關于變壓器兩側差電流平衡的模擬試驗方法

孟勇健

摘要：由于要了解變壓器保護的工作原理，掌握變壓器保護的模擬試驗方法，經常要用到變壓器一側發生對稱或不對稱故障時，另一側的電流特征，且由于Y0/Δ-11接線的變壓器在傳變不對稱故障電流時情況比較復雜，為此本文介紹一下Y0/Δ-11接線的變壓器兩側故障電流傳變關系及主變保護差電流平衡檢驗方法。

關鍵詞：主變保護 電流傳變 差動保護 差流平衡試驗

Y0/Δ-11接線三相變壓器的接線如圖1所示，變壓器變比用n 表示，即兩側線電壓之比為n，繞組的相電壓之比為，為了分析方便假設n=1。所謂11點接線，即系統的正序電壓或電流經變壓器傳變后同名相電壓或電流逆時針旋轉30度，即：假定Y0側電壓相量在時鐘的12點位置，Δ側同名相電壓在時鐘11點位置。

由于零序電流僅能出現在Y0 側，在Δ側只能在繞組中形成環流，不會出現在對外連接線上，因此只須分析正序和負序電流的傳變系變。由于變壓器傳變對稱分量相對簡單，而傳變不對稱三相電流情況比較復雜，因此下面先介紹一下Y0/Δ-11接線三相變壓器傳變電流的關系，分析變壓器兩側故障電流傳變關系利用對稱分量法進行。

1 變壓器兩側故障電流傳變關系

假定變壓器Y0側單相接地故障，是在變壓器Y0側外部出口處，故障特征就是中性點接地系統單相接地故障，故障點正序、負序、零序電流幅值相等相位相同。Y0側A相發生單相接地故障期間，Δ側相電流和電壓的相位和幅值比Y0側都發生了較大的改變，Δ側故障相電流變為a、c相，它們大小相等相位相反，幅值是高壓側A相電流的倍，b相電流為0。因此，Y0側發生單相接地故障時，Δ側在同名相和領前相存在故障電流，即Y0側A相接地，Δ側為a、c相存在故障電流；Y0側B相接地，Δ側為b、a相存在故障電流；Y0側C相接地，Δ側為c、b相存在故障電流。Δ側兩相電流大小相等相位相反，幅值為Y0側A相電流的倍，具有了兩線短路的電流特征。Δ側a相電壓不再為0，b、c相電壓也不再為故障前電壓。

2 微機變壓器電流差動保護檢驗方法

2.1 電流差動繼電器的基本構成原理。變壓器電流差動繼電器是應用基爾霍夫第一定律構成的，它主要是通過判別流過變壓器兩側電流的相位和幅值不同構成。我們規定兩側電流正方向均指向變壓器的情況下，變壓器流過正常負荷電流或區外故障電流時，兩側電流相位應相反，選擇合適電流互感器變比及合適的接線方式后，兩側電流相量和為零；變壓器內部故障時，兩側電流相位接近相同，同樣的互感器變比及接線方式，兩側電流相量和為兩側電流的代數和，數值很大。因此，只要比較兩側電流的相量和的大小，就可以很容易的判別變壓器內部故障。為了滿足流過正常負荷和區外故障電流時差流為零這一最基本要求，變壓器電流差動保護的電流互感器接線方式非常重要。

2.2 Y/Δ-11接線的變壓器電流差動繼電器。Y/Δ-11接線的變壓器，為了使繼電器在傳輸正常負荷電流時不產生差流，除兩側電流互感器的變比必須選擇合適和兩側電流極性相反以外，二次接線還必須與變壓器接線方式相對應，需將變壓器Y側的電流互感器接成Δ形，Δ側的電流互感器接成Y形，即變壓器的Δ側電流逆時針旋轉了30°角，Δ側的電流互感器也逆時針旋轉30°角。由于微機保護強大的計算能力，目前所用的微機變壓器保護基本上都不采用上述接線了，而是各側均采用星型接線，轉角功能在軟件算法中完成，即我們講的內部轉角的方式，由繼電器內部實現Y-Δ轉換，轉換方式與外部轉換原理相同。

