阻抗匹配平衡变压器的几种差动保护接线方式剖析

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第19 卷第4期 1 99 7年8 月
铁 道 学 报 JO U RN A L OF T HE CHIN A R AI L WA Y SO CIET Y
Vo 1. 19 No . 4 Aug ust 1 9 9 7
阻抗匹配平衡变压器的几种 差动保护接线方式剖析*
周有庆 刘湘涛¹ 张秀芝 周海燕
当 I A≠I B 时, 高压侧三相电流仍保持平衡, 但不对称。
与 Y/ △牵引变压器不同的是: 阻抗匹配平衡变压器在各种正常
运行方式下, 高低压侧各电流的相位不再是30°, 而是在较大的范围
内变化, 这是设计差动保护接线方式的难点。
2 几种差动保护接线方式分 析
图2 变压器向量图
近十年来一些高校、科研院所、设计和运行单位根据阻抗匹配平
图6 三继电器接线方案一
也是不允许。
( 3) 三继电器差动保护接线方式方案一
三继电器差动保护接线方案一如图6所示, 高低压侧电流互感器1 LH 和2 L H 的变比为
nL 1 和 nL 2 , 低压侧 CT 二次侧接有6个中间变流器 ZL H1 , ZL H2, …, ZL H6, 其变比分别为 nz 1, nz 2,
õ
õ
õ
õõ
( I B- I C ) / nL 1 = - [ I B/ ( nL 2õnz ) + ( I A+ I B) / ( nL 2õnz 3) ]
õ
õ
õ
õ
( I C- I A) / nL 1= ( I B- I A) / ( nL 2õnz )
( 19) ( 20) ( 21)
将 nz = K nL 1/ nL 2, nz 3 = knL 1/ 0. 366nL2 代入上式经整理得
õ
õ
- I B / nL 1 = ( I A + I B ) / nL 1 = ( I A+ I B) / nL 3
( 4)
由式( 1 ) 得
õõ
õ
õ
( I A- I B) / ( I A- I C) = K
( 5)
õõ
õ
( I A+ I B) / ( - I B ) = 3 K
( 6)
因此, 1 L H、2 LH 和3 L H 的变比 nL 1 、nL 2和 nL3 应按下式选择
4 3
211, nz 3= nz 4= 4/ 19= 0. 579。
正常运行情况下, A 、B 、C 三相差动继电器的两差动
臂电流分别为
õ
õ
õ
I A / nL 1 = 0. 789I A/ nL 2- 0. 211I B/ nL 2
( 14)
õ
õ
õ
I B / nL 1= - 0. 579I A/ nL 2- 0. 579I B/ nL 2
图7 三继电器接线方案二
( 4) 三继电差动保护接线方式方案二[ 4] 三继电器差动保护接线方式方案二如图7所示, 图7中高低压侧 CT 1 L H 和2 LH 可根据
3 倍额定电流选择差动保护用普通 CT , ZL H1、ZL H2和 Z LH3可选用许昌继电器厂产品 FL 10中间变流器, 其变比 nz 1 、nz 2 和 nz 3选择原则为
õõ
- IB / nL 1 = ( I A+ I B) / nL 3
( 10) ( 11)
图5 两继电器方案二接线图
当 nL 1 确定后
õõ
õ
õ
( I A+ I B) / ( I A + I C) = nL 2/ nL 1 = K
õõ
õ
( I A+ I B) / - I B= nL 3/ nL 1 = K
( 12) ( 13)
用差动继电器的平衡线圈或自耦变流器消除 CT 计
算变比与实际变比不一致所引起的不平衡电流。
当变压器高压侧内部发生 A -C 两相短路时, 短路电

