變壓器故障可分為內(nèi)部故障與外部故障。

變壓器內(nèi)部故障指變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的故障，具體包括各繞組的相間短路、繞組的匝間短路、繞組與鐵芯間的短路故障、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障、繞組斷線故障等。變壓器外部故障指變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，具體包括絕緣套管閃絡(luò)或破碎而造成的單相接地短路、引出線之間相間短路等。

此外，變壓器有若干種不正常工作狀態(tài)，主要包括油面降低、油溫或壓力過高、變壓器中性點電壓升高、過負(fù)荷、過電流、過勵磁等。

為監(jiān)測不同的故障或不正常工作狀態(tài)，我們設(shè)置了不同保護，這其中又分為主保護與后備保護，主保護具有速動特性。

縱差保護是變壓器主保護之一，保護瞬時動作，跳開各側(cè)開關(guān)。其保護區(qū)域是構(gòu)成差動保護各側(cè)電流互感器之間的部分，包括了變壓器本體、電流互感器與變壓器之間的引出線。2017年某220kV變電站2號主變35kV側(cè)避雷器發(fā)生AB相閃絡(luò)，避雷器底架被放電擊穿；因為35kV避雷器位于主變低壓側(cè)流變與主變之間，故處于縱差保護范圍內(nèi)，兩套主變保護均正確動作，隔離了故障。

現(xiàn)有變壓器縱差保護均采用微機保護裝置，各相電流分別進入保護裝置，由軟件算法實現(xiàn)縱差保護。我們以一相為例，說明縱差保護的基本原理。

保護裝置“感受”到的差流為兩個線圈二次電流矢量和。如圖1所示，當(dāng)系統(tǒng)正常運行或外部短路時，兩個線圈二次電流大小相同極性相反，差流為0，此時保護不動作。如圖2所示，當(dāng)保護范圍內(nèi)發(fā)生接地故障時，二次電流大小相等極性相同，差流為二次電流大小之和，當(dāng)達到差動啟動值時保護動作。

縱差保護在以上流變二次線圈接入方式的基礎(chǔ)上增加對不同側(cè)電流矢量進行相位調(diào)整、零序電流消除、幅值轉(zhuǎn)換，形成差動電流計算方法，再引入比率制動特性曲線，構(gòu)成保護的基本邏輯。

以YN-d11接線為例，接線圖與電流相量圖如圖3所示。可見，因高低側(cè)同相相量有30°角度差，故正常運行時兩電流矢量和不為0，需先相位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后同一相高低側(cè)兩相量同相位。

相位轉(zhuǎn)換有兩種方法，一種以Y側(cè)為基準(zhǔn)，使d側(cè)電流相位與Y側(cè)電流相位一致，簡稱為“角轉(zhuǎn)星”，最常見的角轉(zhuǎn)星保護有南瑞繼保RCS-978等，其轉(zhuǎn)換公式為：

另一種以d側(cè)為基準(zhǔn)，使Y側(cè)電流相位與d側(cè)一致，簡稱“星轉(zhuǎn)角”，現(xiàn)有絕大多數(shù)保護裝置采用星轉(zhuǎn)角方式，其轉(zhuǎn)換公式為：

零序電流消除的目的是防止縱差保護誤動。對于YN-d接線，當(dāng)高壓側(cè)區(qū)外發(fā)生接地故障時，高壓Y側(cè)有零序電流流過，而低壓d側(cè)無零序電流，兩側(cè)零序電流不能平衡，故縱差保護會誤動?！靶寝D(zhuǎn)角”轉(zhuǎn)換方式下，Y側(cè)移相后兩電流之差已濾去零流，故無需采取措施。“角轉(zhuǎn)星”轉(zhuǎn)換方式下，對Y側(cè)電流向量進行零序電流補償，補償公式為：

由于變壓器變比、各側(cè)流變變比的不同，正常運行或外部故障時變壓器各側(cè)差動電流二次幅值不能相同。此時需要進行幅值轉(zhuǎn)換，把一側(cè)電流值作為基準(zhǔn)，根據(jù)兩側(cè)電壓和流變變比計算另一側(cè)平衡系數(shù)，將另一側(cè)電流乘以該平衡系數(shù)，從而使裝置內(nèi)部計算得到的差流為0。

為進一步提高內(nèi)部故障時的動作靈敏度、可靠躲過外部故障的不平衡電流，縱差保護采用具有比率制動特性曲線的差動元件。比率制動曲線縱軸為差流，橫軸為制動電流，曲線上方是動作區(qū)，下方是制動區(qū)?，F(xiàn)有特性曲線主要分兩段折線式與三段折線式兩類。

