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摘要：变压器是保证电气化铁路牵引系统正常运行的重要电气设备，差動保护是变压器的主保护，为变压器安全运行提供可靠保证，因此差动保护的准确性显得尤为重要，然而在实际运行中，经常会发生差动保护误动作的情况。本文从差动保护的保护原理及计算方法着手，针对铁路牵引系统中差动保护二次回路流互极性问题进行探讨，以便使更多的人理解和掌握差动回路中流互极性接线的要点。
关键词：铁路系统，差动保护，电流互感器，差动接线极性
引言
电气化铁路系统中，变压器是保证牵引供电系统正常运行的重要电气设备，而差动保护是变压器的主保护，为变压器安全运行提供可靠保证，因此差动保护的准确性显得尤为重要。然而在实际运行中，总会发生差动保护误动作的情况，严重的时候甚至会影响运营。
1、变压器差动保护误动作的原因
1.1、首先最为常见的就是变压器空载合闸时的励磁涌流。在变压器空载投运时，当变压器铁芯饱和后，其相对磁导率等于1，从变压器高压侧看过去，变压器的励磁回路相当于空心线圈，变压器回路的电感降低，因此会产生一个很大的励磁电流，即励磁涌流电流，一般情况下，其数值能达到变压器额定电流的6-8倍，而这种电流只经过了高压侧电流互感器，因此会产生很大的差动电流，导致在变压器没有故障的情况下差动保护动作。
1.2、外部人为因素导致的变压器差动保护误动作。高低压侧电流互感器二次线进入差动保护装置时极性接反，这样会导致1-1=0的差动电流变成1+1=2，送电时由于没有负载，因此差动电流很小甚至看不到，一旦开始跑车负载加大时，差动电流值就会变成二倍的正常负载电流值，导致差动电流达到定值后差动保护跳闸。
1.3、设计整定值错误或流互连接方式错误导致流互实际变比与设计不符，导致计算的差动平衡系数错误，使得计算差动电流不准确产生差动电流，起初送电时电流很小，差动电流也很小甚至看不到，开始跑车负载加大时，差动电流值就会随着负载电流加大而变大，此时差动有可能就会误动，但可能由于引起的误差值不大，正常跑车也不发生误动，但当馈线有故障产生更大电流时，此时差动电流可能就会达到整定值，最终导致差动保护跳闸，影响故障分析和事故处理的效率及准确性。
1.4、由于接线端子松动导致电流互感器二次回路开路，使得差动装置采不到电流，保护装置通过计算会差生差动电流，电流小的时候，计算产生的差动电流也很小，当负载电流变大时，就会导致差动保护误动作。
通过上述原因分析可以看出，除第一种情况以外，其他误动的情况几乎都是发生在跑车或者叫有负载的时候，这样会对电气化铁路系统的正常运营产生不利影响，因此在投运前将这些可能导致差动误动的因素尽量排除才能为正常运营提供可靠保障。
2、变压器差动保护的原理
差动保护是变压器的主保护，变压器电流差动保护就是将高压侧流入变压器的电流和低压侧流出变压器的电流，按照变压器联结方式对应的公式计算差动电流值，当差动电流值大于整定值时差动保护就动作。变压器正常运行时，这种差动电流值很小几乎为零，当发生变压器内部短路故障时，这个差值会迅速变大，差动保护会迅速将故障变压器从电网中切除，从而保证故障不扩大，减小故障对电网的影响。
3、变压器差动保护装置的改进
首先，利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据。因为励磁涌流的特点是其二次谐波含量比较大，因此保护装置通过二次谐波闭锁功能可以将由于变压器冲击时励磁涌流电流对于差动保护误动作的影响降低到很低的概率。
其次，保护装置增加了CT断线闭锁功能。差动动作条件满足后，需经过CT断线的检测，保证差流不是由于断线引起的。判别为CT断线后，保护装置发出告警信号，报告CT断线，通过调整控制字可以决定是否闭锁差动保护。这样就可以有效减少由于电流互感器二次回路开路引起的差动误动作事件发生。
4、铁路牵引变压器差动回路接线方法
接下来就是差动定值及流互二次回路接线极性的要点了，只有再把这两点把控好了，才能有效保证投运的牵引变压器差动保护不发生误动作的情况。
电气化铁路系统中牵引变压器主要采用的接线方式有VV和VX接线，下面针对这两种接线方式的变压器差动保护算法及差动接线注意事项进行介绍。
4.1 变压器的VV接线方式
VV接线变压器的差动公式中低压侧电流的计算公式
对于VV接线变压器，高压侧流互二次接线固定采用Y接方式
三相差动电流为：
VV接线变压器平衡系数：
公式及参数基本都已经给出，技术人员结合实际变压器高低压侧的参数，便可以对定值进行校验，以确定其正确性、合理性，避免错误的发生。
