变压器接线组别与差动保护

变压器接线组别与差动保护第一页，共55页。第一节、变压器差动保护的基本原理在电力系统中，电力变压器是电力系统中十分重要的设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。对于大容量变压器除了常见的速断保护、过流保护和气体保护之外，一般还装设电流差动保护。纵差保护主要用来保护6300KVA及以上的电力变压器内部、套管及引线上的各种短路故障。为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等，相位相反，即高、低压侧CT产生的三相电流至差动继电器的矢量和为零，Icd=iA+ia=iB+ib=iC+ic=0，保护装置不会动作。当变压器发生故障时，两侧电流完全叠加使保护装置准确动作。下图中：第二页，共55页。第三页，共55页。第二节变压器差动保护需要解决的两个问题一、变压器差动保护需要克服励磁涌流引起的误动作

在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流，通常称为励磁涌流。

产生励磁涌流的原因，是因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半个周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如下图1所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过下图2可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。第四页，共55页。第五页，共55页。第六页，共55页。第七页，共55页。励磁涌流的特点：①、励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。②、励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。③、励磁涌流的波形出现间断角。第八页，共55页。针对励磁涌流的特点采取克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施：①、采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护；②、利用二次谐波制动原理构成的差动保护；③、利用间断角原理构成的变压器差动保护；④、采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。

第九页，共55页。二、克服不平衡电流引起的差动保护误动作产生不平衡电流的原因主要有：（1）稳态情况下的不平衡电流

①、变压器接线组别原因使两侧电流相位不同②、电流互感器计算变比与实际变比不同

③、变压器各侧电流互感器型号不同，饱和特性、励磁电流（归算至同一侧）也就不同④、变压器带负荷调节分接头（2）暂态情况下的不平衡电流

①、暂态不平衡电流含有大量的非周期分量，偏离时间轴的一侧。

②、暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间（根据此特点靠保护的延时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性，甚至使变压器差动保护不能接受）。

第十页，共55页。减小不平衡电流的措施

（1）减小稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护各侧用的电流互感器，选用变压器差动保护专用的D级电流互感器；当通过外部最大稳态短路电流时，差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。

（2）减小电流互感器的二次负荷

这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面，尽量缩短控制电缆长度)；采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等。

（3）采用带小气隙的电流互感器

这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。

（4）减小变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流采用相位补偿-----CT的接线方式，下面将重点讲述。第十一页，共55页。（5）数值补偿----选择CT变比变压器星形侧电流互感器变比

变压器三角形侧电流互感器变比第十二页，共55页。（6）减小电流互感器由于计算变比与标准变比不同而引起的不平衡电流采用数值补偿

①采用自耦变流器。

②利用BCH型差动继电器中的平衡线圈。

③在变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为最小。

第十三页，共55页。第十四页，共55页。（7）由变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流，在差动保护的整定计算中加以考虑。（8）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流，在变压器差动保护的整定计算中考虑。（9）减小暂态过程中非周期分量电流的影响

①差动保护采用具有速饱和特性的中间变流器；

②选用带制动特性的差动继电器或间断角原理的差动继电器等，利用其它方法来解决暂态过程中非周期分量电流的影响问题。第十五页，共55页。在工程实际应用中，目前大多配置有综合保护装置，其差动保护的CT线路，对任意接线组别的变压器都可以采用全星形连接,其相位补偿可以由保护装置内部的软件来实现；但是对于没有自动变换功能的差动保护装置，则需要考虑根据变压器的接线组别，确定变压器高、低压侧CT的接法以期获得相位补偿。

