變壓器差動保護典型轉角方式的差異性分析

陳科 郭強

摘要：針對Y0/△-11接線的變壓器差動保護，從故障分析基礎知識入手，結合常用的Y→△和△→Y兩種典型轉角方式，詳盡分析變壓器幾種常見的區內和區外故障時差流大小，以此對兩種轉角方式進行比較。結果表明，區外故障時差流均為零;區內故障，單相接地故障時，△→Y轉角方式差流較大，相間故障時，故障相超前相Y→△轉角方式差流大，故障相滯后相△→Y轉角方式差流大。

關鍵詞：變壓器差動保護;轉角方式;差異性;差流

Abstract：For transformer protection of Y0/△-11 wiring， starting from the basics of failure analysis， combined with common two typical ways of Y→△ and △→Y， detailed analysis the differential current of several common external and internal transformer fault，in order to compare the compensation methods. The results show that the differential current is zero in external faults; internal fault， single-phase ground fault， differential current of △→Y is greater， phase failure， advance phase angle differential current of Y→△ is greater，lagging phase angle differential current of △→Y is greater.

Key words：transformer differential protection;compensation methods;difference;differential current

0 引言

電力變壓器是電力系統中十分重要的供電設備，它的故障對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響[1]，作為變壓器主保護的差動保護顯得尤為重要。由于變壓器高低壓側存在相角差，在進行差動計算時候需要進行相位校正。在微機保護中，CT一次均接成Y形，相位補償工作全部由微機內部程序計算處理。

針對國內普遍采用的Y0/△-11接線方式變壓器，目前國內外各大變壓器保護廠家根據補償方式不同，主要分為兩種，例如國電南自的PST1200、ABB的RET521等，采用Y→△的轉角方式，利用差電流來消除零序電流;而南瑞繼保的RCS978、ABB的RET670等，則采用△→Y的轉角方式，利用零序電流補償的計算方法[2，3]。

鑒于兩種典型轉角方式的廣泛應用，本文從故障分析基礎知識入手，分析兩種轉角方式在變壓器常見的幾種典型區內和區外故障時的差流大小，以此對兩種轉角方式進行比較，得出一定的結論，給現場的運維工作提供更好的指導意義。

1 典型轉角方式及故障分析理論基礎

國內普遍采用的Y0/△-11接線變壓器，為簡化分析，變壓器兩側電流值采用標幺值，變壓器變比為1：1，兩側電流分布圖如圖1所示[4，5]，其中IA、IB、IC為Y側電流值，Ia，Ib、Ic為△側線電流值，Ial、Ibl、Icl為△側繞組電流值。

1.1 典型轉角方式

接入微機保護的電流值是Y側的IA、IB、IC和△側的Ia，Ib、Ic，在進行差動計算時候需要進行相位校正，規定I’A、I’B、I’C和I’a，I’b、I’c為經過微機轉角處理后計算電流值。

Y→△轉角方式主要利用差電流來消除零序電流，其計算方法為：

1.2 故障分析理論基礎

根據故障分析基礎知識可知，任何不對稱故障均可利用疊加原理進行分析。對于變壓器而言，其故障可由Y側故障分量和△側故障分量疊加而成，其正序序網如圖2所示。

根據故障分析，可歸結典型故障情況下電流序分量關系，如表1所示，Y0/△-11接線變壓器典型故障情況下兩側電流量，如表2所示[1]，本文的分析將主要針對這幾種故障進行。

說明：表1、表2中IK為各種對應故障時候的故障電流大小，根據故障類型不同其數值也不相同。

2 區外故障時差流分析

2.1 單相接地故障

以Y側A相接地故障為例分析單相接地短路的情況。為了簡化分析，不考慮負荷電流，阻抗為純電抗，故障電流為IK。根據表2可知，Y側電流分別為IA=IK，IB=IC=0。

