自耦變壓器公共繞組及低壓側(cè)套管電流計(jì)算

王子奕，李燕飛，鄒曉虎，肖俊先

（湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引 言

自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，其具有造價(jià)低、損耗低、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)[1]，已在我國電力系統(tǒng)的高壓、超高壓、特高壓領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。但由于自耦變壓器與傳統(tǒng)變壓器的結(jié)構(gòu)不同，自耦變壓器存在公共繞組，其繼電保護(hù)要求需分相將公共繞組套管引出并配有電流互感器，用于自耦變壓器公共繞組過負(fù)荷保護(hù)[7]與變壓器分側(cè)差動(dòng)保護(hù)。同時(shí)由于我國500 kV及以上變電站自耦變壓器大量采用（Yn，a0，d11）結(jié)構(gòu)，需要低壓（d11）側(cè)套管分相引出并安裝電流互感器在其回流母線之前，用于小區(qū)差動(dòng)保護(hù)。在自耦變壓器投運(yùn)現(xiàn)場，高、中壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行時(shí)，很多繼電保護(hù)調(diào)試人員往往只記錄了投運(yùn)過程中分側(cè)差動(dòng)保護(hù)與小區(qū)差動(dòng)保護(hù)差流接近為0 A，而不太重視此時(shí)公共繞組CT與低壓側(cè)套管CT電流的幅值及相位的正確性，將不利于當(dāng)在投運(yùn)現(xiàn)場萬一發(fā)生電氣故障或安裝接線錯(cuò)誤時(shí)的故障分析。而本文則將介紹與總結(jié)當(dāng)單相自耦變壓器在投運(yùn)過程中，繼電保護(hù)調(diào)試人員在自耦變壓器高、中壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行時(shí)，如何利用電容器組電容電流檢驗(yàn)公共繞組CT與低壓側(cè)套管CT的電流幅值與相位的正確性，確保自耦變壓器安全投入運(yùn)行。

1 自耦變壓器公共繞組電流分析

自耦變壓器的一次繞組AX是由其二次繞組aX和Aa串聯(lián)所組成的，如圖1所示。其中，繞組aX是一次繞組和二次繞組所共有的，一、二次繞組它們不但有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系[6]，其aX為公共繞組，也叫串聯(lián)繞組。

現(xiàn)場單相自耦變壓器在投運(yùn)過程中的方案通常會(huì)先以高壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行，利用電容器組的無功功率電流來校驗(yàn)變壓器高低壓側(cè)斷路器CT，套管CT及公共繞組CT電流的幅值及相位的正確性。在圖1，以A相為例，當(dāng)高壓側(cè)單獨(dú)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行時(shí)無功功率電流流過高壓側(cè)斷路器CT1與公共繞組CT5，此時(shí)變壓器中壓側(cè)斷路器為斷開狀態(tài)，無電流經(jīng)過中壓側(cè)斷路器CT2，因此變壓器一次繞組AX與二次繞組aX、Aa流過的無功功率電流實(shí)際上為同一電流，所以其幅值相等，相位相同，則：

圖1 高壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行

因分側(cè)差動(dòng)保護(hù)由高壓側(cè)斷路器CT、中壓側(cè)斷路器CT、公共繞組CT構(gòu)成[2]，它們的極性相反，所以：

由式（2）得出此時(shí)變壓器保護(hù)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)的差流為0 A，調(diào)試人員所測得的高壓側(cè)斷路器CT1與公共繞組CT5的二次電流應(yīng)幅值相等，相位相差180°。

同理，當(dāng)變壓器高壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行檢查完畢后，以變壓器中壓側(cè)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行時(shí)，其無功功率電流流過中壓側(cè)斷路器CT與公共繞組CT，因此時(shí)高壓側(cè)斷路器為斷開狀態(tài)無電流經(jīng)過，所以也為同一電流，其幅值相等，相位相同，則：

