斯科特干式变压器差动保护的研究
0简介
斯科特接线平衡干式变压器(又称T型接线干式变压器)是较早的三相两相平衡干式变压器，其内部由两个单相干式变压器组成。在工业电力发展的早期，当三相输电模式刚刚建立时，人们使用斯科特接线干式变压器来实现三相系统和两相系统(或两个单相系统)的互联。目前，平衡干式变压器主要用于电气化铁路、工频感应炉等大容量单相负荷接入三相电力系统时，以减少单相负荷对三相电网的负序影响。与其他平衡干式变压器相比，斯科特干式变压器具有接线简单、易于分接和调压、二次侧两相电气先立等优点，目前应用广泛。
但由于干式变压器的特殊性，差动保护的电流互感器接线平衡公式不同于传统的Y/d-11接线电力干式变压器。早期的晶体管继电保护，差动保护采用两个继电器。在微机保护阈值下，根据斯科特牵引干式变压器的电流变换关系，推导出多种差动平衡公式。针对目前主流差动保护方案的不足，提出了一种完整的差动保护方案。
1干式变压器差动保护
斯科特干式变压器差动保护的接线方式如图1所示。
1.1差分方案
该方案是斯科特干式变压器微机差动保护实际应用中较常见的方案。
1.1.1差动电流平衡公式
1.1.2差动流量计算公式
相位差动态电流：
a相制动电流：
图1斯科特干式变压器差动保护的接线方式
B相和C相动态电流和制动电流的计算方法相似。其中Kph=1/KXn2/n1为平衡系数；N 1为干式变压器高压侧CT变比；N 2为干式变压器低压侧CT变比；K=W1/W2为干式变压器高低端绕组匝数比。
1.1.3浪涌制动逻辑
涌流制动采用二次谐波或逻辑制动。
1.2差分方案2
1.2.1差动电流平衡公式
1.2.2差动流量计算公式
相位差动态电流：
a相制动电流：
b相位差动态电流和制动电流的计算方法类似。
1.3浪涌制动逻辑
励磁涌流制动逻辑采用改进的二次谐波制动方案，结合DC升压原理，根据干式变压器空载时差动电流中的DC含量自适应调整二次谐波制动系数。并在文献的基础上进行了简化：
K0=Ido/Idi (7)
k0为10%时，kxb 2=Kset 2-0.02；
当K0为20%时，kxb 2=kset 2-0.04；
当K0为30%时，kxb 2=kset 2-0.06；
当Kxb2=Kset2/2.0时，kxb 2=Kset 2/2.0。
其中K0是DC分量与基波分量的比值；Kset2为二次谐波制动系数的设定值；
Kxb2为二次谐波实时制动系数。
分段法主要是从实际应用的角度出发，减少计算过程中由于波形不规则导致的二次谐波制动系数的频繁变化。
#p#分页标题#e#1.4比率差动保护的动作特性
比率差动保护的运行特性如图2所示。
图2比率差动保护的运行特性
两种方案的分析与仿真
2.1理论分析
1)方案1是三相差动继电器，方案2是将差动继电器减为两相，所以实现方法要简单；并且方案1中C的相位差与方案2中A的相位差相同。
2)方案二物理意义明显，实际上可以理解为两台单相干式变压器的特殊差动保护，保护整定值可以单先设定，增加了保护的灵活性。
3)方案2中，励磁涌流制动原理采用二次谐波分相制动方式，二次谐波系数采用DC分量辅助的分段取值法，使得差动保护更加可靠
5)电力机车在分区空载启动投入运行时，可能会产生较大的和应涌流，其中含有较大的二次谐波分量。如果此时牵引干式变压器出现轻微内部故障，会造成差动保护延时动作。此时有两种情况：如果机车运行阶段与故障阶段相同，则方案；1.移动速度与方案二相同；如果机车运行阶段与故障阶段不同，方案2的动作速度比方案1快。
6)当M座线圈发生匝间短路或高压侧A、C相区发生接地时，方案1的C相位差和方案2的A相位差都能反映出这种故障，两种方案的灵敏度相同。
7)当T型座线圈发生匝间短路或高压侧B相区域发生接地时，方案1中的A相和B相以及方案2中的B相可以反映此故障。但由于方案二采用线路电流模式，其整定值一般比方案一的相电流模式根数低3倍。但对于同样的故障电流，定值低时灵敏度更高。
根据以上分析，方案2的灵敏度总体上优于方案1
2.2REDS仿真模型
斯科特干式变压器实际上可以理解为两个特殊的单相干式变压器，所以这个模型是通过结合两个自耦干式变压器模型直接实现的，如图3所示。
图3斯科特干
式变压器模型干式变压器高压侧额定容量75MVA，电压等级11-KV/27.5KV;短路阻抗：Xac=1.452 ，Xb=26.136 绕组电阻RA=1.452 ，RB=RC=0.968欧姆，Ra=Rb=0.242 牵引网为直供模式。
2.3 REDS仿真
模拟在调整干式变压器分接头时，带负荷情况下发
生低压侧区外AB相经过渡电阻短路，故障波形如图4。
表1根据该波形，列出了故障前后两个方案差动电流与制动电流的比较数据。
正常情况下，如果发生区外故障，制动电流会变大，但是从波形数据分析可得：
注：电流10A/div;时间38ms/div
图4 区外故障波形图
表1差动电流与制动电流比较数据
方案1，在发生区外故障时，B相差动电流变大为0.47，但是制动电流反而由1.06A变小为0.72A。此时保护的动作情况，取决于差动保护的门槛定值和较好个拐点电流定值，如果差动门槛较高，拐点电流较小，则保护不容易误动。但是当差动门槛定值整定较低(0.40A)、较好个拐点电流较大(0.70A)的时候，差动保护仅靠差动门槛来进行制动，差动保护会误动。如果要躲避该故障时误动的可能性，需提高差动保护的动作门槛，此方法将影响差动保护的灵敏度。#p#分页标题#e#
而方案2，在发生该故障时，B相差动电流变化不大，都很小，而制动电流明显增大，与正常预期相符，肯定不会出现误动。
此外还对变压区内、外故障，空充干式变压器、及空充于故障等各种情况进行了模拟试验，差动方案2的整体表现良好，且优于方案1。典型的仿真结果见表2
2.4适用范围
牵引网无论是直接供电(DF)方式、带回流线的直接供电(DN)方式、自耦干式变压器供电(AT)方式，对于牵引干式变压器而言都可以理解为负载，不会影响干式变压器差流平衡公式，故此差动保护方案2对于负载为AT方式的牵引网也同样适用。
表2典型的仿真结果
3结论
1)方案2采用两相差动方式，结合自适应调整二次谐波制动系数的分相制动原理，大大提高了差动保护的整体性能。
2)从理论分析和RTDS数字仿真的结果看，方案2完全满足Scott干式变压器差动保护的要求，且
在灵敏度和可靠性方面都要优于方案1。
来源：现代电力 2011第5期
