220kV主變差動保護的兩種相位補償方案探究

江新強

（國網福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建　龍巖　364000）

220kV主變差動保護的兩種相位補償方案探究

江新強

（國網福建省電力有限公司龍巖供電公司，福建龍巖364000）

摘要：為了更深入理解220kV電網變壓器常用的兩種相位補償方案，首先分析了變壓器兩側電流相位差產生的原因，其次對兩種相位補償方案的算法機理、計算的差流結果進行了深入分析，以確定最佳相位補償方案。

關鍵詞：變壓器；差動保護；相位補償

在220kV配電網正常運行過程中，變壓器起著關鍵作用，為了避免變壓器運行時出現相間短路故障，通常采用差動保護。差動保護的機理是根據變壓器產生故障時的差動電流變化來確定故障位置，若差動電流大于整定值，可確定故障在區域內，系統會產生跳閘保護動作；若差動電流小于整定值，可確定故障在區域外，系統會保護閉鎖。然而由于變壓器兩側電流的相位不同，因此必須首先對相位進行補償校正。本文對兩種常用的補償方案進行分析，并計算其在不同故障下引起的差動電流差值，以便對兩種補償方案具有更深入的理解。

1　電流相位差產生原因

接法進行探討，在理想狀態下，變壓器高低壓側的電流應該具有相同的相位。假設220kV變壓器高壓側、低壓側的電流分別為：

本文對220kV變壓器最常見的連接方式，具體連接方式如下圖1所示。根據基爾霍夫定律，低壓側的電壓滿足以下（1）關系，向量圖如下圖2所示。

圖1接線圖

圖2　變壓器兩側電流關系及向量圖

2　兩種相位補償方案探討

2.1兩種相位補償算法說明

綜上所述，220kV變壓器在運行過程中，高壓側和低壓側兩側對應的線電流存在相位差，為了消除相位差，就必須進行相應補償。由于目前多用數字式變壓器差動保護裝置，同時兩側的互感器通常采用星型接法，要進行的相位或幅值變換，都通過計算機內部的程序算法來完成。常用的相位補償算法包括兩種：第一，側補償；第二，側補償。

該方法的補償原理是將側電流做一個順相序的兩項電流之差運算，就能完成相位補償。具體計算過程通過相關軟件實現，求得高壓側的三相電流分別如下式（2）所示，向量圖如下圖3所示：

圖3側向量圖

圖4向量圖

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2.2兩種補償方案的差流比較

2.2.1差流計算

本文以單端電源經過輸電線路和變壓器給負載供電模型為例，計算不同補償方案下差流的大小。假設線路故障發生在Y側區域，如下圖5所示：

圖5　故障模型

為了計算的方便，可將此模型進行分解為：正常網絡和故障網絡。正常網絡運行過程中不會在繼電器中產生差流，因此計算時只需考慮故障網絡。幾種常見短路故障的三序電流如下表1所示：

表1　典型短路故障的三序電流

上表中，分別表示系統的正序、負序和零序電抗，。為了計算方便，為了計算的方便，上表的結果是進行了兩點簡化而得出的：第一，假設元件電阻為零；第二，假設正序電抗和負序電抗相等。基于此，可將故障網絡在進行細分為正、負、零三序網絡，計算過程如下：第一，根據故障電流求出變壓器兩側互感器中正序、負序和零序電流的大小；第二，將正序電流、負序電流和零序電流合成ABC三相電流；第三，將三相電流代入兩種補償算法，計算變換后的電流；第四，求出三相差流。

2.2.2差流比較

對于同一種故障，對于不同的補償算法，計算的差流幅值可能會存在一定差別，如果幅值越大，越利于繼電保護裝置動作。根據上述表中的計算數據，計算兩種相位補償方案在不同故障情況下的差流幅值之比，具體匯總情況如下表2所示：

表2　兩種補償方案在簡單故障時的差流值比較

2.2.3結論分析

第一，從上表可知，在出現單相故障時，變換方案2的差動電流值較大；若出現兩相短路或者接地故障時，變換方案1的差動電流較大；若出現三相短路故障時，兩種方案計算的差動電流數值相同。

第二，雖然本文計算是基于單電源為例，但當電網發生故障時通常不會出現正常電源，因此結論不只局限于單電源網絡。

第三，雖然本文計算基于區內故障，但根據計算方法而言，若故障發生在變壓器側時，具有相同的結論。

3　結束語

目前國內220kV主變差動相位補償通常采用上述兩種方案，雖然出現三相故障時，采用不同補償方案計算的差動電流數值相同，但若出現單相或兩相故障時，計算結果存在差異。第一種相位補償方案由于對涌流特征判斷不明顯，因此極易造成繼電保護誤動作、閉鎖或延長故障切除時間，具有一定的不足之處；第二中補償方案相對完善，是目前比較先進的補償方案。

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作者簡介：江新強（1981—），男，福建永定人；大學本科，工程師，主要從事繼電保護工作.