Yn_Y接线变压器单相接地短路差动保护动作分析_许建安

压侧二次电流幅值的最大值 。 当变压器为单侧电
收稿日期 :2008-05-14 , 修回日期 :2008-07-10 作者简介 :许建安(1950-), 男 , 副教授 , 研究方向为系统继电保护 , E-mail:fjsyx ja @126 .com
· 166 ·
水 电 能 源 科 学 2008 年
源时 , 制动电流采用式(3)对提高变压器差动保护
灵敏度有利 , 本文按此制动方式分析 。
微机比率制动特性的差动保护制动电流为 :
I res =(Ih +Il)/ 2
(4)
当保护区外发生 A 相接地短路故障时 , 由式
(2)可得变压器差动保护的差 动电流 I da =Idb =
I dc =I0 、制动电流 Iresa =2 .5I0 、I resb =I resc =0 .5I0 。
(2)改变接线方式 。若将变压器高压侧电流 互感器二次回路改接为三角形 , 两相电流差就不 存在零序分量 , 这样就消除了零序电流对差动保 护的影响 , 必须将变压器低压侧电流互感器二次 也改为三角形 , 否则两侧相位不一致同时必须进 行数值补偿 。
(3)软件补偿 。由于微机变压器差动保护相位 补偿较灵活 , 既可采用电流互感器接线方式进行补 偿, 也可通过软件校正相位。 若分别用 ﹒I′A 、﹒I′B 、﹒I′C 表 示高压侧加入差动回路电流 ;﹒I′a 、﹒I′b 、﹒I′c 表示低压侧加 入差动回路的电流 ,则高压侧电流补偿方式为 :
护原理 , 由于健全相差动电流较大而制动电流较
小 , 因此健全相差动保护可能出现误动现象 。
4 解决方案
图 3 单相接地故 障序网络 F i g.3 Fa ul t s e que nce di agr am of si ngl e pha se
变压器高压侧中性点为直接接地 , 当 变压器 高压侧区外发生单相接 地短路故障造成 变压器 差动保护误 动的原 因为 零序 电流 影响 时 , 必 须
b .提出了消除差 动保护区外 单相接地 短路 故障零序解 决方案 , 同 时也 对变 压器 差动保 护 区内单相接地短路故障 时差动保护的灵 敏度分 析 , 采用带零序电流补偿是一种有效的方法 。
第 26卷 第 6期 2 00 8 年1 2 月
文章编号 :1000-7709(2008)06-0165-04
水 电 能 源 科 学 W ater Resour ces and P ow er
V o l.26 N o .6 Dec .2 0 0 8
Yn/Y 接线变压器单相接地短路差动保护动作分析
的变压器差动保护的灵敏度 。
关键词 :微机差动保护 ;单相接地故障 ;补偿方式 ;比率制动特性
中图分类号 :TM 77
文献标志码 :B
当变压器接线方式为 Yn/ Y -12 时 , 因变压 器两侧电流相位相同 , 不需要进行相位补偿 。变 压器微机保护接线方式较灵活 , 变压器两侧电流 互感器采用星形接线也是较常用的方式 , 但在保 护区外发生单相接地短路故障时 , 差动保护可能 出现误动 。本文用不对称理论对单相接地短路故 障各序电流进行分析 , 并提出了防误动的措施 , 带 零序电流补偿是一种有效的方法 。
﹒I
(1) kA1
=﹒I(k1A)2
=﹒I
(1) kA 0
=
1 3
﹒I
(1) kA
(1)
由于变压器低压侧采用星形接线且中性点不
图 1 系统接线图 Fi g .1 Sy s t em w ir i ng di agr am
接地 , 零序电流不存在 , 因此变压器低压侧序分量
电流为 :
﹒I(k1a)
=﹒I
5 结语
a.针对 Yn/ Y 变压器高压侧差动保护区外发 生单相接地短路故障 , 得出变压器高 、低两侧电流 分布 。比率制动特性微机变压器差动保护差动回 路电流互感器采用星形接线 , 在变压器高压侧差 动保护区外单相接地短路故障时变压器差动保护 将受到零序电流的影响 , 差动保护可能产生误动 。
1 单电源区外单相接地短路故障
图 1 为两侧电源的 Yn/ Y 型变压器与系统联 接示意图 , 变压器的高压侧为中性点直接接地系 统 , 低压侧为不接地系统 。假设变压器 N 侧电源 不存在 , 当变压器保护区外发生单相接地短路故