兩段折線式比率制動曲線如圖4左圖所示，曲線可以是通過原點的ABC型，也可以是不通過原點的ABD型。大部分裝置為ABC型。

三段折線式比率制動曲線如圖4右圖所示，這其中又可細(xì)分為2類，一類AB段為水平線，另一類AB段為斜線。AB段為水平線的設(shè)備有國電南自PST-1200U、ABB的RET-316、許繼WBH-801和SEL-387，AB段為斜線的設(shè)備有四方CSC-326、深瑞PRS-778和南瑞RCS-978。

縱差保護保護校驗按照比率制動特性曲線進行，曲線上方保護動作，曲線下方保護不動作：

1）選點?？v差保護校驗選取3-5個點，第一個點選在圖4縱軸上，驗證最小動作電流Iop.min；第二、三個點選在拐點上，驗證拐點電流Ires；此外，在每段斜線上選取一個點，驗證斜率。

2）計算數(shù)值。計算變壓器各側(cè)啟動值電流、平衡系數(shù)，通平衡；再根據(jù)裝置的比率制動曲線計算每個校驗點各側(cè)電流大小與相位角。

3）驗證曲線。應(yīng)用固定變量法，固定校驗點中一個電流，改變另一個電流大小，從而將校驗點上下移動至動作區(qū)與制動區(qū)，驗證保護裝置是否正確動作。

為了使縱差保護更加可靠，保護邏輯還涉及啟動、速斷、閉鎖等元件：

1） 啟動元件：啟動變量有三相差動電流最大值、電流突變量等，當(dāng)啟動變量大于任一啟動值時保護裝置開放差動保護。

2）差動速斷元件：在較高短路電流水平時，由于電流互感器飽和，二次諧波產(chǎn)生極大的制動力矩使差動元件拒動。為避免保護拒動，裝置內(nèi)設(shè)差動速動元件，當(dāng)短路電流達到4~10倍額定電流時，速斷元件快速動作出口。此外，為防止大短路電流時因各側(cè)電流互感器的暫態(tài)特性不一致導(dǎo)致保護不正確動作，包括變壓器等主設(shè)備差動保護各側(cè)電流互感器的相關(guān)特性宜一致（十八項反措15.1.10）。某變電站2號主變高壓側(cè)接入2/3接線第二串中，該串另接入一條聯(lián)絡(luò)線；2017年該串中開關(guān)B相發(fā)生單相接地故障，主變本體兩套差動保護速斷元件動作切除主變各側(cè)開關(guān)；聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)分相電流差動保護動作切除對應(yīng)邊開關(guān)B相，之后單相重合閘成功。

3）勵磁涌流閉鎖元件：在空投變壓器和變壓器區(qū)外短路切除時會產(chǎn)生巨大的勵磁涌流，為防止勵磁涌流造成的差流使裝置誤動，縱差保護設(shè)置了涌流閉鎖元件，利用波形畸變（差流波形間斷或不對稱）、諧波分量鑒別（二次或三次諧波的含量）、模糊識別鑒別勵磁涌流。但，實際空投變壓器時，特別是第一次空投時，因本體消磁不充分，空投差流的諧波含量或低于諧波分量閉鎖門檻，差動保護仍會誤動。為了從根本消除剩磁對變壓空充的影響，我們可以采取消磁措施，再進行一次空充，也可臨時降低二次諧波閉鎖門檻值保證主變正常投運。

4）CT斷線元件：CT二次一相斷線時，差流就是斷線相負(fù)荷電流，保護可能誤動。此時，可采用零序電流、相電流變化情況、相電壓異常突降等來判斷CT斷線。

5）CT飽和閉鎖元件：區(qū)外故障時CT飽和會造成差動保護誤動，所以保護裝置配置CT飽和閉鎖檢測元件。因CT飽和時，差流時在CT飽和一段時間后產(chǎn)生，所以裝置利用制動電流與差動電流的時序一致性判別CT是否飽和。此外，為了盡可能減小CT飽和對變壓器縱差保護的影響，變壓器差動保護各支路電流互感器應(yīng)優(yōu)先選用準(zhǔn)確限值系數(shù)（ALF）和額定拐點電壓較高的電流互感器（十八項反措15.1.12）。

分側(cè)差動保護是將變壓器Y側(cè)繞組作為被保護對象，由各側(cè)繞組的首末端CT按相構(gòu)成的差動保護。以圖5自耦變A相為例，由TA1A、TA2a'和TA3A構(gòu)成該保護。根據(jù)基爾霍夫電流定律，兩端電流沒有電磁耦合關(guān)系，所以保護無需涌流閉鎖元件、差動速動元件和過勵磁閉鎖元件。此外，分側(cè)差動保護動作電流的定值較低，比縱差保護靈敏度高。但此保護的缺點是不能保護匝間短路。