周歡榮，徐永生，胡良生

(國電南京自動化股份有限公司，南京 210000)

0 引言

隨著大容量工業(yè)整流變壓器的大量應用，變壓器在正常運行時會向供電系統(tǒng)注入諧波，進而影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。多脈沖整流變壓器能顯著降低對系統(tǒng)的諧波影響，這樣會使整流變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)非整點數(shù)相移，由于相移非整點數(shù)，大容量的變壓器不能直接使用差動保護。目前一般變壓器使用過電流保護，但普通的電流保護已不能滿足靈敏度的要求，所以需要對數(shù)字式變壓器差動保護進行改進以滿足新的需求。

1 非整點數(shù)變壓器的應用背景

1.1 非整點數(shù)變壓器

工業(yè)用戶中有許多大容量的非整點數(shù)變壓器(亦稱特殊變壓器)，它們的繞組接線組別通常不是整點數(shù)的組合，而電力系統(tǒng)中的大多數(shù)電力變壓器接線組別為整點數(shù)的變壓器，即繞組之間的相位差為30°的整數(shù)倍。典型的24脈沖換流變壓器就是與整點數(shù)變壓器其低壓側(cè)的繞組與標準變壓器有±7.5°的相位偏移，這種變壓器可能是三繞組的也可能是五繞組的。它們主要應用在電力電子和柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)中，這些設(shè)備在運行中向電力系統(tǒng)注入很多諧波干擾。通過使用帶相移的換流變壓器可使注入電力系統(tǒng)的諧波信號大幅下降。一般來說，整流變壓器的脈數(shù)越多，產(chǎn)生的諧波干擾就越少。由于電能質(zhì)量方面的原因，這種特殊換流變壓器的應用已愈來愈多。而且容量也越來越大，現(xiàn)在已有大于100 MV·A的變壓器投入使用。

特殊變壓器的附加相位偏移通常是通過變壓器HV繞組的特殊連接而形成的，如擴展三角形連接和Z型連接， 帶擴展三角形繞組的典型變壓器繞組設(shè)計如圖1所示，帶Z型繞組的典型變壓器繞組設(shè)計如圖2所示。

圖1 帶擴展三角形繞組的典型變壓器繞組設(shè)計

圖2 帶Z型繞組的典型變壓器繞組設(shè)計

HV側(cè)繞組這種特殊擴展就是為了獲取所需要的附加相移θ，其他壓側(cè)繞組連接通常采用標準的星形和三角形連接。

盡管RET670變壓器的差動保護的算法完全能夠處理這些諧波信號的影響，但是對于這種非整點數(shù)的相位偏移處理是一種挑戰(zhàn)。

1.2 特殊變壓器保護特點和要求

根據(jù)繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程，電壓10 kV以上，容量10 MV·A以上的電力變壓器應考慮使用縱差保護；重要變壓器如果使用電流保護，若靈敏度不滿足要求時也需考慮使用縱差保護。

RET670變壓器及其他數(shù)字式變壓器保護對于標準的結(jié)線組別三相變壓器不需要任何輔助變流器(以下簡稱輔助流變)，直接接入各側(cè)三相電流即可實現(xiàn)差動保護功能，保護的具體鐘點數(shù)可以通過定值設(shè)置，在保護算法中，會考慮高、低壓側(cè)電流之間的相位補償和幅值補償、零序電流消除等功能。

如果將RET670變壓器直接用來保護非標準帶相移的變壓器，差動保護不能補償這些特殊的相位偏移，這樣差動保護就會產(chǎn)生不平衡電流,其計算公式如下：

式中：Id_false為不平衡電流；θ為偏移角度。

如果偏移角度為15°，對應差流幅值將達到26%ILoad(ILoad為變壓器的負荷電流)。為了保護可靠動作，差動保護的最小動作電流必需提高到該不平衡電流的2倍，差動保護對內(nèi)部故障的靈敏度將大幅下降。因此，直接使用RET670變壓器及其他數(shù)字式變壓器保護裝置作為特殊變壓器的縱差保護，靈敏度不能滿足保護要求。

