關(guān)于變壓器兩側(cè)差電流平衡的模擬試驗方法

孟勇健

摘要：由于要了解變壓器保護的工作原理，掌握變壓器保護的模擬試驗方法，經(jīng)常要用到變壓器一側(cè)發(fā)生對稱或不對稱故障時，另一側(cè)的電流特征，且由于Y0/Δ-11接線的變壓器在傳變不對稱故障電流時情況比較復(fù)雜，為此本文介紹一下Y0/Δ-11接線的變壓器兩側(cè)故障電流傳變關(guān)系及主變保護差電流平衡檢驗方法。

關(guān)鍵詞：主變保護 電流傳變 差動保護 差流平衡試驗

Y0/Δ-11接線三相變壓器的接線如圖1所示，變壓器變比用n 表示，即兩側(cè)線電壓之比為n，繞組的相電壓之比為，為了分析方便假設(shè)n=1。所謂11點接線，即系統(tǒng)的正序電壓或電流經(jīng)變壓器傳變后同名相電壓或電流逆時針旋轉(zhuǎn)30度，即：假定Y0側(cè)電壓相量在時鐘的12點位置，Δ側(cè)同名相電壓在時鐘11點位置。

由于零序電流僅能出現(xiàn)在Y0 側(cè)，在Δ側(cè)只能在繞組中形成環(huán)流，不會出現(xiàn)在對外連接線上，因此只須分析正序和負序電流的傳變系變。由于變壓器傳變對稱分量相對簡單，而傳變不對稱三相電流情況比較復(fù)雜，因此下面先介紹一下Y0/Δ-11接線三相變壓器傳變電流的關(guān)系，分析變壓器兩側(cè)故障電流傳變關(guān)系利用對稱分量法進行。

1 變壓器兩側(cè)故障電流傳變關(guān)系

假定變壓器Y0側(cè)單相接地故障，是在變壓器Y0側(cè)外部出口處，故障特征就是中性點接地系統(tǒng)單相接地故障，故障點正序、負序、零序電流幅值相等相位相同。Y0側(cè)A相發(fā)生單相接地故障期間，Δ側(cè)相電流和電壓的相位和幅值比Y0側(cè)都發(fā)生了較大的改變，Δ側(cè)故障相電流變?yōu)閍、c相，它們大小相等相位相反，幅值是高壓側(cè)A相電流的倍，b相電流為0。因此，Y0側(cè)發(fā)生單相接地故障時，Δ側(cè)在同名相和領(lǐng)前相存在故障電流，即Y0側(cè)A相接地，Δ側(cè)為a、c相存在故障電流；Y0側(cè)B相接地，Δ側(cè)為b、a相存在故障電流；Y0側(cè)C相接地，Δ側(cè)為c、b相存在故障電流。Δ側(cè)兩相電流大小相等相位相反，幅值為Y0側(cè)A相電流的倍，具有了兩線短路的電流特征。Δ側(cè)a相電壓不再為0，b、c相電壓也不再為故障前電壓。

2 微機變壓器電流差動保護檢驗方法

2.1 電流差動繼電器的基本構(gòu)成原理。變壓器電流差動繼電器是應(yīng)用基爾霍夫第一定律構(gòu)成的，它主要是通過判別流過變壓器兩側(cè)電流的相位和幅值不同構(gòu)成。我們規(guī)定兩側(cè)電流正方向均指向變壓器的情況下，變壓器流過正常負荷電流或區(qū)外故障電流時，兩側(cè)電流相位應(yīng)相反，選擇合適電流互感器變比及合適的接線方式后，兩側(cè)電流相量和為零；變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)電流相位接近相同，同樣的互感器變比及接線方式，兩側(cè)電流相量和為兩側(cè)電流的代數(shù)和，數(shù)值很大。因此，只要比較兩側(cè)電流的相量和的大小，就可以很容易的判別變壓器內(nèi)部故障。為了滿足流過正常負荷和區(qū)外故障電流時差流為零這一最基本要求，變壓器電流差動保護的電流互感器接線方式非常重要。

2.2 Y/Δ-11接線的變壓器電流差動繼電器。Y/Δ-11接線的變壓器，為了使繼電器在傳輸正常負荷電流時不產(chǎn)生差流，除兩側(cè)電流互感器的變比必須選擇合適和兩側(cè)電流極性相反以外，二次接線還必須與變壓器接線方式相對應(yīng)，需將變壓器Y側(cè)的電流互感器接成Δ形，Δ側(cè)的電流互感器接成Y形，即變壓器的Δ側(cè)電流逆時針旋轉(zhuǎn)了30°角，Δ側(cè)的電流互感器也逆時針旋轉(zhuǎn)30°角。由于微機保護強大的計算能力，目前所用的微機變壓器保護基本上都不采用上述接線了，而是各側(cè)均采用星型接線，轉(zhuǎn)角功能在軟件算法中完成，即我們講的內(nèi)部轉(zhuǎn)角的方式，由繼電器內(nèi)部實現(xiàn)Y-Δ轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方式與外部轉(zhuǎn)換原理相同。

