變壓器差動保護CT接線方式的探討

近年來，計算機和數(shù)字處理技術在電力系統(tǒng)繼電保護領域取得了非常成功的應用，基于微處理器的數(shù)字式保護裝置已經成為各個保護制造廠家的主導產品。微機型裝置所帶來的絕不只是在元件品質和工藝水平上的進步，而且還使得許多新穎和完善的保護原理應用于實踐成為可能。這一點可以從如下對各種型式變壓器差動保護CT接線方式的討論中得到印證。 
1一次變壓器差動保護誤動原因的分析
     某電廠啟動備用變壓器采用全星形接線（Y0/Y/Y）方式，220 kV側中性點直接接地，低壓側雙繞組中性點經高阻接地，系統(tǒng)接線如圖1所示。該變壓器配置集成電路差動保護裝置，由于變壓器各側電流同相位，無需相位補償，所以變壓器三側的差動保護CT二次接線均為星形。
     該變壓器在投運初期，曾發(fā)生高壓側區(qū)外單相接地故障時差動保護誤動事故。經過對錄波數(shù)據(jù)和事故過程的分析，誤動原因是：變壓器高壓側中性點直接接地，在電網發(fā)生任何接地故障時，將成為零序故障分量的通路，在變壓器零序勵磁電抗中產生汲出電流［1］。這一電流在系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，zui大可以達到0.46倍變壓器額定電流。因為該啟備變低壓側是不接地系統(tǒng)，無零序電流通路，所以此零序故障電流僅能在高壓側存在。當變壓器三側差動保護的CT二次電流回路都接成星形時，高壓側的零序電流便全部成為差動保護的不平衡電流，其數(shù)值達到差動保護的動作值就會造成誤動。