第十六页，共55页。第三节、变压器在逆相序状态下

的特性变化在某钢厂1#烧结35/10KV高压配电系统建成投入运营不久，在启动10KV高压电机时，主变压器发生了差动保护动作故障。而检查CT差动线路对Y/△─11型变压器保护未发现任何问题，但是在投入小负载运行变压器进行数据分析时，发现差动电流在数值上与高、低压侧电流数据相等，即Icd=iA=ia。用双向量卡表检测iA与ia的相位角差为120°。通过对整个系统进行分析研究，确认Y/△─11变压器此时工作在Y/△─1的接线组别状态，据此修改CT差动线路接线方式，消除差动故障。第十七页，共55页。为什么Y/△─11型变压器会变成Y/△─1型变压器呢?这是因为变压器的接线组别与电源相序有着紧密的联系，如果改变了电源相序，变压器的接线组别将会发生相应的变化。第十八页，共55页。第十九页，共55页。图1（a）为Y/△─11型变压器的向量图，二次侧电流始终超前一次侧电流30°角。如果将变压器进线侧电源任意两相（如A、C）倒相，则产生的向量图如图1（b）所示。此时若将Y/△─11型变压器的铭牌高、低压侧（A--C、a--c）对倒，则成为图1（c）所示，而这恰好是Y/△─1型变压器的向量图，也就是说Y/△─11型变压器的接线组别变成了Y/△─1。用感应法检测此时的变压器的接线组别，与上述结果相同。由此可以肯定地得出结论：Y/△─11型变压器在电源逆相序时接线组别变为Y/△─1，反之亦然。第二十页，共55页。进一步分析可以发现，其他各种接线组别的变压器，除了Y/Y─6，△/△─6，Y/Y─12，△/△─12四种变压器之外，在电源相序发生改变时，其接线组别均发生了相应的变化（表1）。第二十一页，共55页。表1电源逆相序时变压器接线组别相互转化表Y/△─1---------Y/△─11Y/△─3------Y/△─9△/Y─1--------△/Y─11△/△─4-----△/△─8△/△─2--------△/△─10Y/Y─4--------Y/Y─8Y/Y─2-----------Y/Y─10△/Y─5------△/Y─7△/Y─3--------△/Y─9Y/△─5------Y/△─7第二十二页，共55页。变压器的这种变化特性，要求技术人员在调试工作中，即使是两台完全相同的变压器，在投入运行后进行合相是相当必要的。以△/Y─11型变压器为例，目前很多系统采用这种变压器作为380V供配电，在实际调试工作过程中对两台变压器进行合相时，有时会出现变压器间不能合相的情况，其根本原因就是由于其中有一台变压器因电源逆相序变成△/Y─1型，它们对比向量关系如图2。第二十三页，共55页。第二十四页，共55页。从向量图可知，一台变压器的任一相对另一台变压器均存在相位差，数值上U1U2=U1，U1W2=U1，U1V2=2*U1，当两台变压器并联运行时，势必会产生环流，从而烧毁变压器，故在调试工作中应引起重视。注意：二次侧没有公共接地的变压器，进行核相时可能出现的数据是各不相同的。第二十五页，共55页。我们现在来看看在前面所述的案例，通过对整个35/10KV配电系统分析发现，由于设计上的原因，高压柜和变压器直接通过母线铜排连接，两台主变压器安装时，高压侧35KV母线三相（A、B、C）只能与变压器三相（C、B、A）对接，低压侧10KV母线三相（a、b、c）只能与变压器三相（c、b、a）对接（图3）第二十六页，共55页。第二十七页，共55页。在这种情况下，根据上述变压器在逆相序状态下的特性变化分析，我们知道两台变压器实际工作在Y/△─1的接线组别状态，此时如果CT差动保护线路没有作相应修改，其向量关系如图4（A）。从向量图可知，iA与ia的相位差为120°，数值上Icd=iA=ia,这正是差动故障现象产生的原因。于是按照Y/△─1型变压器对CT差动保护接线方式修改如图4（D）所示，故障得以消除。第二十八页，共55页。第二十九页，共55页。值得注意的是，当变压器相序变化发生在高压侧CT的进线侧时（即相序变化发生在高、低压CT保护区之外），虽然此时变压器的接线组别发生了变化，但是CT差动保护回路特性同时发生了相应的变化，故线路可不作任何更改，差动保护亦能准确动作。为什么？请大家自己分析一下。第三十页，共55页。第四节、差动接线方式分析由于CT是一种特殊的变压器，其接线组别与变压器原理完全相同，CT一次侧本质上都是Y型接法，故在图4（D）中，高压侧CT可看作Y/△─1型接法，低压侧CT为Y/Y─6型接法，从向量图4(B)分析，高、低压侧CT产生的电流相位差刚好为180°，故Icd=0。然而在图4（C）中，高压侧CT为Y/△─11型接法，低压侧CT为Y/Y─6型接法，这种方式对保护Y/△─11型变压器才是正确的。上述分析说明，对于不同接线组别的变压器，CT的接线方式各不相同。如果仅为了使相位相差180°，依据向量图，对常用的Y/△─11型变压器进行分析，CT的12种接线方式归纳如表2所示。第三十一页，共55页。Y/△─11型变压器高压侧CT低压侧CT高压侧CT低压侧CTY/△─5Y/Y─12Y/Y─2Y/△─9Y/Y─6Y/△─1Y/△─3Y/Y─10Y/△─11Y/Y─6Y/△─1Y/Y─8Y/Y─12Y/△─7Y/Y─4Y/△─11Y/△─7Y/Y─2Y/Y─8Y/△─3Y/△─9Y/Y─4Y/Y─10Y/△─5第三十二页，共55页。上述12种接线方式，仅从相位补偿加以分析的，对于差动保护功能而言并不是都正确。一般来说，当变压器高压侧为星形接法时，其对应的CT应采用三角形接法。其原因是：1、变压器高压侧中性点直接或间接接地，在电网发生任何接地故障时，将成为零序故障分量的通路，在变压器零序励磁电抗中产生汲出电流。这一电流在系统发生单相接地短路时，最大可以达到0.46倍变压器额定电流。以Y/△─11型变压器为例，因为低压侧是不接地系统，无零序电流通路，所以此零序故障电流仅能在高压侧存在。当变压器高压侧差动保护的CT二次电流回路都接成星形时，高压侧的零序电流便全部成为差动保护的不平衡电流，其数值达到差动保护的动作值就会造成误动。