高低压侧电流通过公式来进行矢量差运算，但在实际应用中，又涉及到了变压器VV0和VV6接线方式时流互二次接线方式的不同。VV变压器绕组连接图如图1-1：
当变压器采用VV0接线方式时，a1为变压器引出端a，x2为变压器引出端b，其a2与x1短连接地。图1-2为VV0变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
当变压器采用VV6接线方式时，x1为变压器引出端a，a2为变压器引出端b，其a1与x2短连接地。图1-3为VV6变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
变压器采用VV0接线时，假定变压器高压侧A、B相电流方向如图1-4所示，根据变压器极性原理，电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致。IC为高压侧电流，其流互接线极性与A、B一致即可，这里不作为分析对相。电流互感器安装位置如图1-4所示，由于变压器高低压侧电流流经流互的方向一致，因此流互二次回路中SIS2的电流方向也一致，即相位角度可认为是0度，若差动保护装置计算差动电流按矢量差计算时，则高低压侧电流二次回路接线按照一致的相位关系接进差动保护装置如图1-5所示接线，便可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。 当变压器采用VV6 接线方式时，x1为变压器引出端a，a2为变压器引出端b，根据变压器极性原理，则可判定变压器高低压侧的电流相位一致，变压器低压侧引出端电流Ia与Ib的实际电流方向如图1-6所示。根据图1-6所示电流互感器的实际安装位置，可判断变压器低压侧电流Ia、Ib都是经P2侧通过电流互感器，因此流互二次回路中SIS2的电流方向与实际一次侧电流Ia、Ib相差180度。高压侧电流经P1侧通过电流互感器，变压器高低压侧的电流相位一致，因此高、低压侧流互二次回路中SIS2的電流方向相差180度。若差动保护装置计算差动电流按矢量差计算时，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2调整极性，如图1-7所示接线，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
倘若变压器低压侧流互的P1P2与以上两种情况不一致，即反向安装时，则需注意，此时低压侧电流Ia、Ib流进电流互感器的方向相当于调整了180度，因此流互二次回路中S1S2的电流方向与原来也相差了180度，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2按照对应不同的接线方式图1-5或图1-7调整极性，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
4.2 变压器的VX接线方式
VX接线变压器差动保护的计算公式与三相VV接线变压器一致。图1-8为变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
变压器接线按照图1-6连接时，低压侧双绕组的交叉点是变压器低压侧的接地点N，由于电流互感器实际的安装位置只在T、F线上采集电流，通过功率关系可以算出AC绕组电流与T1N、NF1的电流对应关系。
由功率关系可以看出，高低压侧的电压对应为UAC/UT1N，高低压侧的电流对应为IA /|IT1+IF1|，由于IT1、IF1电流方向一致，因此可以定义变压器VX接线方式的差动公式中低压侧的Ia=IT1+IF1。由变压器的极性关系及图1-6可知IA方向与IT1、IF1都一致，Ia的方向与IT1、IF1都一致，虽然IT1与IF1方向一致，但流进流互的方向相反，即IT1从流互的P1侧流进流互，IF1从流互的P2侧流进流互，导致这两个流互二次回路中的SIS2相位是相差180度的。因此Ia的二次值应为IT1和IF1二次值的和值，即需两个流互二次的SIS2首尾相连接成和值，且与IT1极性一致。 Ib原理与Ia一致，方向与IT2方向一致，这样才能使得差动保护装置采集到的电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2按图1-7所示接线，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
