變壓器差動(dòng)保護(hù)CT接線方式的探討

近年來，計(jì)算機(jī)和數(shù)字處理技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域取得了非常成功的應(yīng)用，基于微處理器的數(shù)字式保護(hù)裝置已經(jīng)成為各個(gè)保護(hù)制造廠家的主導(dǎo)產(chǎn)品。微機(jī)型裝置所帶來的絕不只是在元件品質(zhì)和工藝水平上的進(jìn)步，而且還使得許多新穎和完善的保護(hù)原理應(yīng)用于實(shí)踐成為可能。這一點(diǎn)可以從如下對(duì)各種型式變壓器差動(dòng)保護(hù)CT接線方式的討論中得到印證。 
1一次變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的分析
     某電廠啟動(dòng)備用變壓器采用全星形接線（Y0/Y/Y）方式，220 kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地，低壓側(cè)雙繞組中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地，系統(tǒng)接線如圖1所示。該變壓器配置集成電路差動(dòng)保護(hù)裝置，由于變壓器各側(cè)電流同相位，無需相位補(bǔ)償，所以變壓器三側(cè)的差動(dòng)保護(hù)CT二次接線均為星形。
     該變壓器在投運(yùn)初期，曾發(fā)生高壓側(cè)區(qū)外單相接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事故。經(jīng)過對(duì)錄波數(shù)據(jù)和事故過程的分析，誤動(dòng)原因是：變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，在電網(wǎng)發(fā)生任何接地故障時(shí)，將成為零序故障分量的通路，在變壓器零序勵(lì)磁電抗中產(chǎn)生汲出電流［1］。這一電流在系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，zui大可以達(dá)到0.46倍變壓器額定電流。因?yàn)樵搯渥兊蛪簜?cè)是不接地系統(tǒng)，無零序電流通路，所以此零序故障電流僅能在高壓側(cè)存在。當(dāng)變壓器三側(cè)差動(dòng)保護(hù)的CT二次電流回路都接成星形時(shí)，高壓側(cè)的零序電流便全部成為差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流，其數(shù)值達(dá)到差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作值就會(huì)造成誤動(dòng)。

