变压器差动保护的相位校正

变压器差动保护的相位校正

0变压器相位校正方式差动保护是对能源压力源的主要保护之一。它的正确操作与用户的可靠供电和快速故障排除有关，即不误动也不拒绝动。要求差动保护不误动就是要正常运行或差动保护区外故障时差流平衡,文献分别从励磁涌流、CT变比选取、变压器接线组别的角度阐述了差流的平衡问题。变压器各侧绕组接线组别不一致造成各侧电流相位不同,各侧电流相位的不同导致了差流的不平衡,相位校正可以消除这种差流的不平衡。目前差动保护的相位校正方式从形式上看有两种,一是通过变压器各侧CT外部接线型式来实现,如图1所示,即Y0绕组侧CT二次侧角接,Δ绕组侧CT二次侧星接,这种方式主要应用于电磁型、晶体管型、集成电路型保护装置当中,也可以应用在微机保护装置中;二是不论变压器接线组别如何,各侧CT二次侧均星接,保护装置内部通过软件算法进行相位校正,这种方式广泛应用于微机保护装置当中。通过保护装置内部软件算法进行相位校正的方式又分两种,一种为Y0侧校正,一种为Δ侧校正。从原理上看,Y0侧校正与通过CT外部接线校正的方式一致,故原理上讲,变压器差动保护相位校正的方式也是两种,即Y0侧校正和Δ侧校正。国内110kV双绕组供电变压器的接线组别大多数为Y0/Δ-11,本文将以这种典型变压器接线组别为例来探析变压器差动保护中的相位校正及零序补偿问题。1保护装置内部算法如图2所示,变压器各侧CT二次侧均星接,相位校正在保护装置内部通过软件算法进行。在不影响结论的前提下,假设变压器变比及各侧CT变比均为1,从原理上分析Y0侧相位校正和Δ侧相位校正的差流平衡特点。1.1y0侧各相输出差动电流的校核Y0侧相位校正方式的各侧电流相量图如图3所示,与图2对应,˙ΙA、˙ΙB、˙ΙC为Y0侧各相电流,˙ΙA.cd、˙ΙB.cd、˙ΙC.cd为Y0侧各相输入差动保护装置的电流,˙Ιa、˙Ιb、˙Ιc为Δ侧各相电流,˙Ιa.cd、˙Ιb.cd、˙Ιc.cd为Δ侧各相输入差动保护装置的电流。由相量图及相量分析可知,˙ΙA-˙ΙB、˙ΙB-˙ΙC、˙ΙC-˙ΙA分别与˙Ιa、˙Ιb、˙Ιc同相位,利用这一点即可达到相位校正的目的。定义Y0侧各相差动电流为ˆ˙ΙA.cd、ˆ˙ΙB.cd、ˆ˙ΙC.cd‚Δ侧各相差动电流为ˆ˙Ιa.cd、ˆ˙Ιb.cd、ˆ˙Ιc.cd,设[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[1-1001-1-101][˙ΙA.cd˙ΙB.cd˙ΙC.cd]=[˙ΙA-˙ΙB˙ΙB-˙ΙC˙ΙC-˙ΙA](1)[ˆ˙Ιa.cdˆ˙Ιb.cdˆ˙Ιc.cd]=[˙Ιa.cd˙Ιb.cd˙Ιc.cd]=[˙Ιa˙Ιb˙Ιc](2)则两侧差动电流实现了相位的一致性。值得注意的是,由于Y0侧取相电流之差作为差动电流,导致了该侧差动电流幅值相对Δ侧扩大了√3倍,需作相应处理,这里不作探讨。1.2相位校正试验各侧电流相量图同样如图3所示,各参数的意义同1.1中所述。由向量图及相量分析可知,˙ΙA、˙ΙB、˙ΙC分别与˙Ιa-˙Ιc、˙Ιb-˙Ιa、˙Ιc-˙Ιb同相位,利用这一点即可达到相位校正的目的。设[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[˙ΙA.cd˙ΙB.cd˙ΙC.cd]=[˙ΙA˙ΙB˙ΙC](3)[ˆ˙Ιa.cdˆ˙Ιb.cdˆ˙Ιc.cd]=[10-1-1100-11][˙Ιa.cd˙Ιb.cd˙Ιc.cd]=[˙Ιa-˙Ιc˙Ιb-˙Ιa˙Ιc-˙Ιb](4)则两侧差动电流实现了相位的一致性。同样值得注意的是,由于Δ侧取相电流之差作为差动电流,导致了该侧差动电流幅值相对Y0侧扩大了√3倍,需作相应处理,这里亦不作探讨。2零序电流对平衡和差动保护的影响2.1[a.cdb.cdb.cd无论差动保护区外还是区内接地故障,变压器Δ侧各相电流中均不会存在零序分量,只有Y0侧各相电流中可能存在零序分量。考虑Y0侧中性点直接接地运行,以A相作接地故障的特殊相为例,将Y0侧的差流按序分量展开,由式(1)和式(3)分别有[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[1-1001-1-101][˙ΙA˙ΙB˙ΙC]=[(1-a2)˙Ι1+(1-a)˙Ι2(a2-a)˙Ι1+(a-a2)˙Ι2(a-1)˙Ι1+(a2-1)˙Ι2](5)[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[˙ΙA˙ΙB˙ΙC]=[˙Ι1+˙Ι2+˙Ι0a2˙Ι1+a˙Ι2+˙Ι0a˙Ι1+a2˙Ι2+˙Ι0](6)式中:˙Ι1、˙Ι2、˙Ι0为特殊相(即A相)的正序、负序、零序电流,a为相量算子,a=1∠120°。从式(5)中可以看出,Y0侧相位校正方式下差流中的零序分量已被自然滤掉,而从式(6)中可以看出,Δ侧相位校正方式下差流中的零序分量依然存在,必须进行零序电流补偿,否则将造成差动保护的误动。