在电气化铁路系统中有时会根据需要将VX接线变压器输出端的T、F进行调换，类似于VV0与VV6接线的调整关系，如图1-8所示接线。此时流入差动保护装置的低压侧电流Ia方向与IF1一致，IT1从流互的P2侧流进流互，IF1从流互的P1侧流进流互，导致这两个流互二次回路中的SIS2相位是相差180度的。因此Ia的二次值应为IT1和IF1二次值的和值，即需两个流互二次的SIS2首尾相连接成和值，且与IF1极性一致，即IF1的SI与差动装置的Ia相连如图1-9所示接线。 Ib原理与Ia一致，方向与IF2方向一致，即IF2的SI与差动装置的Ib相连如图1-9所示接线。这样才能使得差动保护装置采集到的电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致，保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
需注意的是，不同厂家对于差动电流计算方法不一致，有的厂家按照矢量和的方式计算差动电流，此时就需注意变压器低压侧电流互感器的二次线接进差动保护装置时，只需将图1-7或图1-9中变压器低压侧流互二次回路中的SIS2调整接线极性即可。
若实际流互安装位置不是与图1-6或图1-8一致时，只需将对应流互二次回路线的S1S2调整接线极性即可，相当于将流互二次回路电流调整180度，再接进差动保护装置。
通过上述对于差动保护公式及差动接线极性的讲解，希望可以使更多的人对于差动加深理解，同时掌握关于流互二次极性差动接线的要领即正确接线方式，避免人为原因造成的变压器差动保护误动作再发生。
6、结束语
电气化铁路系统的安全可靠运行需要将变压器差动保护的误动作情况排除，对电气化铁路系统经常发生的变压器差动保护误动作情况进行总结，找出其中的主要原因并分类，针对减少其中的人为原因进行讲解。通过对于电气化铁路中经常使用的VV、VX接线变压器差动保护计算方法及电流二次回路接线的极性问题进行探讨，以便使更多的人理解和掌握差动回路中流互极性接线的要点，来减少这种由于人为原因造成的变压器差动保护误动作情况发生。愿本文内容对于铁路系统的安全可靠运行发挥实质作用，减少人为原因导致差动保护误动作情况的发生。
参考文献：
关键词：铁路系统，差动保护，电流互感器，差动接线极性
引言
电气化铁路系统中，变压器是保证牵引供电系统正常运行的重要电气设备，而差动保护是变压器的主保护，为变压器安全运行提供可靠保证，因此差动保护的准确性显得尤为重要。然而在实际运行中，总会发生差动保护误动作的情况，严重的时候甚至会影响运营。
1、变压器差动保护误动作的原因
1.1、首先最为常见的就是变压器空载合闸时的励磁涌流。在变压器空载投运时，当变压器铁芯饱和后，其相对磁导率等于1，从变压器高压侧看过去，变压器的励磁回路相当于空心线圈，变压器回路的电感降低，因此会产生一个很大的励磁电流，即励磁涌流电流，一般情况下，其数值能达到变压器额定电流的6-8倍，而这种电流只经过了高压侧电流互感器，因此会产生很大的差动电流，导致在变压器没有故障的情况下差动保护动作。
1.2、外部人为因素导致的变压器差动保护误动作。高低压侧电流互感器二次线进入差动保护装置时极性接反，这样会导致1-1=0的差动电流变成1+1=2，送电时由于没有负载，因此差动电流很小甚至看不到，一旦开始跑车负载加大时，差动电流值就会变成二倍的正常负载电流值，导致差动电流达到定值后差动保护跳闸。
1.3、设计整定值错误或流互连接方式错误导致流互实际变比与设计不符，导致计算的差动平衡系数错误，使得计算差动电流不准确产生差动电流，起初送电时电流很小，差动电流也很小甚至看不到，开始跑车负载加大时，差动电流值就会随着负载电流加大而变大，此时差动有可能就会误动，但可能由于引起的误差值不大，正常跑车也不发生误动，但当馈线有故障产生更大电流时，此时差动电流可能就会达到整定值，最终导致差动保护跳闸，影响故障分析和事故处理的效率及准确性。
1.4、由于接线端子松动导致电流互感器二次回路开路，使得差动装置采不到电流，保护装置通过计算会差生差动电流，电流小的时候，计算产生的差动电流也很小，当负载电流变大时，就会导致差动保护误动作。
通过上述原因分析可以看出，除第一种情况以外，其他误动的情况几乎都是发生在跑车或者叫有负载的时候，这样会对电气化铁路系统的正常运营产生不利影响，因此在投运前将这些可能导致差动误动的因素尽量排除才能为正常运营提供可靠保障。
2、变压器差动保护的原理
