三相变四相变压器差动保护原理

摘要：通过讨论特定三相到四相干式电力变压器的电流变换矩阵，分析了实现非相位变换干式变压器差动保护的基本原理。先次构建了适用于干式变压器两侧中性点接地或不接地运行方式的三相至四相一致变压器差动保护的两种典型接线方案。关键词：干式变压器差动保护；平衡干式变压器差动保护：三相转四相变压器差动保护1简介四相传输是实现多相传输较简单的方法。与三相输电相比，四相输电线路可以显著提高输电功率密度，节省架空走廊，降低输电单元容量的投资成本[2]。实现四相输电的关键设备是三相变四相干式电力变压器。文献[3]提出了一种新型三相转四相干式电力变压器，不仅为四相输电提供了重要的物质基础，而且可以作为电气化铁路AT供电系统中的牵引供电干式变压器，填补了内外三相转四相牵引干式变压器研究的空白[3]。由于电力干式变压器在电力系统中起着重要的作用，尤其是大容量、大规模的电力干式变压器是一种非常昂贵的电力设备，因此，研究三相变四相变压器的新型继电保护方案是一个必须解决的重要技术问题。大容量干式电力变压器一般都装有差动保护。原则上，普通三相干式变压器差动保护的基本原理也可以推广到三相至四相变压器差动保护的设计中。由于三相转四相变压器是通过不等相变换实现的，不同接线原理的干式变压器对应特定的电流变换矩阵，因此三相转两相平衡干式变压器差动保护接线方式的分析必须基于特定的干式变压器结构[4]。根据文献[3]提出的三相转四相变压器的原理，本文构成了适用于该干式变压器的两种差动保护接线方式。本文采用了四相系统对称分量法的分析方法，使得分析过程的概念清晰、通用，可以很好地推广到各种可能的三相至四相连贯变压器差动保护方式的研究中，同时对平衡干式变压器差动保护分析具有现实的指导作用。三相变四相相干变压器电流变换关系分析三相变四相干式电力变压器的接线原理如图1 [3]所示。干式变压器一、二次侧电流的变换关系为：Ia、Ib、Ic、Id为公式[3]中四相侧的相电流；IA、IB、IC是三相侧的相电流；k为三相侧相电压UA与四相侧相电压Ua的比值，即k=UA/Ua。根据文献[3]的研究，干式变压器三相和四相电流的对称分量中，只有两侧的正序分量和负序分量是一一对应的，即干式变压器[5]四相侧的零序电流和半零序电流不能转换为三相侧。同样，三相侧的零序电流不能转换到四相侧。为了便于讨论一般情况，假设干式变压器两侧中性点接地。为了保证干式变压器外部接地短路故障时差动保护不会失灵，需要使干式变压器两侧出线的电流互感器二次绕组接线方式具有滤除零序电流和半零序电流的能力。因此，可以认为干式变压器三相侧和四相侧的实测电流是明显不同的 #p#分页标题#e#

通过分析干式变压器的电流转换关系(3)和(4)，可以假设，如果通过中间变换器将四相侧的电流转换到三相侧，则可以用三相侧的电流形成差动保护连接方案。也可以通过中间变换器将三相侧的电流变换到四相侧，形成差动保护接线方案。3差动保护的接线原理3.1双继电器方案如上所述，根据公式(4)，将三相侧的电流转换为四相侧的电流，即可以构造差动保护的双继电器方案。公式(4)的变换矩阵中有五个非零元素，原则上电流变换需要五个中间变换器，但是矩阵第二行的两个元素相等，可以节省一个中间变换器。两个继电器差动保护的接线方案如图2所示。三相和四相电流互感器分别为1AT和2AT，对应的变比分别为n1AT和n2AT。三相电流互感器二次侧有四个中间变换器，分别为1LB、2LB、3LB、4LB，对应的变比分别为n1LB、n2LB。需要指出的是，正常运行时，四相电流互感器对角相对的二次侧绕组并联后，输出电流之和不为零，即=IA-ICIB表示四相电流互感器二次侧绕组的公共接地点有电流流动。本质上，三相中间变换器将三相对称电流转换成相位差为90的两相电流，以便与四相电流互感器二次侧的电流进行比较，因此三相中间变换器的接地点也有电流流过。因此，必须在四相电流互感器二次绕组的接地点和三相侧中间变流器的接地点之间形成可靠的通路。3.2三继电器方案根据公式(3)，如果将四相侧的电流转换为三相侧的电流，就可以构造差动保护的三继电器方案。公式(3)的变换矩阵中有五个非零元素，但较好列中的两个元素是负数，因此可以节省一个中间转换器。同时第二列两个元素之和为另一个元素的负数，可以省去一个中间转换器。三

继电器差动保护接线方案如图3所示。 BR  三相侧与四相侧电流互感器分别为1AT和2AT，对应的变比分别为n1AT和n2AT。四相侧电流互感器的二次侧有3个中间变流器分别为1LB、2LB和3LB，对应的变比分别为n1LB、n2LB和n3LB。电流互感器变比的选择原则为：n2AT/n1AT = k。中间变流器变比的选择原则为：n1LB=n2LB=3.3 电流互感器连接方式的讨论  下面进一步讨论干式变压器中性点运行方式变化对电流互感器连接方式的影响。当三相变四相干式变压器在四相侧发生外部短路接地或短路不接地故障时，由于半零序电流的通路与中性点是否接地无关[5]，所以干式变压器四相侧中性点即使在不接地运行方式下，甚至四相侧绕组四边形连接时，输入干式变压器的半零序电流仍有通路。为了滤去半零序电流，避免差动保护在干式变压器外部接地短路故障时误动，则四相侧电流互感器的连接方式是唯一的，即如本文所述，电流互感器二次侧绕组对角相必须反相并联。   如果干式变压器三相侧的中性点不接地时，三相侧外部接地短路故障无零序电流通路。或者如果采用上述的两继电器方案，由于三相侧电流通过中间变流器变换后也可以滤去三相零序电流。在这两种情况下，三相侧电流互感器的二次侧绕组也可以采用星形连接，只是电流变换矩阵的元素则与本文讨论的情况不同，在此不再赘述。4 结论（1）提出了三相变四相电力干式变压器的两种差动保护接线方案，这两种方案均适用于该干式变压器两侧的中性点接地或不接地运行方式。（2）所述差动保护方案也可用微机保护装置实现，此时中间变流器的作用则由计算机软件实现。差动保护接线方案中的差动继电器的整定计算和灵敏度校验方案与普通电力干式变压器差动保护相同。（3）文中采用了对称分量法及电流变换矩阵的分析方法讨论所述的差动保护原理，为不等相变换的平衡干式变压器差动保护研究提供了一般性的分析方法。根据这种分析原理，还可以很方便地构成任意接线的其它三相变两相平衡干式变压器或三相变四相电力干式变压器的差动保护接线方案。#p#分页标题#e#