õ
IA
=
-
õ
I C,
该接线方
式的两个
差动
继电
器均
将拒
动,

是绝对不允许的。同样当变压器中性点接地运行, 高压侧
线路上发生接地短路时, 两个差动继电器均可能误动, 这
第4期
阻抗匹配平衡变压器的几种差动保护接 线方式剖析
4 1
0. 789 - 0. 211 3
1 K
- 0. 577 - 0. 577
õ
IA
õ
( 1)
- 0. 211 3 0. 789 I B
高压侧线间电流为
õ
õ
IA- IB
õ
õ
IB- IC
=
1 K
1. 366 0. 366 - 0. 366 - 1. 366
L H 和3 L H 为低压侧 CT , 其变比为 nL 2 和 nL 3。差动继电器 CJ1和 CJ2高低压侧两差动臂的电流在正常运行和外部故障
时应大小相等, 相位相同, 则
õ百度文库
õ
õõ
( I A- I C) / nL1 = ( I A- I B) / nL 2
( 3)
图3 两继电器方案一接线图
õ
õ
õ
阻抗匹配平衡变压器是国内首创的新产品, 国内外现有的各类变压器差动保护接线方式 不能沿用, 因此国内一些高校、科研院所、设计和运行单位对该变压器的差动保护接线方式进 行了研究, 提出了不少技术方案, 有几种技术方案已投入或即将投入现场运行。本文将在安装 现场、学术会议、鉴定会议、专利文献和杂志上收集到的几种差动保护接线方式资料, 简要进行 理论分析和性能比较, 以求得到一种原理正确、接线简单、功能齐 全、技术规范的阻抗匹配平衡变压器差动保护接线方式, 尽快提供 给电气化铁路设计、安装和运行单位选用, 以保证国家“九五”期间 重点推广应用的阻抗匹配平衡变压器安全、可靠运行。
两继电器 方案一
两继电器 方案二
三继电器 方案一
三继电器 方案二
低压侧 CT 类型
内部各种短路 中性点接地
外部接地短路
专用 至 少一继 电 器动作
有误动
专用 高 压 侧 AC 两相 短路时 拒动
有误动
通用 至少二 个继 电器动
有误动
通用 至 少两个 继 电器动
不误动
采用无平衡线 圈 CJ, 是 否 需 加自耦变流器
当变压器高压侧中性点接地, 高压线路上发生接
地故障时, 由对称分量法分析得知短路电流分布如图4 所示[ 5] 。图4中
õ
I ′A =
Ia′B =
õ
I ′C =
õ
I0=
1 3
õ
I
′D
( 9)
很显然, 此时该两继电器差动保护接线方式的差动继 电器 CJ2将可能误动作, 因此该差动保护接线方式不 能应用于中性点接地变压器的保护。
用2个
用2个
用3个
不需用
使用中间
0
0
6
3
变流器个数
经费投资