同樣因中壓側(cè)斷路器CT與公共繞組CT極性相反，所以：

由式（4）得出此時(shí)變壓器分側(cè)差動(dòng)保護(hù)差流為0 A，調(diào)試人員所測得的中壓側(cè)斷路器CT2與公共繞組CT5的二次電流應(yīng)幅值相等，相位相差180°。

2 自耦變壓器低壓側(cè)套管CT電流分析

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)是由低壓側(cè)三角形兩相繞組內(nèi)部TA和一個(gè)反映兩相繞組差電流的外附TA構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)。以A相為例，小區(qū)差動(dòng)保護(hù)由圖2中TA2、TA5和TA3構(gòu)成[5]。

圖2 自耦變壓器高低壓側(cè)接線圖

在現(xiàn)場實(shí)際接線中，由于自耦變壓器低壓側(cè)會(huì)有一個(gè)回流母線（見圖3），（Yn，a0，d11）自耦變壓器低壓側(cè)是在引線引出套管后在回流母線上繞接成三角形接線，圖2中低壓側(cè)TA3、TA6、TA9斷路器CT安裝位置在回流母線之后，根據(jù)（Y，d11）變壓器相位關(guān)系可知，流過低壓側(cè)任意電流的相位將超前高壓側(cè)電流30°[4]。

變壓器低壓側(cè)可以單獨(dú)看作為一個(gè)三角形接線系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)電流方向?yàn)榱鞒鲎儔浩髁魅氲蛪簜?cè)母線時(shí)，線電流的瞬時(shí)值或向量等于相應(yīng)兩個(gè)相電流的瞬時(shí)值或向量之差，即：

圖3 （Yn，a0，d11）結(jié)構(gòu)自耦變壓器

正常情況下，低壓側(cè)電流基本上為對稱的正弦負(fù)載電流，三角形接線方式中線電流與相電流的關(guān)系則如圖4所示。

圖4 三角形連接電流向量圖

由圖4得：

3 計(jì)算舉例

某變電站三側(cè)自耦變壓器容量為33 400 kVA，其高、中、低壓側(cè)的額定電壓分別為525 kV、230 kV與36 kV，設(shè)投運(yùn)電容器組的額定無功功率容量為60 120 kvar時(shí)，求當(dāng)自耦變壓器高、中壓側(cè)帶此電容器組運(yùn)行，其低壓側(cè)套管CT與低壓側(cè)斷路器CT電流的幅值大小及相位關(guān)系，及公共繞組CT與高壓側(cè)斷路器CT、中壓側(cè)斷路器CT電流的幅值大小及相位關(guān)系。

因低壓側(cè)電容器組為向變壓器方向側(cè)發(fā)出無功功率，此時(shí)高中壓側(cè)帶電容器組運(yùn)行時(shí)低壓側(cè)電流方向如圖5所示。

圖5 高中壓側(cè)帶電容器組運(yùn)行時(shí)無功電流流向圖

圖6 三角形連接電流流向圖

由式（8）可畫出圖7：

圖7 低壓側(cè)電流相位關(guān)系

4 結(jié) 論

本文的分析結(jié)論為大型自耦變壓器投運(yùn)過程中，由高壓側(cè)及中壓側(cè)單獨(dú)帶低壓側(cè)電容器組運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場繼電保護(hù)作業(yè)人員計(jì)算并校驗(yàn)公共繞組CT與高壓側(cè)斷路器CT、中壓側(cè)斷路器CT電流的幅值大小及相位的正確性，及低壓側(cè)套管CT與低壓側(cè)斷路器CT電流的幅值大小及相位的正確性關(guān)系上提供了指導(dǎo)，便于在投運(yùn)過程中迅速判斷自耦變壓器各側(cè)CT二次回路的電流的準(zhǔn)確性及萬一變壓器發(fā)生故障及接線錯(cuò)誤時(shí)的分析提供了參考，且有利于幫助現(xiàn)場繼電保護(hù)作業(yè)人員判斷分側(cè)差動(dòng)保護(hù)、小區(qū)差動(dòng)保護(hù)的準(zhǔn)確性，確保自耦變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對現(xiàn)場作業(yè)具有指導(dǎo)意義。