2電磁式保護(hù)的測(cè)量原理及其對(duì)CT接線要求
     電磁式變壓器差動(dòng)繼電器，無論是帶制動(dòng)繞組的BCH-1型還是帶短路線圈的BCH-2型，都是根據(jù)中間變流器鐵芯“磁通平衡”原理測(cè)量變壓器各側(cè)電流差值的，并且采用中間速飽和變流器來防止變壓器勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)［1］。該類型繼電器利用勵(lì)磁涌流中較大的具有衰減特性的非周期分量，使中間速飽和變流器的鐵芯迅速飽和，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量很小，二次感應(yīng)電壓也很低，從而防止變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流造成的保護(hù)誤動(dòng)。但是變壓器三相涌流往往有一相無直流分量，會(huì)導(dǎo)致中間速飽和變流器不起作用，所以此類差動(dòng)保護(hù)必須以犧牲靈敏度為代價(jià)，提高保護(hù)動(dòng)作值（通常是1.3～1.5倍的額定電流），以躲開勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。
     電磁式變壓器差動(dòng)繼電器的CT回路接線，首先必須通過對(duì)CT接線形式的選擇進(jìn)行外部的“相位補(bǔ)償”，消除變壓器接線組別不同造成的高、低壓側(cè)電流相位差和差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流。例如對(duì)于Y/d11接線的變壓器，由于三角形側(cè)電流的相位比星形側(cè)同一相電流超前30°，必須將變壓器星形側(cè)的CT二次側(cè)接成三角形，而三角形側(cè)的CT接成星形，從而將流入差動(dòng)繼電器的CT二次電流相位校正過來。
     而對(duì)于Y0/Y全星形接線的變壓器，由于高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)相的電流相位相同，無須進(jìn)行“相位補(bǔ)償”。但這類差動(dòng)繼電器的靈敏度較低，即使變壓器各側(cè)CT均采用星形接線，高壓側(cè)區(qū)外接地故障所產(chǎn)生的零序電流不平衡量也不致造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。由于定值設(shè)定太高的原因，電磁式差動(dòng)繼電器對(duì)于包括單相接地短路在內(nèi)的所有類型故障的反應(yīng)靈敏度都較低，不適于用作大型變壓器的主保護(hù)。 
3晶體管和集成電路式保護(hù)的測(cè)量原理及其對(duì)CT接線要求
     晶體管和集成電路式差動(dòng)保護(hù)的測(cè)量原理是采用中間變換器，得到折算后變壓器各側(cè)電流對(duì)應(yīng)的較小的電壓量信號(hào)，并通過對(duì)各電壓量的綜合比較計(jì)算電流差值的［1］。它利用變壓器勵(lì)磁涌流中包含的特性分量來避開涌流影響。其差動(dòng)元件動(dòng)作定值的整定不用考慮躲開變壓器勵(lì)磁涌流的影響，一般是0.3～0.5倍的額定電流，靈敏度較高。
     這類保護(hù)同電磁式一樣，必須采用外部的“相位補(bǔ)償”消除變壓器接線組別對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。而對(duì)于Y0/Y全星形變壓器，如果其CT二次接線也采用全星形連接，當(dāng)高壓側(cè)區(qū)外接地故障產(chǎn)生的零序電流進(jìn)入差回路時(shí)，容易達(dá)到差動(dòng)保護(hù)定值而造成誤動(dòng)。所以對(duì)于Y0/Y接線變壓器，需要將差動(dòng)保護(hù)的CT二次接成三角形，使接地故障的零序分量在CT二次線圈內(nèi)形成環(huán)流，不會(huì)流入差動(dòng)保護(hù)造成誤動(dòng)。
     相對(duì)于星形CT接線，采用三角形接線使用于差動(dòng)保護(hù)的線電流無零序電流分量，降低了變壓器內(nèi)部單相接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。
     盡管靜態(tài)保護(hù)裝置的定值較低，相對(duì)于電磁式繼電器靈敏度提高很多，但仍不能滿足現(xiàn)代大型變壓器運(yùn)行可靠性的要求。為彌補(bǔ)這一不足，通常需要再裝設(shè)零序方向過流或零差保護(hù)，以提高內(nèi)部單相接地故障的靈敏度。這樣就必須使用另外一組星形連接CT來測(cè)量變壓器直接接地側(cè)的零序電流。
     采用三角形CT接線，由于用于差動(dòng)保護(hù)的CT二次電流和變壓器各側(cè)的一次電流的相位不*，無法反應(yīng)實(shí)際負(fù)荷和短路電流情況，因此不方便用于變壓器負(fù)荷監(jiān)測(cè)或故障錄波。
4數(shù)字式保護(hù)的測(cè)量原理及其對(duì)CT接線要求
     數(shù)字式保護(hù)裝置目前在電力系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用，和傳統(tǒng)類型的差動(dòng)保護(hù)相比，數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)裝置集成了差動(dòng)（包括零差）保護(hù)、過流（過負(fù)荷）保護(hù)、故障錄波和網(wǎng)絡(luò)通訊等多項(xiàng)功能，為實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。
     數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)通過輔助變換器進(jìn)行交流變換得到適當(dāng)?shù)碾妷毫啃盘?hào)，再經(jīng)濾波、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換成為可以由微處理器直接運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)，所有數(shù)據(jù)處理、變量運(yùn)算和保護(hù)邏輯功能都可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。 
4.1相位補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算
     數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)的CT回路，對(duì)任意接線組別的變壓器都可以采用全星形連接，其相位補(bǔ)償可以由保護(hù)內(nèi)部的軟件來實(shí)現(xiàn)，而無須象傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)那樣依靠CT接線方式的選擇進(jìn)行外部的“相位補(bǔ)償”。這種軟件的補(bǔ)償是利用對(duì)稱分量法進(jìn)行“矩陣變換”計(jì)算得到的，各種補(bǔ)償矩陣見表1。
     圖2為Y0/d11接線變壓器進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)木仃嚪匠?。變壓器三角形?cè)三相電流經(jīng)過矩陣變換后，相位順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了30°，與星形側(cè)的三相電流同相*，以用于相電流差的計(jì)算。實(shí)際上，采用這種矩陣變換的方法，通過使用不同計(jì)算方程可以將變壓器某側(cè)的三相電流按任意n×30°（n為整數(shù)）旋轉(zhuǎn)，滿足各種接線組別變壓器相位補(bǔ)償?shù)男枰?br />     對(duì)于變壓器星形側(cè)的三相電流，則通過矩陣變換旋轉(zhuǎn)了360°。經(jīng)過這樣的補(bǔ)償，雖然各相電流相位沒有發(fā)生變化，卻消除了電流中的零序分量。 
4.2對(duì)CT接線的要求
     如上所述，數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)對(duì)任意接線組別的變壓器CT接線均可以采用全星形連接，因?yàn)橥ㄟ^軟件的矩陣變換可進(jìn)行相位補(bǔ)償并消除零序電流分量，所以不會(huì)在區(qū)外接地故障時(shí)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。
     采用全星形的CT接線，保護(hù)裝置測(cè)量到的二次電流相位和實(shí)際的變壓器一次電流*，使一臺(tái)裝置集多項(xiàng)保護(hù)、錄波和測(cè)量功能于一體成為可能。 
4.3單相接地故障的靈敏度及措施 
     采用軟件相位補(bǔ)償?shù)臄?shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)，消除了零序電流分量的影響，同樣會(huì)降低其對(duì)內(nèi)部接地故障的反應(yīng)靈敏度。作為提高直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)保護(hù)靈敏度的措施，數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)提供了利用中性點(diǎn)零序電流補(bǔ)償?shù)姆绞?，相位補(bǔ)償矩陣如圖3所示。 
     當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，IA為相電流IL 1與1/3中性點(diǎn)零序電流I0的矢量之和，由于此時(shí)IL 1的零序分量幅值為I0的1/3，并且方向與I0相反，兩者相互抵消，也就消除了零序電流的影響。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，相電流的零序分量幅值取決于系統(tǒng)提供的故障電流值，并且方向與I0*，零序電流不會(huì)被抵消，從而不會(huì)降低保護(hù)的靈敏度。采用零序電流補(bǔ)償時(shí)應(yīng)特別注意變壓器中性點(diǎn)零序電流互感器的接線極性。 
5結(jié)論
      傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)依靠CT二次接線方式的選擇，進(jìn)行不同接線組別變壓器各側(cè)電流的相位補(bǔ)償，即使是對(duì)Y0/Y型變壓器，為防止區(qū)外接地故障時(shí)的誤動(dòng)，也必須將差動(dòng)保護(hù)的CT回路接成三角形。數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器接線組別的相位補(bǔ)償由軟件實(shí)現(xiàn)，采用對(duì)稱分量法的矩陣變換消除了零序電流分量的影響，簡(jiǎn)化了外部的CT回路接線，提高了運(yùn)行可靠性。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

