變壓器差動保護中的兩種相位補償算法

變壓器差動保護中的兩種相位補償算法

y-11接法通常用于壓力容量，兩側(cè)相應的導線電流存在相位差。在變壓器差動保護中,為了使正常運行時差動電流為零,就需要采用相位補償將變壓器一側(cè)電流矢量變換到另外一側(cè),消除相位差。在常用的數(shù)字式變壓器差動保護中,兩側(cè)的互感器一般均采用星型接法。至于可能需要的相位或幅值變換,都在微機內(nèi)部運用數(shù)學方法完成。常見的消除相位差的變換算法有兩種,即三角形側(cè)向星側(cè)變換,或星側(cè)向三角形側(cè)變換。前一種變換比起后者應用范圍較為廣泛,應用經(jīng)驗也較為豐富。在實踐中,人們已經(jīng)察覺到,對于不同的故障,這兩種變換是有差異的,但依然缺乏理論上的證明。這里將對此進行理論上的分析。有關文獻對這方面已經(jīng)做過一定研究,文獻初步介紹了兩種變換的形式,利用中性點零序電流和三相計算零序電流的相位差來判斷故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外,從而對零序電流作出取舍,提高保護的靈敏度,但是這種方法需要在中性點處接入電流互感器,增加了成本也增加了保護的復雜性;文獻對相電流比例差動以及線電流比例差動作了比較,但文中所指的三角側(cè)相電流是變壓器內(nèi)部繞組上流過的電流,實際應用中該電流無法通過電流互感器測得;文獻對于單相接地靈敏度作了分析,從與本文不同的角度論述了單相接地時的靈敏度問題。1數(shù)字變壓器差動保護變壓器一般采用Y/Δ-11的接線方式,兩側(cè)電流的相位差為30°,在常用的數(shù)字式變壓器差動保護中,兩側(cè)的互感器一般均采用星型接法將電流接入數(shù)字式保護裝置。變壓器差動保護接線和兩側(cè)電流向量圖如圖1所示。為了消除這30°的相位誤差,在數(shù)字式保護中,可以通過計算解決。一般有兩種相位補償?shù)淖儞Q方法。(1)y側(cè)的電流應改變側(cè)，以下簡稱“1]變換后Y側(cè)電流變換后△側(cè)電流(2)y側(cè)的電流變換加乘子法將Y側(cè)的相電流IA2,IB2,IC2各減去零序電流I0得到:變換后Y側(cè)電流變換后△側(cè)電流在變換1中,Y側(cè)的電流變換式(1),相當于下述變化:電流正序分量逆時針轉(zhuǎn)30°,負序分量順時針轉(zhuǎn)30°,去掉零序分量;Δ側(cè)電流不變。在變換2中,Y側(cè)的電流變換式(3),即是減去零序電流;Δ側(cè)的電流變換式(4),相當于:電流正序分量順時針轉(zhuǎn)30°,負序分量逆時針轉(zhuǎn)30°,去掉零序分量。所以,上面的數(shù)學公式推導過程,其實是對短路處電流三序向量分別進行旋轉(zhuǎn),然后疊加的過程。兩種變換對應于不同的旋轉(zhuǎn)方式;不同的故障類型,對應不同的初始向量。所以經(jīng)變換之后差流大小不同。2差流計算與比較2.1故障網(wǎng)絡計算以單端電源經(jīng)輸電線路和變壓器給負載供電的模型為例,計算兩種變換下流入差動回路的電流大小。假設故障發(fā)生在Y側(cè)區(qū)內(nèi)(見圖2)。故障時,上述模型可分解為正常網(wǎng)絡和故障網(wǎng)絡(如圖3、圖4所示)。正常網(wǎng)絡不會在繼電器中產(chǎn)生差流,只用考慮故障網(wǎng)絡。幾種典型短路故障三序電流見表1。其中X1是系統(tǒng)正序電抗,X2是系統(tǒng)負序電抗,X0是系統(tǒng)零序電抗,(為簡化計算,表中結(jié)果是在忽略元件電阻并設負序電抗等于正序電抗X1=X2后得到的)。故障網(wǎng)絡可以分解為正、負、零三序網(wǎng)絡,(記故障點短路電流的正、負、零三序分量依次為I1s,I2s,I0s。Zsys表示線路和發(fā)電機正阻抗,ZT&L表示變壓器和負荷的阻抗,參見圖5~圖7)。根據(jù)上述故障網(wǎng)絡,通過以下計算步驟,求出兩種變換下的差流。(1)利用故障電流求出變壓器Y側(cè)和Δ側(cè)的互感器中的正負零序電流(在微機保護中,變壓器和互感器的變比的匹配都可以通過數(shù)學方法來補償。為了簡化分析,文中設變壓器以及互感器變比都是1∶1,不影響結(jié)論)。(2)將正負零序電流合成ABC三相電流。(3)將三相電流代入上文的兩個補償算法,求出變換后的電流。(4)求出三相差流:根據(jù)圖5~圖7中各電流的參考方向,考慮到電流互感器減極性接法,流入繼電器的差流應為兩側(cè)變換后電流向量之和。2.2差流幅值變化取三相差流中幅值最大的一相,比較兩種變換下的差流幅值最大相。在同一種故障情況下,差流幅值越大,表明該變換對于保護正確動作越有利。以單相接地故障為例,引用表1中的數(shù)據(jù):按照上述步驟,可以計算出采用變換1時,三相中差流最大值為,采用變換2時,三相中差流最大值為同理,可以得出其他幾種簡單故障時的結(jié)論,匯總于表2。2.3差動電流大小之比記,f隨β變化見圖8。是1個大于0的正實數(shù),從圖8中看出當β>1時,f很快趨于。所以,在兩相接地短路的情況下,當系統(tǒng)零序電抗大于正序電抗(即β>1)時,大致也可認為方式1與方式2的差動電流大小之比為2∶。顯然,f<1。所以方式1下的差流小于方式2。從表2中可以看出:雖然變換1在實際中應用較多,但對于單相故障而言,其差動電流比較小;對于兩相短路以及兩相接地短路,變換1的差動電流較大;三相短路時,兩者相同。2.4本文的網(wǎng)絡觀(1)關于電源,由于在故障網(wǎng)絡中不出現(xiàn)正常電源,故本文雖以單電源為例,但結(jié)論不局限于單電源網(wǎng)絡。(2)關于故障地點,文中以區(qū)內(nèi)故障為例,但從本文分析流程以及計算結(jié)果中可以看出,故障發(fā)生在變壓器Y側(cè)時,結(jié)論不變。3變壓器差動保護的比較本文通過對單端電源經(jīng)輸電線路和變壓器給負載供電系統(tǒng)發(fā)生變壓器