障(假设在 M N 线路上发生 A 相接地短路故障), 根据不对称理论可列出各序电流的边界条件[ 1] , 故障相故障点(特殊相)的序分量电流为 :
时也可为一次电流)。
由图 2 相量图可知 , 当采用接线方式消除零
序电流影响后 、当在变压器差动保护区外发生单
相接地短路故障时 , 差动保护的动作电流就可不
必考虑零序电流对差动保护的影响 , 变压器整定
值可降低 , 变压器差动保护的灵敏度将得到提高 。
但是 , 当变压器高压侧内部发生单相接地短路故
障时 , 由于加入差动回路的电流相当于采用两相
显然 , A 相制动电流较大而不动作 , 但 B 、C 差动
电流较大 , 制动电流较小 , 保护可能误动(由比率
制动特性可求出)。
﹒I
( A1)=﹒I
(1) A1
+﹒I( A12)+﹒I
(1) A0
=(2C
+C0
)﹒I( k1A)1
﹒I
( B1)=a2
﹒I
( A11)+a﹒I
(1) A2
+﹒I
(1) A0
特性 , 其原理见文献[ 2 , 3] 。双绕组变压器比率制
动特性的变压器差动电流为 :
﹒Iop = ﹒I h +﹒I l
(3)
式中, Ih 为高压侧二次电流 ;Il 为低压侧二次电流 。
目前变压器微机保护制动电流有几种方式 :
①采用高 、低压侧二次电流相量差的一半 ;②采用
高 、低压侧二次电流幅值和的一半 ;③采用高 、低
电流为 :
序电流 , 变压器差动保护回路中的零序电流分量
就为式(5)、(6)对应项相减 , 各相差动电流为 :
IdA
=
C0
﹒I
(1) kA1
、I dB
=
C0
﹒I
(1) kA1
、IdC
=
C0
﹒I
(1) kA1
。
若系统各元件阻抗角相同 , 变压器差动保护
的制动电流为 :
Ires .A
=0 .5
(4
C
+C0)﹒I
许建安
(福建水利电力职业技术学院 , 福建 永安 366000)
摘要 :分析了 Yn/ Y 变压器微机差动保护在保护区外发生单相接地短路故障时 , 由于零序电流 的存在将 使变
压器差动保护可能出现误动 。 用不对称理 论对单 相接地 短路故 障各序电 流进行 分析 , 得出变 压器差 动保 护
区外 误动原因并提出防误动的措施 。 验证了变压器差动保护 区内单相接 地短路故 障时单侧电 源与双侧 电源
﹒I′A =(﹒IA -﹒IB)/ 3
﹒I′B =(﹒IB -﹒IC )/ 3
﹒I′C =(﹒IC -﹒I A )/ 3 变压器低压电流补偿方式为 :
﹒I′a =(﹒I a -﹒I b)/ 3 ﹒I′b =(﹒I b -﹒Ic)/ 3 ﹒I′c =(﹒I c -﹒I a)/ 3
式中 ,﹒I A 、﹒IB 、﹒IC 和 ﹒I a 、﹒Ib 、﹒I c 分别为高压侧和低压 侧电流互感器二次电流(设电流互感器变比为 1
=(C0
-C)I
(1) kA 1
(5)
﹒I( C1)=a﹒I
( A11)+a2
﹒I
(1) A2
+﹒I
(1) A0
=(C0
-C)﹒I
(1) kA 1
变压器低压侧仍然不存在零序分量电流 , 变
压器低压侧各相电流为 :
﹒I
(1) a
=﹒I
( a11)+﹒I
(1) a2
=2C﹒I
(1) kA1
﹒I
(1) b
相接地短路故障时单相接地的复合序网如图 3 所
示 , 变压器高压侧故障相各序电流为 :
﹒I
(1) A1
=C1
﹒I
(1) kA1
﹒I
(1) A2
=C2
﹒I
(1) kA2
﹒I
(1) kA0
=C0
﹒I
(1) kA 0
式中 , C1 、C2 、C0 分别为正序 、负序和零序分量的
分流系数 。 若 C1 =C2 =C , 则变压器高压侧各相
偿方
式
为
:﹒Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A =3C﹒I
/ (1)
kA1
3 、﹒I′ B =(﹒IB
-﹒I C)/
3 =0 、
﹒I′C =
-3C﹒I
/ (1)
kA1
3 。变压器低压侧电流补偿方式为
﹒I′a =3(1-C)﹒I(k1A)1 / 3 、﹒I′b =(﹒Ib -﹒Ic)/ 3 =0、﹒I′c =3(1 -