2.2区外接地故障时各方向相同度Y0/Δ-11变压器低压侧接地故障两侧相电流中均不会产生零序分量,故只考虑高压侧差动保护区外和区内接地故障的情况(下面所说的区内和区外均是指这种情况),如图4所示,D1为区内非对称接地故障(图中用单相接地故障代表),D2为区外非对称接地故障(图中用单相接地故障代表),各参数的意义同1.1中所述。由2.1中的分析可知,在Δ侧进行相位校正的方式下,必须考虑Y0侧的零序电流补偿问题,由式(6)可知,只要将等式右边的零序分量去除即可达到目的。各相差流零序分量的提取可有两种方式,一种是自产零序电流,另一种是中性点零序电流。考虑到区内外接地故障下差流的零序分量方向刚好相反,而变压器中性点零序电流方向保持不变,引入中性点零序电流3˙Ιm0,设区外接地故障时˙Ιm0和˙Ι0方向一致,则区内接地故障时˙Ιm0和˙Ι0方向相反。显然,区外接地故障时˙Ιm0和˙Ι0大小相等,于是可得到式(7),而区内接地故障时˙Ιm0和˙Ι0大小一般不相等,于是可得到式(8)。[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[˙Ι1+˙Ι2+˙Ι0a2˙Ι1+a˙Ι2+˙Ι0a˙Ι1+a2˙Ι2+˙Ι0]-13[3˙Ιm03˙Ιm03˙Ιm0]=[˙Ι1+˙Ι2a2˙Ι1+a˙Ι2a˙Ι1+a2˙Ι2](7)[ˆ˙ΙA.cdˆ˙ΙB.cdˆ˙ΙC.cd]=[˙Ι1+˙Ι2+˙Ι0a2˙Ι1+a˙Ι2+˙Ι0a˙Ι1+a2˙Ι2+˙Ι0]-13[3˙Ιm03˙Ιm03˙Ιm0]=[˙ΙA+(-˙Ιm0)˙ΙB+(-˙Ιm0)˙ΙC+(-˙Ιm0)](8)从式(7)中可以看出,区外接地故障时差流中的零序分量得到了有效的滤除,从式(8)中可以看出,区内接地故障时差流中叠加了一个零序分量。需要说明的是,Y0侧相位校正方式下,无论区外还是区内接地故障都将零序电流滤掉了,这样一方面使得区外接地故障差动保护不误动,另一方面却降低了差动保护对区内接地故障的灵敏度。而Δ侧相位校正方式下,通过加入中性点零序电流进行补偿的方法,一方面实现了区外接地故障时的差流平衡,另一方面,如果Y0侧中性点不接地运行,区内接地故障形成的差流为三个序分量的完整叠加,不影响差动保护的灵敏度,如果Y0侧中性点接地运行,区内接地故障形成的差流额外多出了一个零序电流分量,从而提高了差动保护的灵敏度,同时由于Y0侧电流仅与零序电流进行了加减计算,变压器空载合闸时各相涌流特征明显,有涌流时闭锁保护更加可靠。顺便指出,如果引入的不是中性点零序电流,而是自产零序电流,那补偿的效果与Y0侧相位校正得到的效果一样。值得注意的是,Δ侧相位校正方式下,Y0侧中性点不接地运行时,区内接地故障在差流中会产生零序分量,区外接地故障在差流中则不会产生零序分量,于是文献认为Y0侧中性点不接地运行时可不进行零序电流补偿,但在实际当中,变压器Y0侧常设有中性点间隙,区外接地故障可能导致中性点间隙被击穿,此时相当于Y0侧中性点接地运行,差流中就会产生零序分量,结果将导致差动保护的误动作,故无论变压器Y0侧中性点接地与否,差动保护的零序电流补偿均应按Y0侧中性点直接接地运行考虑。3接地短路网络及电流流向上述采用变压器中性点零序电流补偿的方法涉及零序电流极性的问题,而工程实际当中零序CT极性常常容易弄错,文献中通过短接主变三相从而采用直流感应法试验零序CT的极性,文献提出了用合闸侧自产零序励磁涌流和中性点零序励磁涌流的相位对比来验证零序CT的极性。下面,将通过实例说明中性点零序CT极性的接法。如图5为一简单的110kV中性点直接接地电力系统,CT1为主变高压侧CT,CT2为主变中性点零序CT。D1和D2点发生接地短路时的零序网络及一次电流流向分别如图6和图7所示,其中XG0为发电机零序电抗,XL0为M母线至N母线间的输电线路零序电抗,XLM0为M母线至短路点D1间的输电线路零序电抗,XLN0为N母线至短路点D1间的输电线路零序电抗,XB0为变压器零序电抗,Uf0为故障点处的零序电动势,IdM0为流进M母线的零序电流分量,IdN0为流进N母线的零序电流分量,IdN0为变压器中性点的零序电流。图6显示区外接地短路时流过高压侧的各相的零序电流分量与中性点零序电流相位相同,满足了式(7)的要求;图7显示区内接地短路时流过高压侧的各相的零序电流分量与中性点零序电流相位相反,满足了式(8)的要求。设CT1的极性端在母线侧,CT2的极性端在接地侧,均采用减极性接法,为保证保护装置中的二次电流与系统一次电流的相位对应,此时要求CT1和CT2均正极性接入保护装置。如果CT1和CT2其中一个反极性接入保护装置,则另外一个也反极性接入保护装置,总之要求CT1和CT2间的相对极性能使式(7)和式(8)同时成立。4相位校正试验本文虽然分析的是Y0/Δ-11变压器差动保护相位校正的问题,但结论对其他接线组别变压器仍然具有指导意