三相變四相變壓器差動(dòng)保護原理

摘要：通過(guò)討論特定三相到四相干式電力變壓器的電流變換矩陣，分析了實(shí)現非相位變換干式變壓器差動(dòng)保護的基本原理。先次構建了適用于干式變壓器兩側中性點(diǎn)接地或不接地運行方式的三相至四相一致變壓器差動(dòng)保護的兩種典型接線(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：干式變壓器差動(dòng)保護；平衡干式變壓器差動(dòng)保護：三相轉四相變壓器差動(dòng)保護1簡(jiǎn)介四相傳輸是實(shí)現多相傳輸較簡(jiǎn)單的方法。與三相輸電相比，四相輸電線(xiàn)路可以顯著(zhù)提高輸電功率密度，節省架空走廊，降低輸電單元容量的投資成本[2]。實(shí)現四相輸電的關(guān)鍵設備是三相變四相干式電力變壓器。文獻[3]提出了一種新型三相轉四相干式電力變壓器，不僅為四相輸電提供了重要的物質(zhì)基礎，而且可以作為電氣化鐵路AT供電系統中的牽引供電干式變壓器，填補了內外三相轉四相牽引干式變壓器研究的空白[3]。由于電力干式變壓器在電力系統中起著(zhù)重要的作用，尤其是大容量、大規模的電力干式變壓器是一種非常昂貴的電力設備，因此，研究三相變四相變壓器的新型繼電保護方案是一個(gè)必須解決的重要技術(shù)問(wèn)題。大容量干式電力變壓器一般都裝有差動(dòng)保護。原則上，普通三相干式變壓器差動(dòng)保護的基本原理也可以推廣到三相至四相變壓器差動(dòng)保護的設計中。由于三相轉四相變壓器是通過(guò)不等相變換實(shí)現的，不同接線(xiàn)原理的干式變壓器對應特定的電流變換矩陣，因此三相轉兩相平衡干式變壓器差動(dòng)保護接線(xiàn)方式的分析必須基于特定的干式變壓器結構[4]。根據文獻[3]提出的三相轉四相變壓器的原理，本文構成了適用于該干式變壓器的兩種差動(dòng)保護接線(xiàn)方式。本文采用了四相系統對稱(chēng)分量法的分析方法，使得分析過(guò)程的概念清晰、通用，可以很好地推廣到各種可能的三相至四相連貫變壓器差動(dòng)保護方式的研究中，同時(shí)對平衡干式變壓器差動(dòng)保護分析具有現實(shí)的指導作用。三相變四相相干變壓器電流變換關(guān)系分析三相變四相干式電力變壓器的接線(xiàn)原理如圖1 [3]所示。干式變壓器一、二次側電流的變換關(guān)系為：Ia、Ib、Ic、Id為公式[3]中四相側的相電流；IA、IB、IC是三相側的相電流；k為三相側相電壓UA與四相側相電壓Ua的比值，即k=UA/Ua。根據文獻[3]的研究，干式變壓器三相和四相電流的對稱(chēng)分量中，只有兩側的正序分量和負序分量是一一對應的，即干式變壓器[5]四相側的零序電流和半零序電流不能轉換為三相側。同樣，三相側的零序電流不能轉換到四相側。為了便于討論一般情況，假設干式變壓器兩側中性點(diǎn)接地。為了保證干式變壓器外部接地短路故障時(shí)差動(dòng)保護不會(huì )失靈，需要使干式變壓器兩側出線(xiàn)的電流互感器二次繞組接線(xiàn)方式具有濾除零序電流和半零序電流的能力。因此，可以認為干式變壓器三相側和四相側的實(shí)測電流是明顯不同的 #p#分頁(yè)標題#e#