差动保护是变压器的主保护，变压器电流差动保护就是将高压侧流入变压器的电流和低压侧流出变压器的电流，按照变压器联结方式对应的公式计算差动电流值，当差动电流值大于整定值时差动保护就动作。变压器正常运行时，这种差动电流值很小几乎为零，当发生变压器内部短路故障时，这个差值会迅速变大，差动保护会迅速将故障变压器从电网中切除，从而保证故障不扩大，减小故障对电网的影响。
3、变压器差动保护装置的改进
首先，利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据。因为励磁涌流的特点是其二次谐波含量比较大，因此保护装置通过二次谐波闭锁功能可以将由于变压器冲击时励磁涌流电流对于差动保护误动作的影响降低到很低的概率。
其次，保护装置增加了CT断线闭锁功能。差动动作条件满足后，需经过CT断线的检测，保证差流不是由于断线引起的。判别为CT断线后，保护装置发出告警信号，报告CT断线，通过调整控制字可以决定是否闭锁差动保护。这样就可以有效减少由于电流互感器二次回路开路引起的差动误动作事件发生。
4、铁路牵引变压器差动回路接线方法
接下来就是差动定值及流互二次回路接线极性的要点了，只有再把这两点把控好了，才能有效保证投运的牵引变压器差动保护不发生误动作的情况。
电气化铁路系统中牵引变压器主要采用的接线方式有VV和VX接线，下面针对这两种接线方式的变压器差动保护算法及差动接线注意事项进行介绍。
4.1 变压器的VV接线方式
VV接线变压器的差动公式中低压侧电流的计算公式
对于VV接线变压器，高压侧流互二次接线固定采用Y接方式
三相差动电流为：
VV接线变压器平衡系数：
公式及参数基本都已经给出，技术人员结合实际变压器高低压侧的参数，便可以对定值进行校验，以确定其正确性、合理性，避免错误的发生。
高低压侧电流通过公式来进行矢量差运算，但在实际应用中，又涉及到了变压器VV0和VV6接线方式时流互二次接线方式的不同。VV变压器绕组连接图如图1-1：
当变压器采用VV0接线方式时，a1为变压器引出端a，x2为变压器引出端b，其a2与x1短连接地。图1-2为VV0变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
当变压器采用VV6接线方式时，x1为变压器引出端a，a2为变压器引出端b，其a1与x2短连接地。图1-3为VV6变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
变压器采用VV0接线时，假定变压器高压侧A、B相电流方向如图1-4所示，根据变压器极性原理，电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致。IC为高压侧电流，其流互接线极性与A、B一致即可，这里不作为分析对相。电流互感器安装位置如图1-4所示，由于变压器高低压侧电流流经流互的方向一致，因此流互二次回路中SIS2的电流方向也一致，即相位角度可认为是0度，若差动保护装置计算差动电流按矢量差计算时，则高低压侧电流二次回路接线按照一致的相位关系接进差动保护装置如图1-5所示接线，便可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。 当变压器采用VV6 接线方式时，x1为变压器引出端a，a2为变压器引出端b，根据变压器极性原理，则可判定变压器高低压侧的电流相位一致，变压器低压侧引出端电流Ia与Ib的实际电流方向如图1-6所示。根据图1-6所示电流互感器的实际安装位置，可判断变压器低压侧电流Ia、Ib都是经P2侧通过电流互感器，因此流互二次回路中SIS2的电流方向与实际一次侧电流Ia、Ib相差180度。高压侧电流经P1侧通过电流互感器，变压器高低压侧的电流相位一致，因此高、低压侧流互二次回路中SIS2的電流方向相差180度。若差动保护装置计算差动电流按矢量差计算时，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2调整极性，如图1-7所示接线，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
倘若变压器低压侧流互的P1P2与以上两种情况不一致，即反向安装时，则需注意，此时低压侧电流Ia、Ib流进电流互感器的方向相当于调整了180度，因此流互二次回路中S1S2的电流方向与原来也相差了180度，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2按照对应不同的接线方式图1-5或图1-7调整极性，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