综合性能
一般
不能应用
一般

4 结论
( 1 ) 两继电器差动保护接线方式方案一可用于变电所中性点不接地变压器, 低压侧须配 置专用 CT , 价格高, 采用无平衡线圈差动继电器时需增加2个自耦变流器消除 CT 变比不一致 引起的不平衡电流, 有些内部故障只有一个继电器动作, 可靠性不高。
nL 2/ nL 1= K
( 7)
nL 3 / nL 1 = 3 K
( 8)
当高压侧 CT 选定后, 低压侧 CT 就只能去厂家定做专用的双变比 CT , 当然价格较高。
4 2
铁 道 学 报
第1 9卷
该接线方式用差动继电器的平衡线圈或加装自耦变流器消除 CT 计算变比与实际变比不 一致所引起的不平衡电流。
…, nz6。高低压侧 CT 和中间变流器的极性如图中标注所示。高低压侧 CT 变比选择原则为:
nL 2 / nL 1 = K , 中间变流器的变比选择原则为: nz 1 = nz 6 = 15/ 19= 0. 789, nz 2 = nz 5 = 11/ 19= 0.
第4期
阻抗匹配平衡变压器的几种差动保护接 线方式剖析
该三继电器差动保护接线方式完全符合变压器继电保护设计技术规程的要求, 而且原理 正确, 电路新颖, 接线简单, 功能齐全, 工作可靠, 因此为天津电气化工程局电气化勘测设计院
选用于北京至郑州电气化铁路。
4 4
铁 道 学 报
第1 9卷
3 四种差动保护接线方式比 较
四种差动保护接线方式综合性能比较
衡变压器的电流变换关系, 设计了多种该变压器的差动保 护接线方式, 现根据继电保护设计技术规程的要求[ 2] 和电
力系统故障分析理论[ 5] , 对四种有代表性的差动保护接线
方式进行分析。
( 1) 两继电器差动保护接线方式方案一[ 3] 阻抗匹配平衡变压器两继电器差动保护接线方式方案
一如图 3所 示, 图3中1 LH 为高压侧 CT , 其变比为 nL1, 2
nz 1= nz 2= nz = K nL1 / nL 2
( 17)
nz 3 = K nL 1/ 0. 366nL 2
( 18)
变压器正常运行时流入 A 、B 、C 三相差动继电器两差动臂电流为
õ
õ
õ
õõ
( I A - I B ) / nL 1 = I A/ ( nL 2õnz ) + ( I A+ I B) / ( nL 2õnz3 )
õ
IA
õ
õ
õ
I C- I A
- 1 1
IB
( 2)
式( 1 ) 、式( 2 ) 中 K 为变压器的变比, 等于高压侧相绕组匝数 与低压侧三角形回路相绕组匝数之比; IaA 与 IaB 互为90°电角度。
当 I A= I B 时, 高压侧三相电流既平衡又对称, 以 IaA 为参考向量,
高 低压 侧电流 向量 图如 图2 所示 。
( 湖南大学 长沙)
提 要 针对几种阻抗匹 配平衡变压器的差动保护接线方式, 进行了简要的理论 分析, 对 照变压器继电保护的设计 技术规程, 指出了它们的优缺点和存在的缺陷, 进行了综合性能 技术指标比较, 得出了能否实际应用的结论。 关键词 差动保护 变压 器差动保护 阻抗匹配
中图分类号 U 224
1 阻抗匹配平衡变压器的电 流变换关系[ 1]
阻抗匹配平衡变压器的接线如图1所示。 阻抗匹配平衡变压器的高低压侧电流矩阵方程为
iA
3 + 1 - ( 3 - 1) i A
i B = 1 - 2 - 2
=
2 3K
iC
- ( 3 - 1) 3 + 1
iB
图1 变压器接线图
* 国家“八五”攻关项目资助 ¹ 湖南邵阳工专 收稿日期: 1996-12-02 周有庆 男 1944年出生 教授 湖南大学电气工程系 邮编: 410082
õ
õ
IA- IB
õ
õ
IB- IC
õ
õ
I C- IA
=
1 K
1 0 0 - 1 - 1 1
IaA õ+ IB
0. 366 0. 366
õ
Ia
- 0. 366 - 0. 366
õ
0 0
Ib
( 22)
式( 22) 中括号内两项矩阵合并后与由式( 1 ) 推得的式( 2 ) 完全相同。
( 15)
õ
õ
õ
I C / nL 1= - 0. 211I A/ nL 2+ 0. 789I B/ nL 2
( 16)
用差动继电器的平衡线圈或自耦变流器消除 CT 变
比不一致所引起的不平衡电流。
该三继电器差动保护接线方式使用中间变流器较
多, 能保证变压器发生内部各种相间短路和接地短路时,
至少有两个差动继电器灵敏可靠动作, 但当变压器中性 点接地运行, 外部线路发生接地短路时, 可能造成差动继 电器误动。
该三继电器差动保护接线方式不再需要用差动继电器的平衡线圈或另加自耦变流器消除
因 CT 变比不一致所引起的不平衡电流, 而且无论变压器中性点接地与否, 均可保证变压器内
部发生任何相间短路和接地短路, 至少有两个差动继电器灵敏可靠动作, 而当变压器高低侧外
部发生各种相间短路和接地短路时差动继电器均不会误动作。
阻抗匹配平衡变压器是湖南大学研究成功、与云南变压器厂联合开发、生产的新型平衡变 压器, 它具有可以较好地抑制负序电流对电力系统的影响和高压侧中性点可以接地等一系列 优点, 目前已有多台在几条电气化铁路用做牵引变压器投入运行。
电气化铁路牵引变压器不仅价格昂贵, 而且关系到给数十公里线路上机车的安全可靠供 电, 因此给阻抗匹配平衡变压器配置原理正确、接线简单、功能齐全、工作可靠的差动保护接线 方式是电气化铁路科研、设计和运行单位急需解决的技术问题。
两继电器差动保护接线方式方案二如图5所示。图5中1
L H 为高 压侧 CT , 其变比为 nL1、2 LH 和3 L H 为低压 侧
CT 其变比为 nL 2 和 nL 3。差动继电器 CJ1 和 CJ2 高低压侧两 差动臂的电流在正常运行和外部故障时应大小相等、相位
相同, 则
õ
õ
õ
õ
( I A + I C ) / nL 1 = ( I A+ I B) / nL 2
图4 单相接地故障电流分布
当变压器中性点不接地时, 该差动保护接线方式能保
证变压器正常运行和各种外部故障时可靠不动作, 而当变 压器发生各种内部故障时, 至少有一个差动继电器可靠动
作 。该差 动保 护接 线方 式19 92年 3月在 宝成 铁路 罗江 变电 所
( 变压器中性点不接地) 投运至今, 运行情况良好。 ( 2) 两继电器差动保护接线方式方案二
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