通過(guò)分析干式變壓器的電流轉換關(guān)系(3)和(4)，可以假設，如果通過(guò)中間變換器將四相側的電流轉換到三相側，則可以用三相側的電流形成差動(dòng)保護連接方案。也可以通過(guò)中間變換器將三相側的電流變換到四相側，形成差動(dòng)保護接線(xiàn)方案。3差動(dòng)保護的接線(xiàn)原理3.1雙繼電器方案如上所述，根據公式(4)，將三相側的電流轉換為四相側的電流，即可以構造差動(dòng)保護的雙繼電器方案。公式(4)的變換矩陣中有五個(gè)非零元素，原則上電流變換需要五個(gè)中間變換器，但是矩陣第二行的兩個(gè)元素相等，可以節省一個(gè)中間變換器。兩個(gè)繼電器差動(dòng)保護的接線(xiàn)方案如圖2所示。三相和四相電流互感器分別為1AT和2AT，對應的變比分別為n1AT和n2AT。三相電流互感器二次側有四個(gè)中間變換器，分別為1LB、2LB、3LB、4LB，對應的變比分別為n1LB、n2LB。需要指出的是，正常運行時(shí)，四相電流互感器對角相對的二次側繞組并聯(lián)后，輸出電流之和不為零，即=IA-ICIB表示四相電流互感器二次側繞組的公共接地點(diǎn)有電流流動(dòng)。本質(zhì)上，三相中間變換器將三相對稱(chēng)電流轉換成相位差為90的兩相電流，以便與四相電流互感器二次側的電流進(jìn)行比較，因此三相中間變換器的接地點(diǎn)也有電流流過(guò)。因此，必須在四相電流互感器二次繞組的接地點(diǎn)和三相側中間變流器的接地點(diǎn)之間形成可靠的通路。3.2三繼電器方案根據公式(3)，如果將四相側的電流轉換為三相側的電流，就可以構造差動(dòng)保護的三繼電器方案。公式(3)的變換矩陣中有五個(gè)非零元素，但較好列中的兩個(gè)元素是負數，因此可以節省一個(gè)中間轉換器。同時(shí)第二列兩個(gè)元素之和為另一個(gè)元素的負數，可以省去一個(gè)中間轉換器。三

繼電器差動(dòng)保護接線(xiàn)方案如圖3所示。 BR  三相側與四相側電流互感器分別為1AT和2AT，對應的變比分別為n1AT和n2AT。四相側電流互感器的二次側有3個(gè)中間變流器分別為1LB、2LB和3LB，對應的變比分別為n1LB、n2LB和n3LB。電流互感器變比的選擇原則為：n2AT/n1AT = k。中間變流器變比的選擇原則為：n1LB=n2LB=3.3 電流互感器連接方式的討論  下面進(jìn)一步討論干式變壓器中性點(diǎn)運行方式變化對電流互感器連接方式的影響。當三相變四相干式變壓器在四相側發(fā)生外部短路接地或短路不接地故障時(shí)，由于半零序電流的通路與中性點(diǎn)是否接地無(wú)關(guān)[5]，所以干式變壓器四相側中性點(diǎn)即使在不接地運行方式下，甚至四相側繞組四邊形連接時(shí)，輸入干式變壓器的半零序電流仍有通路。為了濾去半零序電流，避免差動(dòng)保護在干式變壓器外部接地短路故障時(shí)誤動(dòng)，則四相側電流互感器的連接方式是唯一的，即如本文所述，電流互感器二次側繞組對角相必須反相并聯(lián)。   如果干式變壓器三相側的中性點(diǎn)不接地時(shí)，三相側外部接地短路故障無(wú)零序電流通路?；蛘呷绻捎蒙鲜龅膬衫^電器方案，由于三相側電流通過(guò)中間變流器變換后也可以濾去三相零序電流。在這兩種情況下，三相側電流互感器的二次側繞組也可以采用星形連接，只是電流變換矩陣的元素則與本文討論的情況不同，在此不再贅述。4 結論（1）提出了三相變四相電力干式變壓器的兩種差動(dòng)保護接線(xiàn)方案，這兩種方案均適用于該干式變壓器兩側的中性點(diǎn)接地或不接地運行方式。（2）所述差動(dòng)保護方案也可用微機保護裝置實(shí)現，此時(shí)中間變流器的作用則由計算機軟件實(shí)現。差動(dòng)保護接線(xiàn)方案中的差動(dòng)繼電器的整定計算和靈敏度校驗方案與普通電力干式變壓器差動(dòng)保護相同。（3）文中采用了對稱(chēng)分量法及電流變換矩陣的分析方法討論所述的差動(dòng)保護原理，為不等相變換的平衡干式變壓器差動(dòng)保護研究提供了一般性的分析方法。根據這種分析原理，還可以很方便地構成任意接線(xiàn)的其它三相變兩相平衡干式變壓器或三相變四相電力干式變壓器的差動(dòng)保護接線(xiàn)方案。#p#分頁(yè)標題#e#