2.3 Y-Δ電流差動繼電器模擬試驗方法。電流差動繼電器檢驗的難點不在于檢驗繼電器的動作值，而在于如何檢驗正常運行時的差流是否為零，即繼電器差電流平衡檢驗。

所謂平衡檢查就是通過模擬試驗，檢驗保護的各項整定參數(shù)是否合理。因此在檢驗以前，應(yīng)該依據(jù)變壓器容量，兩側(cè)電流互感器的變比，計算出在同一變壓器容量下各側(cè)的二次額定電流，依據(jù)繼電器流過正常負荷電流時無差流的原則，用具有6相電流輸出的儀器在兩側(cè)按正常電流傳變關(guān)系加入三相對稱二次額定電流，檢查繼電器差流為0即可。

如一臺容量為40MVA，變比110/35kV的雙卷變壓器，高壓側(cè)二次額定電流為1.75A，低壓側(cè)二次額定電流為2.75A，由于正常時變壓器低壓側(cè)電流超前高壓側(cè)30°角，低壓側(cè)電流反向，應(yīng)滯后高壓側(cè)150°角。電流輸入如下圖所示：

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由于有時現(xiàn)場并不具有6相電流輸出的儀器，無法完成試驗。另外，檢驗保護的制動特性時也需要檢驗三個差動繼電器中的一個動作，因此有必要掌握差動繼電器檢驗方法及試驗機理。由于變壓器外部故障時電流差動保護應(yīng)該沒有差流不應(yīng)誤動，因此我們可以利用變壓器兩側(cè)故障電流傳變關(guān)系，分相檢驗繼電器的平衡特性及制動特性。

我們已經(jīng)知道，當變壓器Y側(cè)發(fā)生單相接地故障期間，Δ側(cè)故障相電流改變?yōu)楦邏簜?cè)的同名相和領(lǐng)前相。即Y側(cè)A相接地時，Δ側(cè)為a、c相有電流，Δ側(cè)兩相電流大小相等相位相反，幅值為高壓側(cè)A相電流的倍，兩側(cè)同名相電流相位相同。按上述關(guān)系，可以用三相微機保護校驗儀的其中一相（如A相）電流，角度設(shè)為0°，幅值設(shè)為Y側(cè)1倍的二次額定電流，加于Y側(cè)的電流輸入（如A相）端子。用校驗儀的另兩相電流輸出，幅值設(shè)為Δ側(cè)倍二次額定電流，一相加于Δ側(cè)與Y側(cè)的同名相（A相）電流輸入端子，角度設(shè)為180°，另一相加于Δ側(cè)的領(lǐng)前相（C相）電流輸入端子，角度設(shè)為0°。

此時，A相繼電器差流應(yīng)為0。不同相別電流差動繼電器的各側(cè)電流輸入幅值和相位見表1。

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按上述電流幅值與相位接入繼電器后，對應(yīng)相的差流應(yīng)為0，若不為0，應(yīng)檢驗繼電器的內(nèi)部設(shè)置和額定二次電流計算是否正確。

加試驗電流時要注意：Δ側(cè)與Y側(cè)是對變壓器而言的；表中的額定電流是對應(yīng)側(cè)的二次額定電流，各側(cè)二次額定電流不一定相等。

這一試驗方法還可以從微機電流差動繼電器基本構(gòu)成原理方面去理解，以A相繼電器為例，由于在Δ側(cè)電流互感器是Y接線，加入A相試驗電流后，繼電器中只有A相有電流。而Y側(cè)電流互感器是Δ接線（內(nèi)部轉(zhuǎn)角），加入A相試驗電流后，繼電器不僅A相有電流，而且C相也有電流。所以試驗時，必須在繼電器C相加一個與A相反向的電流。又由于Y側(cè)電流互感器是Δ接線，計算差流時需將外加電流除以，所以Δ側(cè)外加電流也除以，差流應(yīng)平衡。

上述試驗方法是通過變壓器對單相故障的傳變關(guān)系推導(dǎo)得到的，區(qū)外單相故障電流差動保護一定無差流。檢驗方法中并沒有考慮各側(cè)的平衡系數(shù)，其實平衡系數(shù)并不影響差流平衡，平衡系數(shù)只影響各側(cè)的電流動作值，且檢驗時各側(cè)的電流平衡系數(shù)及相關(guān)定值已按要求正確輸入。

3 結(jié)束語

面對電網(wǎng)規(guī)模日益發(fā)展，對保護人員的技術(shù)要求提出了更高層次的要求，應(yīng)在熟練掌握二次回路的基礎(chǔ)上更加深入地理解保護裝置的原理，這樣，當面對緊急情況時才能快速地采取有效措施，將電網(wǎng)風(fēng)險降到最低。

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