4.2 变压器的VX接线方式
VX接线变压器差动保护的计算公式与三相VV接线变压器一致。图1-8为变压器高低压侧压互采集到的电压矢量关系示意图。
变压器接线按照图1-6连接时，低压侧双绕组的交叉点是变压器低压侧的接地点N，由于电流互感器实际的安装位置只在T、F线上采集电流，通过功率关系可以算出AC绕组电流与T1N、NF1的电流对应关系。
由功率关系可以看出，高低压侧的电压对应为UAC/UT1N，高低压侧的电流对应为IA /|IT1+IF1|，由于IT1、IF1电流方向一致，因此可以定义变压器VX接线方式的差动公式中低压侧的Ia=IT1+IF1。由变压器的极性关系及图1-6可知IA方向与IT1、IF1都一致，Ia的方向与IT1、IF1都一致，虽然IT1与IF1方向一致，但流进流互的方向相反，即IT1从流互的P1侧流进流互，IF1从流互的P2侧流进流互，导致这两个流互二次回路中的SIS2相位是相差180度的。因此Ia的二次值应为IT1和IF1二次值的和值，即需两个流互二次的SIS2首尾相连接成和值，且与IT1极性一致。 Ib原理与Ia一致，方向与IT2方向一致，这样才能使得差动保护装置采集到的电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致，为了保证才能保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，需将低压侧接进差动保护装置的流互二次线S1S2按图1-7所示接线，才可保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
在电气化铁路系统中有时会根据需要将VX接线变压器输出端的T、F进行调换，类似于VV0与VV6接线的调整关系，如图1-8所示接线。此时流入差动保护装置的低压侧电流Ia方向与IF1一致，IT1从流互的P2侧流进流互，IF1从流互的P1侧流进流互，导致这两个流互二次回路中的SIS2相位是相差180度的。因此Ia的二次值应为IT1和IF1二次值的和值，即需两个流互二次的SIS2首尾相连接成和值，且与IF1极性一致，即IF1的SI与差动装置的Ia相连如图1-9所示接线。 Ib原理与Ia一致，方向与IF2方向一致，即IF2的SI与差动装置的Ib相连如图1-9所示接线。这样才能使得差动保护装置采集到的电流Ia与IA 方向一致，电流Ib与IB 方向一致，保证差动保护装置采集到的高低压侧电流相位关系一致，保证差动电流矢量差计算的时候数值是差的关系。
需注意的是，不同厂家对于差动电流计算方法不一致，有的厂家按照矢量和的方式计算差动电流，此时就需注意变压器低压侧电流互感器的二次线接进差动保护装置时，只需将图1-7或图1-9中变压器低压侧流互二次回路中的SIS2调整接线极性即可。
若实际流互安装位置不是与图1-6或图1-8一致时，只需将对应流互二次回路线的S1S2调整接线极性即可，相当于将流互二次回路电流调整180度，再接进差动保护装置。
通过上述对于差动保护公式及差动接线极性的讲解，希望可以使更多的人对于差动加深理解，同时掌握关于流互二次极性差动接线的要领即正确接线方式，避免人为原因造成的变压器差动保护误动作再发生。
6、结束语
电气化铁路系统的安全可靠运行需要将变压器差动保护的误动作情况排除，对电气化铁路系统经常发生的变压器差动保护误动作情况进行总结，找出其中的主要原因并分类，针对减少其中的人为原因进行讲解。通过对于电气化铁路中经常使用的VV、VX接线变压器差动保护计算方法及电流二次回路接线的极性问题进行探讨，以便使更多的人理解和掌握差动回路中流互极性接线的要点，来减少这种由于人为原因造成的变压器差动保护误动作情况发生。愿本文内容对于铁路系统的安全可靠运行发挥实质作用，减少人为原因导致差动保护误动作情况的发生。
参考文献：
[1] 赵元哲，李群湛，周福林，彭飞.电力机车变压器励磁涌流及其影响分析[A]. 电力系统及其自动化学报，2018
[2] 姜军，王志超.变压器励磁涌流的危害及抑制方法[A].北华大学学报，2007
[3] 李群湛.我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题.铁道学报，2010
[4] 李亚楠，黄彦全，李群湛，尚国旭.高速铁路VX牵引变压器供电方式优化研[B].电力学报，2013
[5] 李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析[M].3版.成都：西南交通大学出版社， 2012