2電磁式保護的測量原理及其對CT接線要求
     電磁式變壓器差動繼電器，無論是帶制動繞組的BCH-1型還是帶短路線圈的BCH-2型，都是根據(jù)中間變流器鐵芯“磁通平衡”原理測量變壓器各側電流差值的，并且采用中間速飽和變流器來防止變壓器勵磁涌流導致的差動保護誤動［1］。該類型繼電器利用勵磁涌流中較大的具有衰減特性的非周期分量，使中間速飽和變流器的鐵芯迅速飽和，磁感應強度變化量很小，二次感應電壓也很低，從而防止變壓器空載合閘勵磁涌流造成的保護誤動。但是變壓器三相涌流往往有一相無直流分量，會導致中間速飽和變流器不起作用，所以此類差動保護必須以犧牲靈敏度為代價，提高保護動作值（通常是1.3～1.5倍的額定電流），以躲開勵磁涌流對差動保護的影響。
     電磁式變壓器差動繼電器的CT回路接線，首先必須通過對CT接線形式的選擇進行外部的“相位補償”，消除變壓器接線組別不同造成的高、低壓側電流相位差和差動保護回路不平衡電流。例如對于Y/d11接線的變壓器，由于三角形側電流的相位比星形側同一相電流超前30°，必須將變壓器星形側的CT二次側接成三角形，而三角形側的CT接成星形，從而將流入差動繼電器的CT二次電流相位校正過來。
     而對于Y0/Y全星形接線的變壓器，由于高、低壓側對應相的電流相位相同，無須進行“相位補償”。但這類差動繼電器的靈敏度較低，即使變壓器各側CT均采用星形接線，高壓側區(qū)外接地故障所產生的零序電流不平衡量也不致造成差動保護的誤動。由于定值設定太高的原因，電磁式差動繼電器對于包括單相接地短路在內的所有類型故障的反應靈敏度都較低，不適于用作大型變壓器的主保護。 
3晶體管和集成電路式保護的測量原理及其對CT接線要求
     晶體管和集成電路式差動保護的測量原理是采用中間變換器，得到折算后變壓器各側電流對應的較小的電壓量信號，并通過對各電壓量的綜合比較計算電流差值的［1］。它利用變壓器勵磁涌流中包含的特性分量來避開涌流影響。其差動元件動作定值的整定不用考慮躲開變壓器勵磁涌流的影響，一般是0.3～0.5倍的額定電流，靈敏度較高。
     這類保護同電磁式一樣，必須采用外部的“相位補償”消除變壓器接線組別對差動保護的影響。而對于Y0/Y全星形變壓器，如果其CT二次接線也采用全星形連接，當高壓側區(qū)外接地故障產生的零序電流進入差回路時，容易達到差動保護定值而造成誤動。所以對于Y0/Y接線變壓器，需要將差動保護的CT二次接成三角形，使接地故障的零序分量在CT二次線圈內形成環(huán)流，不會流入差動保護造成誤動。
     相對于星形CT接線，采用三角形接線使用于差動保護的線電流無零序電流分量，降低了變壓器內部單相接地故障時差動保護的靈敏度。
     盡管靜態(tài)保護裝置的定值較低，相對于電磁式繼電器靈敏度提高很多，但仍不能滿足現(xiàn)代大型變壓器運行可靠性的要求。為彌補這一不足，通常需要再裝設零序方向過流或零差保護，以提高內部單相接地故障的靈敏度。這樣就必須使用另外一組星形連接CT來測量變壓器直接接地側的零序電流。
     采用三角形CT接線，由于用于差動保護的CT二次電流和變壓器各側的一次電流的相位不*，無法反應實際負荷和短路電流情況，因此不方便用于變壓器負荷監(jiān)測或故障錄波。
4數(shù)字式保護的測量原理及其對CT接線要求
     數(shù)字式保護裝置目前在電力系統(tǒng)中得到日益廣泛的應用，和傳統(tǒng)類型的差動保護相比，數(shù)字式差動保護裝置集成了差動（包括零差）保護、過流（過負荷）保護、故障錄波和網絡通訊等多項功能，為實現(xiàn)變電站綜合自動化創(chuàng)造了條件。
     數(shù)字式差動保護通過輔助變換器進行交流變換得到適當?shù)碾妷毫啃盘?，再經濾波、采樣和模數(shù)轉換成為可以由微處理器直接運算的數(shù)字信號，所有數(shù)據(jù)處理、變量運算和保護邏輯功能都可以由軟件來實現(xiàn)。 
4.1相位補償?shù)倪\算
     數(shù)字式變壓器差動保護的CT回路，對任意接線組別的變壓器都可以采用全星形連接，其相位補償可以由保護內部的軟件來實現(xiàn)，而無須象傳統(tǒng)的差動保護那樣依靠CT接線方式的選擇進行外部的“相位補償”。這種軟件的補償是利用對稱分量法進行“矩陣變換”計算得到的，各種補償矩陣見表1。
     圖2為Y0/d11接線變壓器進行相位補償?shù)木仃嚪匠獭Ｗ儔浩魅切蝹热嚯娏鹘涍^矩陣變換后，相位順時針旋轉了30°，與星形側的三相電流同相*，以用于相電流差的計算。實際上，采用這種矩陣變換的方法，通過使用不同計算方程可以將變壓器某側的三相電流按任意n×30°（n為整數(shù)）旋轉，滿足各種接線組別變壓器相位補償?shù)男枰?br />     對于變壓器星形側的三相電流，則通過矩陣變換旋轉了360°。經過這樣的補償，雖然各相電流相位沒有發(fā)生變化，卻消除了電流中的零序分量。 
4.2對CT接線的要求
     如上所述，數(shù)字式差動保護對任意接線組別的變壓器CT接線均可以采用全星形連接，因為通過軟件的矩陣變換可進行相位補償并消除零序電流分量，所以不會在區(qū)外接地故障時造成差動保護誤動。
     采用全星形的CT接線，保護裝置測量到的二次電流相位和實際的變壓器一次電流*，使一臺裝置集多項保護、錄波和測量功能于一體成為可能。 
4.3單相接地故障的靈敏度及措施 
     采用軟件相位補償?shù)臄?shù)字式變壓器差動保護，消除了零序電流分量的影響，同樣會降低其對內部接地故障的反應靈敏度。作為提高直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時保護靈敏度的措施，數(shù)字式差動保護提供了利用中性點零序電流補償?shù)姆绞?，相位補償矩陣如圖3所示。 
     當區(qū)外故障時，IA為相電流IL 1與1/3中性點零序電流I0的矢量之和，由于此時IL 1的零序分量幅值為I0的1/3，并且方向與I0相反，兩者相互抵消，也就消除了零序電流的影響。當區(qū)內故障時，相電流的零序分量幅值取決于系統(tǒng)提供的故障電流值，并且方向與I0*，零序電流不會被抵消，從而不會降低保護的靈敏度。采用零序電流補償時應特別注意變壓器中性點零序電流互感器的接線極性。 
5結論
      傳統(tǒng)的差動保護依靠CT二次接線方式的選擇，進行不同接線組別變壓器各側電流的相位補償，即使是對Y0/Y型變壓器，為防止區(qū)外接地故障時的誤動，也必須將差動保護的CT回路接成三角形。數(shù)字式差動保護對變壓器接線組別的相位補償由軟件實現(xiàn)，采用對稱分量法的矩陣變換消除了零序電流分量的影響，簡化了外部的CT回路接線，提高了運行可靠性。

產品優(yōu)勢

單機即可完成伏安特性數(shù)據(jù)測試、伏安特性曲線,10%誤差曲線繪制、電流互感器變比測試、極性測試。

產品別名

CT伏安特性綜合測試儀、CT伏安特性測試儀、伏安特性變比極性綜合測試儀、伏安特性測試儀、伏安特性綜合測試儀

產品特點

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功能強大,單機即可完成伏安特性數(shù)據(jù)測試、伏安特性曲線,10%誤差曲線繪制、電流互感器變比測試、極性測試。
2、全自動化
高性能數(shù)據(jù)處理和微機控制,試驗時只需設置zui高電壓、zui大電流,儀器即按指令自動升壓、升流,自動記錄測試數(shù)據(jù),自動描繪伏安特性曲線,并可以儲存打印。免除了手動調壓、人工記錄,描繪曲線等煩瑣勞動。
3、全中文界面
大屏幕圖形LCD,界面全部漢化,操作簡單方便,顯示清晰直觀,面板設有背光調節(jié)鈕,保證在各種光線條件都能清晰顯示。
4、輸出容量大
儀器單機輸出可達1000V、20A,做變比試驗時,電流輸出高達600A,并可選配外接升壓器和升流器,可使裝置輸出達到2000V、3A,電流輸出可達到1000A
5、存儲數(shù)據(jù)多
儀器要存儲12組測試數(shù)據(jù),即使掉電數(shù)據(jù)也不會丟失,可方便的查閱和打印,可與PC機連接。
 

產品參數(shù)