電流互感器接線方式在發電廠典型設備的應用原理分析

黃必成　譚華　童浪興　左宇

摘 要：介紹了電流互感器接線方式在發電廠循泵雙速電機及變壓器差動保護中的應用原理，闡述了循泵雙速電機高、低速接線繞組變化時，以及傳統繼電器和微機型保護Ynd11接法變壓器差動保護中高、低壓側繞組的電流互感器的接線方法。通過相量圖形象地展示了變壓器繞組及電流互感器輸出電流的相量關系，并以某發電廠發變組保護為例，驗證了分析的正確性。

關鍵詞：電流互感器；雙速切換；差動保護；電流補償

中圖分類號：TM452? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0007-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.002

0? ? 引言

電流互感器（CT）是一種根據電磁感應原理將一次側大電流轉換為二次側小電流的設備，廣泛應用于火電廠電力設備的保護、測量、計量等回路，起電流變換和電氣隔離作用[1]。電流互感器在三相電路中的常見接線方式主要有一相式接線、不完全星型接線、兩相電流差接線以及三相星型和角型接線。其中三相星型和角型接線使用的三相電流互感器能夠及時準確地了解發電廠三相負荷的變化情況，可用于測量三相平衡和不平衡電流，故多用于電機（包括變壓器）的差動保護接線中[2]。由于三相電流互感器接線較為復雜，且電機繞組接線方式不同，電流互感器二次側接線也會隨之發生變化，故本文將分別對循泵雙速電機及變壓器這兩種典型的發電廠電機設備差動保護回路中電流互感器的應用展開分析。

1? ? 循泵雙速電機

循環水泵（以下簡稱“循泵”）能夠將原動機的機械能轉換為流體輸送的動能，在火電廠中的主要作用是向汽輪機凝汽器提供冷卻水[3]。由于季節不同，外界循環水溫不同，因此對于循泵電機的出力要求不同，電機轉速應能相應變換，以節省用電量。

式中：n為電機的同步轉速；f為電源頻率；p為電機的極對數；s為轉差率。

同等條件下，極對數p越小，則電機轉速越高；反之，則轉速越低。因此，可以通過改變電機的極數來改變電機的轉速，再加上變極調速節省投資易實現，故一般發電廠均采用基于變極原理的循泵雙速電機。

循泵電機高速狀態是通過將每相的多個定子繞組并聯以減少電機的極數來實現的，改變繞組連接最終會使得電機三相繞組呈現星型連接方式。低速狀態則是通過將每相的多個定子繞組串聯以增加電機的極數來實現的，改變繞組連接最終會使得電機三相繞組呈現角型連接方式[4]。電機繞組接線方式轉換如圖1所示。

在圖1中，當接線柱取自X、Y、Z點且S1、S2、S3閉合時，則XB與XA間的繞組并聯，ZA與ZC間的繞組并聯，YB與YC間的繞組并聯，最終使電機繞組呈星型連接，旋轉磁場只有一對極，即p=1，電機為高速狀態。當接線柱取自A、B、C點且S1、S2、S3斷開時，AB、BC、CA間繞組均串聯，最終使電機繞組呈角型連接，旋轉磁場有兩對極，即p=2，電機為低速狀態。

循泵電機的差動保護是通過高壓開關側的CT及電機繞組中性點側CT共同實現的。當電機繞組的接線方式不同時，為了使電機正常運行時無差流，繞組側CT的接線方式也應隨之改變。

1.1? ? 循泵電機高速

當循泵電機為高速時，其每相定子繞組由多個繞組并聯組成，且呈星型連接方式。當電機定子繞組最終呈星型連接時，為采集差流，高壓開關側CT及電機繞組側CT也均采用星型連接，此時電流互感器接線方式及電流方向如圖2所示。

此時，如循泵電機正常運行，高壓開關側的CT及電機繞組中性側CT所輸出電流大小相等、方向相同，差流為0。而當循泵電機發生接地等故障時，兩側差流若大于定值，則差動保護動作斷開開關，對循泵電機起保護作用。

1.2? ? 循泵電機低速

當循泵電機為低速時，其每相定子繞組由多個繞組串聯組成，且呈角型連接方式。當電機定子繞組呈角型連接時，為采集差流，高壓開關側CT仍為星型接法，而電機繞組側CT須切換為角型接法，電流互感器接線方式及電流方向如圖3所示。