C)﹒I( k1A)1 / 3 。 则差动电流为 :
电流差 , 加入变压器差动保护的零序电流被消除 ,
降低了差动保护反映内部单相接地短路故障的灵
敏度 , 这是不希望出现的问题 。
(4)区内故障时分析 。图 2 中设 A 相接地短 路故障 , 两相电流差不存在零序分量电流 , 此时高
压侧的电流如果用式(5)表示 , 变压器低压侧正 、
负序电流分布系数为(1 -C), 则高压侧的电流补
相量如图 2 所示 。由图可知 :①因变压器高压侧
采用 Yn 接线 , 高压侧存在零序分量电流 ;②变压 器低压侧采用 Y 形接线 , 则变压器低压侧零序分
量电流不存在 ;③由于变压器一侧有零序分量电
流 , 故另一侧不存在零序分量电流是变压器差动
保护误动的根本原因 。
2 比率制动差动保护
目前变压器微机差动保护广泛采用比率制动
第 26 卷第 6 期 许建安 :Yn/ Y 接线变压器单相接地短 路差动保护动作分析
· 167 ·
消除零序电 流对差 动保 护的 影响 , 可 采用如 下 防范措施 。
(1)提高整定值 。 变压器差动保护整定值是 以躲过励磁涌流 、电流互感器二次断线 、躲过外部 短路的最大不平衡电流条件整定 。 为防止 Yn , Y 接线变压器高压侧保护区外单相接地造成保护误 动, 还应躲过外部单相接地短路时的条件整定。 由于保护整定值提高 , 直接影响了差动保护灵敏 度 , 这种方法显然不为最好 。
图 2 高压侧保护区外部单相接地短路时电流分布
F ig .2 C ur re nt di st ri but i on w hi l e si ngle-pha se groundi ng s hor t ci rc ui t out si de t he
pr ot ec t i on are a of hi gh v ol t a ge s ide occ urs
(1) kA1
Ires .B
=0
.5
C0
﹒I
(1) kA1
(7)
Ires .C
=0 .5
C0
﹒I
(1) kA 1
由上述分析得出的变压器差动电流与制动电
流表达式可知 , 当变压器高压侧差动保护的保护区
外发生 A 相单相接地短路故障时 , 变压器中故障
相制动电流较大 , 健全相制动电流较小 。低压侧三
相都存在短路电流 , 且故障相电流为健全相 2 倍 , 方向相反 , 与单侧电源结论相同 。根据比率差动保
表明将电流互感器二 次接成三角形 或用软件补
偿 , 当变压器内部发生单相接地短路故障时差动
保护能正确反应 。由图 2 相量图可知 , 在单侧电 源下差动保护区内发生单相接地短路故障时 , 变
压器故障相的差动保护能可靠动作 。为解决误动
及灵敏度问题可采用变压器高压侧带零序电流补
偿法 , 既可避免区外单相接地短路保护误动 , 又可 提高区内接地短路故障的灵敏度[ 4] 。
=a
2
﹒I
(1) a1
+a﹒I
(1) a2
=
-C﹒I
(1) kA1
(6)
﹒I
(1) c
=a﹒I
(1) a1
+a
2
﹒I
(1) a2
=
-C﹒I
(1) kA1
在变压器差动保护区外发生单相接地短路故
障时 , 变压器一侧存在零序电流 , 另一侧不存在零
3 双电源区外单相接地短路故障
变压器两侧电源都存在 , 当保护区外发生 A
﹒Ida
=﹒I′A +﹒I′a =
3﹒I
(1) kA 1
﹒Idb =0
(8)
﹒Idc
=-
3﹒I
(1) kA 1
制动电流为 :
I
res
.a
=
23﹒I
(1) kA1
I res.b =0
(9)
I
res
.c
=
23﹒I
(1) kA1
由式(8)、(9)可看出 , 差动回路 a 、c 两相电流 相等 , b 相为 0 ;制动 电流仅 为差 动电流 的 1/ 2 。
(1) ka1
+﹒I
(1) ka2
﹒I(k1b)
=a2
﹒I
( k1a) 1 +a﹒I
(1) ka2
(2)
﹒I(k1c)
=a﹒I
(1) ka1
+a2
﹒I
(1) ka2
式中 , a =ej120° , 变换可得零序 、负序和正序电压 。
根据不对称理论 , 变压器 Yn 侧保护区外发
生单相接地短路故障时的变压器两侧序分量电流