2 RET670變壓器差動保護應用方案

2.1 RET670變壓器的功能特點

差動保護用于變壓器已經(jīng)有十多年了，為了準確使用變壓器差動保護功能，需對以下測量信號進行補償處理：

(1)變壓器的電流相位(如相量接線組別的補償)；

(2)電流互感器(CT)二次電流幅值的補償 (如變比補償)；

(3)零序電流消除(如不能轉(zhuǎn)換的零序電流消除)。

差動保護通常在使用帶特定連接方式的中間變流器上實現(xiàn)上述功能，隨著數(shù)字技術(shù)的成熟，這些功能均通過軟件處理來實現(xiàn)。

RET670變壓器為ABB目前最新的變壓器保護產(chǎn)品,作為變壓器差動保護，它還可以實現(xiàn)如下功能：

(1)分接頭開關(guān)(OLTC)在線分接頭位置監(jiān)視讀取/并自動引入變壓器的差動保護進行完全匝比補償(假定電力變壓器的有載調(diào)壓OLTC僅作為電壓調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)過程不會影響變壓器繞組的相位)；

(2)負序區(qū)內(nèi)外故障判斷元件；

(3)自動有載調(diào)壓控制和變壓器各側(cè)一次設(shè)備的控制功能。

目前RET670變壓器除了具備差動保護功能外，還具備了全面的后備保護功能(如電流保護、電壓保護、頻率保護和斷路器失靈保護功能)，另外，它還具有變壓器在運行過程中對模擬量的監(jiān)視功能，這樣，可使變壓器的保護、監(jiān)視和測量功能由1臺裝置實現(xiàn)。

2.2 RET670變壓器差動保護應用方案

雖然特殊變壓器的相位偏移可通過編程來實現(xiàn)，但由于絕大多數(shù)變壓器的設(shè)計通常只考慮標準的變壓器接線組別，故直接應用會產(chǎn)生較大的不平衡電流。因此，如果在外部通過某些設(shè)備，適當向某個方向調(diào)整CT的電流相位，使調(diào)整后CT的電流相位為標準變壓器的結(jié)線組別，即可使用RET670變壓器或其他類似功能的變壓器保護實現(xiàn)其差動功能。

ABB公司積累了多年的模擬繼電器的運行經(jīng)驗，其中許多繼電器曾使用過輔助流變，如REB103，RADSS母差保護及RADSIB變壓器差動保護。為此提出了由3個一次側(cè)繞組、1個二次側(cè)繞組和3個輔助流變組成的解決方案，分別形成移相后的三相二次電流。移相的角度可以為+θ也可為-θ。移相角度的大小決定于3個一次繞組的匝比N1，N2，N3和N4。移相輔助CT的變比通常為1/1 A，或5/5 A，取決于現(xiàn)場的實際應用需要。

表1列舉了現(xiàn)場需要移相±7.5°或±15°的輔助流變的匝比參數(shù)。

表1 輔助CT移相±7.5°和±15°的輔助流變設(shè)計參考匝比參數(shù)

逆時針方向移相輔助流變的接線如圖3所示。左側(cè)對應CT二次輸出電流，右側(cè)對應輔助流變輸出的經(jīng)過移相的三相電流。順時針方向移相的輔助流變接線如圖4 所示。

圖3 逆時針方向(正方向)補償?shù)妮o助流變接線

圖4 順時針方向(反方向)補償?shù)妮o助流變接線

通過對實際輔助流變測試，該輔助CT的變比可能有小于1%的誤差，角度可能有小于0.1°的誤差，顯然這些誤差不會在實際差動保護測量值中產(chǎn)生顯著的差流。輔助CT的設(shè)計中已經(jīng)考慮將零流濾除，由于輔助CT通常安裝于低壓側(cè)，而低壓側(cè)本身為中性點不接地系統(tǒng)，接地故障時零序電流很小，故濾去零流對差動保護動作的靈敏度影響也很小。