2.3 Y-Δ電流差動繼電器模擬試驗方法。電流差動繼電器檢驗的難點不在于檢驗繼電器的動作值，而在于如何檢驗正常運行時的差流是否為零，即繼電器差電流平衡檢驗。

所謂平衡檢查就是通過模擬試驗，檢驗保護的各項整定參數是否合理。因此在檢驗以前，應該依據變壓器容量，兩側電流互感器的變比，計算出在同一變壓器容量下各側的二次額定電流，依據繼電器流過正常負荷電流時無差流的原則，用具有6相電流輸出的儀器在兩側按正常電流傳變關系加入三相對稱二次額定電流，檢查繼電器差流為0即可。

如一臺容量為40MVA，變比110/35kV的雙卷變壓器，高壓側二次額定電流為1.75A，低壓側二次額定電流為2.75A，由于正常時變壓器低壓側電流超前高壓側30°角，低壓側電流反向，應滯后高壓側150°角。電流輸入如下圖所示：

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由于有時現場并不具有6相電流輸出的儀器，無法完成試驗。另外，檢驗保護的制動特性時也需要檢驗三個差動繼電器中的一個動作，因此有必要掌握差動繼電器檢驗方法及試驗機理。由于變壓器外部故障時電流差動保護應該沒有差流不應誤動，因此我們可以利用變壓器兩側故障電流傳變關系，分相檢驗繼電器的平衡特性及制動特性。

我們已經知道，當變壓器Y側發生單相接地故障期間，Δ側故障相電流改變為高壓側的同名相和領前相。即Y側A相接地時，Δ側為a、c相有電流，Δ側兩相電流大小相等相位相反，幅值為高壓側A相電流的倍，兩側同名相電流相位相同。按上述關系，可以用三相微機保護校驗儀的其中一相（如A相）電流，角度設為0°，幅值設為Y側1倍的二次額定電流，加于Y側的電流輸入（如A相）端子。用校驗儀的另兩相電流輸出，幅值設為Δ側倍二次額定電流，一相加于Δ側與Y側的同名相（A相）電流輸入端子，角度設為180°，另一相加于Δ側的領前相（C相）電流輸入端子，角度設為0°。

此時，A相繼電器差流應為0。不同相別電流差動繼電器的各側電流輸入幅值和相位見表1。

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按上述電流幅值與相位接入繼電器后，對應相的差流應為0，若不為0，應檢驗繼電器的內部設置和額定二次電流計算是否正確。

加試驗電流時要注意：Δ側與Y側是對變壓器而言的；表中的額定電流是對應側的二次額定電流，各側二次額定電流不一定相等。

這一試驗方法還可以從微機電流差動繼電器基本構成原理方面去理解，以A相繼電器為例，由于在Δ側電流互感器是Y接線，加入A相試驗電流后，繼電器中只有A相有電流。而Y側電流互感器是Δ接線（內部轉角），加入A相試驗電流后，繼電器不僅A相有電流，而且C相也有電流。所以試驗時，必須在繼電器C相加一個與A相反向的電流。又由于Y側電流互感器是Δ接線，計算差流時需將外加電流除以，所以Δ側外加電流也除以，差流應平衡。

上述試驗方法是通過變壓器對單相故障的傳變關系推導得到的，區外單相故障電流差動保護一定無差流。檢驗方法中并沒有考慮各側的平衡系數，其實平衡系數并不影響差流平衡，平衡系數只影響各側的電流動作值，且檢驗時各側的電流平衡系數及相關定值已按要求正確輸入。

3 結束語

面對電網規模日益發展，對保護人員的技術要求提出了更高層次的要求，應在熟練掌握二次回路的基礎上更加深入地理解保護裝置的原理，這樣，當面對緊急情況時才能快速地采取有效措施，將電網風險降到最低。

參考文獻：

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