220kV主變差動保護的兩種相位補償方案探究

江新強

（國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建　龍巖　364000）

220kV主變差動保護的兩種相位補償方案探究

江新強

（國網(wǎng)福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建龍巖364000）

摘要：為了更深入理解220kV電網(wǎng)變壓器常用的兩種相位補償方案，首先分析了變壓器兩側(cè)電流相位差產(chǎn)生的原因，其次對兩種相位補償方案的算法機理、計算的差流結(jié)果進(jìn)行了深入分析，以確定最佳相位補償方案。

關(guān)鍵詞：變壓器；差動保護；相位補償

在220kV配電網(wǎng)正常運行過程中，變壓器起著關(guān)鍵作用，為了避免變壓器運行時出現(xiàn)相間短路故障，通常采用差動保護。差動保護的機理是根據(jù)變壓器產(chǎn)生故障時的差動電流變化來確定故障位置，若差動電流大于整定值，可確定故障在區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)會產(chǎn)生跳閘保護動作；若差動電流小于整定值，可確定故障在區(qū)域外，系統(tǒng)會保護閉鎖。然而由于變壓器兩側(cè)電流的相位不同，因此必須首先對相位進(jìn)行補償校正。本文對兩種常用的補償方案進(jìn)行分析，并計算其在不同故障下引起的差動電流差值，以便對兩種補償方案具有更深入的理解。

1　電流相位差產(chǎn)生原因

接法進(jìn)行探討，在理想狀態(tài)下，變壓器高低壓側(cè)的電流應(yīng)該具有相同的相位。假設(shè)220kV變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)的電流分別為：

本文對220kV變壓器最常見的連接方式，具體連接方式如下圖1所示。根據(jù)基爾霍夫定律，低壓側(cè)的電壓滿足以下（1）關(guān)系，向量圖如下圖2所示。

圖1接線圖

圖2　變壓器兩側(cè)電流關(guān)系及向量圖

2　兩種相位補償方案探討

2.1兩種相位補償算法說明

綜上所述，220kV變壓器在運行過程中，高壓側(cè)和低壓側(cè)兩側(cè)對應(yīng)的線電流存在相位差，為了消除相位差，就必須進(jìn)行相應(yīng)補償。由于目前多用數(shù)字式變壓器差動保護裝置，同時兩側(cè)的互感器通常采用星型接法，要進(jìn)行的相位或幅值變換，都通過計算機內(nèi)部的程序算法來完成。常用的相位補償算法包括兩種：第一，側(cè)補償；第二，側(cè)補償。

該方法的補償原理是將側(cè)電流做一個順相序的兩項電流之差運算，就能完成相位補償。具體計算過程通過相關(guān)軟件實現(xiàn)，求得高壓側(cè)的三相電流分別如下式（2）所示，向量圖如下圖3所示：

圖3側(cè)向量圖

圖4向量圖

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2.2兩種補償方案的差流比較

2.2.1差流計算

本文以單端電源經(jīng)過輸電線路和變壓器給負(fù)載供電模型為例，計算不同補償方案下差流的大小。假設(shè)線路故障發(fā)生在Y側(cè)區(qū)域，如下圖5所示：

圖5　故障模型

為了計算的方便，可將此模型進(jìn)行分解為：正常網(wǎng)絡(luò)和故障網(wǎng)絡(luò)。正常網(wǎng)絡(luò)運行過程中不會在繼電器中產(chǎn)生差流，因此計算時只需考慮故障網(wǎng)絡(luò)。幾種常見短路故障的三序電流如下表1所示：

表1　典型短路故障的三序電流

上表中，分別表示系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序電抗，。為了計算方便，為了計算的方便，上表的結(jié)果是進(jìn)行了兩點簡化而得出的：第一，假設(shè)元件電阻為零；第二，假設(shè)正序電抗和負(fù)序電抗相等?；诖?，可將故障網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行細(xì)分為正、負(fù)、零三序網(wǎng)絡(luò)，計算過程如下：第一，根據(jù)故障電流求出變壓器兩側(cè)互感器中正序、負(fù)序和零序電流的大??；第二，將正序電流、負(fù)序電流和零序電流合成ABC三相電流；第三，將三相電流代入兩種補償算法，計算變換后的電流；第四，求出三相差流。

2.2.2差流比較

對于同一種故障，對于不同的補償算法，計算的差流幅值可能會存在一定差別，如果幅值越大，越利于繼電保護裝置動作。根據(jù)上述表中的計算數(shù)據(jù)，計算兩種相位補償方案在不同故障情況下的差流幅值之比，具體匯總情況如下表2所示：

表2　兩種補償方案在簡單故障時的差流值比較

2.2.3結(jié)論分析

第一，從上表可知，在出現(xiàn)單相故障時，變換方案2的差動電流值較大；若出現(xiàn)兩相短路或者接地故障時，變換方案1的差動電流較大；若出現(xiàn)三相短路故障時，兩種方案計算的差動電流數(shù)值相同。

第二，雖然本文計算是基于單電源為例，但當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時通常不會出現(xiàn)正常電源，因此結(jié)論不只局限于單電源網(wǎng)絡(luò)。

第三，雖然本文計算基于區(qū)內(nèi)故障，但根據(jù)計算方法而言，若故障發(fā)生在變壓器側(cè)時，具有相同的結(jié)論。

3　結(jié)束語

目前國內(nèi)220kV主變差動相位補償通常采用上述兩種方案，雖然出現(xiàn)三相故障時，采用不同補償方案計算的差動電流數(shù)值相同，但若出現(xiàn)單相或兩相故障時，計算結(jié)果存在差異。第一種相位補償方案由于對涌流特征判斷不明顯，因此極易造成繼電保護誤動作、閉鎖或延長故障切除時間，具有一定的不足之處；第二中補償方案相對完善，是目前比較先進(jìn)的補償方案。

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作者簡介：江新強（1981—），男，福建永定人；大學(xué)本科，工程師，主要從事繼電保護工作.