不同——铁芯不同、准确限值不同、饱和特性不同——在外部故障的暂态过程中响应就不一致，两者的差恰恰在穿越电流最大的时候表现为较大的不平衡电流。

两条措施：设计条件允许时两端尽量选同型号、同等级、同参数的 CT；同时适当抬高差动保护的动作电流，把残余的失配量包进去。确实无法同型号时，这个失配量必须写进整定计算书，而不能默认它不存在。

五、有载调压产生的不平衡电流

有载调压开关是电力系统调压的常规手段，换挡就是改变变压器变比。如果差动保护已经按某一个分接位置（用平衡绕组或平衡系数）平衡好了，之后每换一挡都会引入一份新的不平衡电流，靠重新选平衡绕组是消除不掉的，因为运行工况本身已经变了。

通行做法是在整定里预留：先框定调压范围，算出最不利的变比偏差，据此抬高差动动作值。带分接位置输入的微机保护可以在全范围内自动补偿，所以变压器配 OLTC 时，订货就该把这个输入量提出来。

汇总：哪些能消除，哪些只能躲

原因	能否消除	对策
励磁涌流	不能——合闸固有	二次谐波制动、波形闭锁、速饱和变流器
30° 相位差	基本可以	CT 接成三角形/星形或软件相位补偿，变比放大 1.732 倍
计算与实际变比差额	部分——有残余	平衡绕组/平衡系数，整定留裕度
两端 CT 型号不同	不能——但可减小	两端选同型号 CT，抬高动作值
有载调压换挡	不能——调压固有	整定计入调压范围，或用分接位置补偿