2、电网谐波的影响可能使差动保护误动作。第三十三页，共55页。通常设计时，CT采用与变压器相同的接线方式，如：Y/△─11型变压器，高压侧CT为Y/△─11接法，低压侧CT为Y/Y─6接法。△/Y─11型变压器，高压侧CT为Y/Y─6接法，低压侧CT为Y/△─11接法。*上述所讨论的CT接线方式，都是在CT正装的情况下，即CT一次侧电流由P1流向P2。如果变压器有一侧CT倒装，差动保护线路该如何连接？大家可以讨论一下。第三十四页，共55页。第五节、线路的验证方法1、变压器低压侧短路法：将变压器低压侧短路，高压侧加三相380V电源，利用相位表进行相位检测。缺点一是受现场条件制约，可能无法提供较大容量的电源回路；二是短接连线材料准备工作。2、变压器负载检测法：变压器授电，在轻载的情况下利用相位表进行检测。缺点一是受现场条件制约，使得变压器授电后不能停电修改线路；二是轻载条件下CT二次侧电流可能太小，导致相位表测量不准确。第三十五页，共55页。3、直流感应法：以Y/△─11型变压器为例，根据前面的分析，我们选择高压侧CT为Y/△─11接法，低压侧CT为Y/Y─6接法。第三十六页，共55页。在保护屏差动继电器接线端子上将电流线A411、B411、C411及a421、b421、c421拆开，用导线短封图中虚线所示三点。用1＃干电池1节或2节，分别在LA（+）LB（-），LB（+）LC（-），LC（+）LA（-）及La（+）Lb（-），Lb（+）Lc（-），Lc（+）La（-）瞬时通电，在拆开的电流线A411、B411、C411及a421、b421、c421上分别接电流表（毫安或微安级），测电流极性并做好记录。用这样方法测量变压器一次侧与一次侧电流互感器二次组成的接线组别，二次侧与二次侧电流互感器二次组成的接线组别。测量结果如下表：第三十七页，共55页。高压侧通电点

LA+LB-LB+LC-LC+LA-测量点X+Y*+

-0Y+Z*0+

-

Z+X*

-0+

第三十八页，共55页。低压侧通电点

La+Lb-Lb+Lc-Lc+La-测量点x+y*+

-0y+z*0+

-

z+x*

-0+

第三十九页，共55页。说明：上面两个表中关于通电点一栏，如：LA（+）LB（-），La（+）Lb（-）是用干电池在LA、LB处通电，+、-为干电池的极性；测量点一栏中X+Y*是把万用表接在拆开的A411、B411等处，+为万用表红表笔，*为万用表黑表笔；结果一栏中+为表针正偏，－为表针反偏，0为表针不动。如果测量结果符合上述两表，说明这台变压器差动保护二次结线符合设计要求，结线正确。如果测量结果与上述结果不符，则说明二次结线有误或二次回路接触不良，甚至有断线处。本方法也适用于三卷变压器。第四十页，共55页。第六节、三线圈变压器差动保护

的接线方法

现在以常见的Y/Y／△一12一11型三线圈变压器为例，对三线圈变压器差动保护的接线方法做一下介绍。图1画出了当三侧均取主电源侧为正时的差动保护电流互感器四路接线原理图。图中箭头所示的方向，为电流的正方向。，电流互感器一次侧电流所表示的方向，即为正常运行情况下变压器负荷电流的方向。另外，图中注有“☆”者为电流互感器一次侧的正极性端，注有“*”者为电流互感器二次侧的正极性端。为便于讨论，下面将分高、中、低三侧分别进行介绍：第四十一页，共55页。第四十二页，共55页。从图1可知，高压侧差动保护CT回路的连接顺序是a+→b-→b+→c-→c+→a-,相当于CT为Y/△一11接线组别。我们取高压侧一次A相电流的反向值-IAl为基准向量，并根据图1所示的电流流向，即可画出如图2所示的高压侧差动保护回路电流向量图。其中：I`a1、I`b1、I`C1为电流互感器回路相电流Ia1、Ib1、IC1为电流互欧器回路线电流。第四十三页，共55页。第四十四页，共55页。在图1中，中压侧差动保护电流互感器回路的接线连接顺序是a-→b+→b-→c+→c-→a+，相当于CT为Y/△一5接线。同样如果我们取高压侧一次A相电流的反向值-IA1为基准向量（以下均同），并根据图1所示的电流流向，即可画出如图3所示的中压侧差动保护回路电流向量图。比较图3和图2可知，此时中压侧电流互感器回路二次侧线电流（即差动回路电流，以下同。）和高压侧电流互感器四路二次侧线电流，两者正好是反向的。说明以上差动保护电流互感器回路的接线是完全正确的