2.3 方案說明

這里列出了±7.5°相移的整流變壓器保護方案，外部通過輔助流變對低壓側(cè)繞組的相位進行移相處理，再接入RET670變壓器的縱差保護模擬了測量通道。 典型整流變縱差保護以及后備保護方案如圖5所示。

圖5 典型整流變縱差保護以及后備保護方案

由于主變壓器的接線組別對應的Zy113/4 和d103/4鐘點數(shù)，從高低壓側(cè)的相量圖可以看出，LV1側(cè)Y繞組超前7.5°，而LV1側(cè)Delta繞組超前37.5°； LV2側(cè)Y繞組滯后7.5°，而LV2側(cè)Delta繞組超前22.5°，與標準的接線組別變壓有7.5°的偏差。整流變壓器高、低壓側(cè)電壓相量圖如圖6所示。

圖6 整流變壓器高、低壓側(cè)電壓相量

在應用方案中，對LV1側(cè)Y繞組接入輔助流變，使相位滯后7.5°，從而修正后電壓相位與HV側(cè)同相位，對LV1側(cè)Delta繞組(三角形)接入輔助流變，使相位滯后7.5°； 修正后電壓相位與HV側(cè)相差30°; 對LV2側(cè)Y繞組進行超前7.5°的修正，修正后與HV側(cè)同相位，對LV2側(cè)Delta繞組進行超前7.5°的修正，修正后與HV側(cè)電壓相差30°，這樣修正后接線組別為標準的電力變壓器接線組別，可以直接接入RET670變壓器實現(xiàn)縱差保護。變壓器差動保護設(shè)置變壓器的接線組別為Yyd-0-11即可。方案中，RET670變壓器還可對各側(cè)各組輸入CT電流配置過流或電流速斷保護，對高壓側(cè)斷路器還可配置斷路器失靈保護。

3 RET670 變壓器差動保護參數(shù)設(shè)置

RET670變壓器差動保護的非定值組定值(或通用定值)中需要輸入變壓器的額定參數(shù), 對應被保護變壓器的參數(shù)包括：額定容量, 80 MV·A；額定電壓，275/7.36 kV；高壓側(cè)CT變比,500/1；低壓側(cè)CT變比，7 000/1；接線組別，Yy-01/2。根據(jù)接線組別，低壓側(cè)的電壓較高壓側(cè)滯后15°，輔助流變需將低壓側(cè)的電流相移+15°，使低壓側(cè)電壓與高壓側(cè)電壓同相位。移相處理后輸入變壓器的接線組別為Yy-0，RET670變壓器接入的CT電流，高壓側(cè)直接從HV側(cè)CT接入，低壓側(cè)接入經(jīng)輔助流變處理后的電流。RET670變壓器可以使用PCM600軟件編程，將高、低壓側(cè)的電流接入W1_CT_A_I3P和W2_CT_A_I3P連接到差動保護T2WPDIF，即可實現(xiàn)差動功能。

4 結(jié)論

(1)數(shù)字式RET670變壓器保護可作為非整點數(shù)相移變壓器的差動保護。

(2)應用于非整點數(shù)變壓器的前提條件是需要使用外部輔助流變補償與標準變壓器接線組別之間的相移角度θ，補償后，對于RET670變壓器來說，這些非整點數(shù)變壓器就是標準結(jié)線組別的變壓器，因而RET670變壓器差動保護可以在正常負荷狀態(tài)、各種外部故障情況下保持平衡，不會測量到不平衡電流。這樣使得差動保護有足夠的靈敏度，差動最小動作電流可以設(shè)置為較靈敏的定值，確保對內(nèi)部輕微故障的保護能可靠檢測。

(3)按照本文提出的保護方案，可以標準化設(shè)計外部輔助CT，因為它與變壓器的額定電壓、電流無關(guān)，僅與CT的二次額定電流(1 A或5 A)有關(guān)，還與需要調(diào)整的角度θ有關(guān)。

(4)RET670變壓器除了可以實現(xiàn)差動保護功能外，還可實現(xiàn)其他變壓器保護所需的后備保護、有載調(diào)壓的自動控制、設(shè)備控制和測量功能。

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