此時，如循泵電機正常運行，高壓開關及電機繞組中性兩側差流為0。當循泵電機發生接地等故障時，兩側差流若大于定值，則差動保護動作斷開開關。

2? ? 發變組變壓器

發變組是發電機變壓器組的簡稱，指的是單元式發電系統，即發電機出線直接接至變壓器。變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，是輸配電的主設備。

發變組變壓器（主變）為升壓變壓器，由于我國110 kV以上系統多為中性點直接接地系統，因此與母線相連的高壓側繞組連接方式為星型接地[5]；而為了消除三次諧波，防止引起電網電壓波形畸變，與發電機直接相連的低壓側繞組連接方式為角型連接。常采用的繞組連接組別為Ynd11接線，如圖4所示。

2.1? ? 三相變壓器連接組別

三相變壓器繞組連接組別多使用鐘表法，即通過字母及時序數表示高低壓側繞組的連接方式。以Ynd11接線為例，其表示變壓器一次繞組為星型接地接法，二次繞組為角型接法，且二次繞組的電勢相量滯后于一次繞組相量30°，形象地表示低壓側電勢相量指向鐘表時針11點位置。

使用鐘表法，以A相為例展開分析，假設高壓側A與低壓側a等電位，由于圖4中變壓器高低壓側繞組的繞向相反，同名端標號亦相反，故變壓器高低壓側A相的相電勢方向相同，均從末端指向首端。則高低壓側相量圖如圖5所示。

由圖5可得，低壓側繞組線電勢超前高壓側繞組線電勢30°，為Ynd11點接線。

2.2? ? 變壓器傳統CT接法

Ynd11接線變壓器傳統差動電流保護是直接通過繼電器實現其動作，差電流是直接通過CT二次接線方式來實現的。由于變壓器高低壓側繞組接線方式不同，若兩側繞組所接CT接線方式相同，則正常運行情況下將存在差電流進入繼電器，差動保護繼電器可能誤動作。因此，Ynd11接線變壓器電流互感器接線方式如圖6所示。

2.3? ? 變壓器新式CT接法

隨著繼電保護技術的發展，現在微機型繼電保護裝置早已全面應用。由于微機型保護裝置能進行自我運算，對于不同連接組別的變壓器差動保護的高、低壓側CT接法方式不再做特殊要求，而是通過軟件算法補償實現差動保護計算。現在變壓器高、低壓側CT一般均采用星型連接，仍以Ynd11接線變壓器為例，其電流互感器接線方式如圖8所示。

3? ? 算例分析

根據上文中所得微機型保護裝置計算補償遵循原理，以某電廠發變組差動保護為例，分析CT在現代發變組保護中的應用。

4? ? 結束語

電流互感器在電力系統中運用廣泛，可將大電流轉換為小電流運用于設備計量、測量、保護等。為適用于現場繁雜的設備狀況，其接線形式也多種多樣，但大多較為簡單直接。本文選擇電廠中較為復雜的兩類設備——雙速電機及變壓器，對其采用的電流互感器接線方法及原理進行了詳細論述，并通過算例分析介紹了南瑞發變組PCS-985型差動保護的校驗方法，驗證了本文對于電流互感器接線方法分析的正確性，對于行業內電流互感器使用時的接線方法采用及故障分析具有良好的指導作用。

[參考文獻]

[1] 劉剛，熊小伏，廖瑞金，等.泄漏電流對電流互感器誤差特性的影響及分析[J].電工技術學報，2018，33（3）：697-704.

[2] 王煜.電流互感器及其在差動保護中應用的研究[D].淮南：安徽理工大學，2019.

[3] 陳華杰，金金銘.發電廠大型雙速電機的差動保護配置與整定[J].神華科技，2017，15（6）：50-53.

[4] 杜靖宇，陳華杰，李少波.發電廠循環水泵雙速改造分析[J].浙江電力，2016，35（9）：49-52.

[5] 丁網林，駱健，劉強.零序電流對數字變壓器差動保護Y，d矢量變換的影響及對策[J].電力系統自動化，2004，28（5）：56-58.

收稿日期：2023-03-21

作者簡介：黃必成（1995—），男，江西撫州人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：電力系統繼電保護。