由于存在轉角關系，△側電流分別為

單相接地故障時區外故障時，兩種轉角方式的差流均為零。

對于△側發生單相接地故障，除了負荷電流外，只有電容電流，其非常小且不是環流，不能夠感應到Y側，Y側電流不受△側對地電容電流的影響。

2.2 相間故障

以BC相間障為例分析兩間短路的情況。若△側bc相短路，根據表2可知，

3 區內故障時差流分析

發生區內故障時候，差流大小需要根據推導計算定量的分析[6，7]。

（3）比較兩種轉角方式

由于差流與零序和負序阻抗的相對關系有關，即兩相接地故障時差流和接地點有關。比較兩種轉角方式，在BC相間接地短路時候，A相差流在兩種轉角方式下相對關系不確定;B相Y→△轉角方式差流大，C相△→Y轉角方式差流大。

3.4 三相短路ABC故障

發生三相短路，由于對稱性故障，兩種轉角方式的差流大小一樣，均為故障電流IK。

4 結論

本文從故障分析的角度出發，理論上推導出Y0/△-11接線變壓器區外和區內各種典型故障下的差流表達式，結合故障分析的結論，比較了各相差流的大小，典型故障下兩種轉角方式的各相差流總結如表3所示。

說明：表3中IK為各種對應故障時候的故障電流大小，根據故障類型不同其數值也不相同。m為負序電流分配系數，與零序綜合阻抗和負序綜合阻抗有關。

通過分析表3可以得出以下結論：

區外故障時，無論采用哪種轉角方式，各相差流值均為零，能確保變壓器差動保護不會誤動。

區內單相接地故障時，故障相△→Y的轉角方式差流大;非故障相超前相△→Y轉角方式差流大，非故障滯后相Y→△轉角方式差流大。

區內相間故障，非故障相Y→△轉角方式差流為大;故障相超前相Y→△轉角方式的差流大，故障相滯后相△→Y轉角方式的差流大。

區內相間接地故障，由于差流大小與零序和負序阻抗的相對關系有關，即兩相接地故障中差流和接地點有關系。比較兩種轉角方式，發現故障相超前相Y→△的轉角方式的差流大，故障相滯后相△→Y轉角方式的差流大，與兩相短路時二者相對大小關系一致。對非故障相而言，兩種轉角方式的差流相對關系不確定。

區內發生三相短路，由于對稱性故障，兩種轉角方式的差流大小一樣，均為故障電流IK。

整體而言，區內單相接地故障，故障相△→Y的轉角方式差流大，靈敏度較高。區內相間故障或相間接地故障，故障相超前相Y→△轉角方式差流大，故障相滯后相△→Y轉角方式差流大。

總之，兩種典型的轉角方式在不同的故障類型下其差流各有大小，在工作中了解掌握相關特性，有助于提高運維技術水平。

參考文獻

[1]張保會，尹項根。電力系統繼電保護[M]。北京：中國電力出版社，2005.5.

[2]PST1200系列數字式變壓器保護裝置說明書[Z].國電南京自動化股份有限公司2002.6..

[3]RCS-978系列變壓器成套保護裝置說明書[Z].南京南瑞繼保電氣有限公司，2002.10.

[4]袁宇波，陸于平，劉玉歡. 四種不同變壓器差動保護原理的靈敏度分析與比較[C]. 第十屆全國保護和控制學術研討會論文集，2005：194-199.

[5]梁志堅，古斌，譚建成. 不同故障類型不同轉角方式下的變壓器差流分析[J].電力系統保護與控制，2009， 37（21）， 71-76.

[6]鄧祥力，劉世明. 變壓器保護兩種轉角方式的比較[J].繼電器，2004， 32（16）， 20-26.

[7]李忠安. 變壓器差動保護單相接地靈敏度分析[J].繼電器，2003， 31（1）， 39-41.

作者簡介：陳 科（1986-），男，浙江寧海人，工程師，從事電力系統繼電保護相關運檢工作。

郭 強（1985-），男，河南南召人，高級工程師，從事電力系統繼電保護相關運檢工作。