單機(jī)即可完成伏安特性數(shù)據(jù)測(cè)試、伏安特性曲線,10%誤差曲線繪制、電流互感器變比測(cè)試、極性測(cè)試。

產(chǎn)品別名

CT伏安特性綜合測(cè)試儀、CT伏安特性測(cè)試儀、伏安特性變比極性綜合測(cè)試儀、伏安特性測(cè)試儀、伏安特性綜合測(cè)試儀

產(chǎn)品特點(diǎn)

1、一機(jī)多用 
功能強(qiáng)大,單機(jī)即可完成伏安特性數(shù)據(jù)測(cè)試、伏安特性曲線,10%誤差曲線繪制、電流互感器變比測(cè)試、極性測(cè)試。
2、全自動(dòng)化
高性能數(shù)據(jù)處理和微機(jī)控制,試驗(yàn)時(shí)只需設(shè)置zui高電壓、zui大電流,儀器即按指令自動(dòng)升壓、升流,自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù),自動(dòng)描繪伏安特性曲線,并可以儲(chǔ)存打印。免除了手動(dòng)調(diào)壓、人工記錄,描繪曲線等煩瑣勞動(dòng)。
3、全中文界面
大屏幕圖形LCD,界面全部漢化,操作簡(jiǎn)單方便,顯示清晰直觀,面板設(shè)有背光調(diào)節(jié)鈕,保證在各種光線條件都能清晰顯示。
4、輸出容量大
儀器單機(jī)輸出可達(dá)1000V、20A,做變比試驗(yàn)時(shí),電流輸出高達(dá)600A,并可選配外接升壓器和升流器,可使裝置輸出達(dá)到2000V、3A,電流輸出可達(dá)到1000A
5、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)多
儀器要存儲(chǔ)12組測(cè)試數(shù)據(jù),即使掉電數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失,可方便的查閱和打印,可與PC機(jī)連接。
 

產(chǎn)品參數(shù)