馮國(guó)東

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變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)的思考

馮國(guó)東

(上海思弘瑞電力控制技術(shù)有限公司，上海 201108)

根據(jù)變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)原理和動(dòng)作方程，推導(dǎo)出低壓側(cè)不同故障類型時(shí)該保護(hù)的動(dòng)作行為。由推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)繞組內(nèi)部特定處相間短路時(shí)，非故障相差動(dòng)會(huì)動(dòng)作。同時(shí)詳細(xì)分析了不同故障類型時(shí)，流經(jīng)變壓器各側(cè)短路電流的幅值和相位。綜合分析得出：由于變壓器低壓側(cè)繞組采用三角形接法，其繞組內(nèi)相間短路時(shí)各相相互影響，三角形繞組內(nèi)短路電流會(huì)形成環(huán)流，從而導(dǎo)致了非故障相差動(dòng)動(dòng)作。該結(jié)論對(duì)于工程事故分析具有一定的指導(dǎo)意義。

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)；分相差動(dòng)；相間短路；繞組TA；環(huán)流；三角形接法

0 引言

500 kV變壓器主保護(hù)一般配置如下：配置縱差保護(hù)或分相差動(dòng)保護(hù)，若僅配置分相差動(dòng)保護(hù)，在低壓側(cè)有外附TA時(shí)，應(yīng)配置不需整定的低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)，如圖1所示。

其中，縱差保護(hù)是指由變壓器各側(cè)外附TA構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，該保護(hù)能反映變壓器各側(cè)的各類故障，由圖1中TA1、TA4、TA7和TA3、TA6、TA9構(gòu)成；分相差動(dòng)保護(hù)是指將變壓器的各相繞組分別作為被保護(hù)對(duì)象，由每相繞組的各側(cè)TA構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，該保護(hù)能反映變壓器某一相各側(cè)全部故障，由圖1中TA1和TA2構(gòu)成(A相為例)；低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)是由低壓側(cè)三角形兩相繞組內(nèi)部TA和一個(gè)反映兩相繞組差電流的外附TA構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，由圖1中TA2、TA5和TA3構(gòu)成(A相為例)[1-2]。

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)主要應(yīng)用于自耦變壓器，其采用的TA有別于常規(guī)差動(dòng)保護(hù)中所用TA，因而該保護(hù)具有特殊性。本文著重論述低壓側(cè)區(qū)內(nèi)外相間故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作行為。由于三相短路時(shí)各相短路電流仍具有對(duì)稱性，不失一般性，同時(shí)為了方便推導(dǎo)，本文以變比=1的Y0/d-11雙繞組降壓變壓器為例，分析其低壓側(cè)不同故障點(diǎn)處AB相間短路，該保護(hù)的動(dòng)作行為，找出其有別于常規(guī)差動(dòng)保護(hù)之處。另外，由于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)須和分相差動(dòng)保護(hù)一起配置，因而本文在論述各故障點(diǎn)處AB相間短路時(shí)也簡(jiǎn)要分析此時(shí)分相差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作行為。

圖1 500 kV變壓器保護(hù)TA配置

1 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)電流取自變壓器低壓側(cè)外附電流互感器和低壓側(cè)三角內(nèi)部繞組電流互感器，能反映變壓器低壓側(cè)各類相間故障。其動(dòng)作方程如式(1)～式(3)所示。

(2)

(3)

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性和保護(hù)邏輯分別如圖2和圖3所示[3]。

圖2 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)動(dòng)作特性

圖3低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)邏輯圖

2 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為分析

根據(jù)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)各側(cè)TA位置，分別設(shè)置4處故障點(diǎn)，依次分析各處AB相間短路時(shí)流經(jīng)各側(cè)TA的短路電流、低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)和分相差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作行為。

2.1 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)外相間短路

如圖4中M和N兩點(diǎn)所示，該處相間短路對(duì)于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)而言屬于區(qū)外故障，流經(jīng)各側(cè)TA的電流均為穿越性電流，低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)應(yīng)可靠不誤動(dòng)。此時(shí)流經(jīng)各側(cè)TA的短路電流如圖4所示。

圖4低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)外AB相間短路時(shí)電流分布

此時(shí)各相差動(dòng)電流如式(4)所示。

從上述分析中可以看出，此時(shí)各相差動(dòng)電流均很小(考慮到差動(dòng)回路有不平衡電流，實(shí)際差動(dòng)電流并不為0)，低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)可靠不誤動(dòng)。

該故障點(diǎn)對(duì)于分相差動(dòng)保護(hù)亦屬于區(qū)外故障，從圖4短路電流分布可以分析出，流經(jīng)分相差動(dòng)保護(hù)各TA的電流均為穿越性電流，分相差動(dòng)保護(hù)在此種故障下可靠不誤動(dòng)[4-5]。

2.2 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)相間短路

如圖5中M和N兩點(diǎn)所示，該處相間短路對(duì)于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)屬于區(qū)內(nèi)故障，低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作。此時(shí)流經(jīng)各側(cè)TA的短路電流如圖5所示。

圖5低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)AB相間短路時(shí)電流分布

此時(shí)各相差動(dòng)電流如式(5)所示。

依據(jù)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)動(dòng)作方程，則在上述制動(dòng)電流下對(duì)應(yīng)的三相差動(dòng)電流如公式(6)所示。

(6)

可以看出，此時(shí)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)A、B兩相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，符合短路類型。

該故障對(duì)于分相差動(dòng)保護(hù)同樣屬于區(qū)外故障，從圖5短路電流分布可以分析出，分相差動(dòng)保護(hù)在此種故障下亦可靠不誤動(dòng)[6-8]。

2.3 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)外相間短路類型1

如圖6中M和N兩點(diǎn)所示，M點(diǎn)屬于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，N點(diǎn)屬于差動(dòng)保護(hù)范圍區(qū)外。此時(shí)流經(jīng)各側(cè)TA的短路電流如圖6所示。

圖6低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)外AB相間短路類型1電流分布

該圖中流過各TA短路電流幅值和方向均與圖5相同，結(jié)論亦同上[9-11]。

2.4 低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)外相間短路類型2

如圖7中M和N兩點(diǎn)所示，M點(diǎn)屬于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)范圍外，N點(diǎn)屬于差動(dòng)保護(hù)范圍區(qū)內(nèi)。此時(shí)各側(cè)TA的短路電流如圖7所示。

圖7低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)區(qū)內(nèi)外AB相間短路類型2電流分布

此時(shí)各相差動(dòng)電流如式(7)所示。

依據(jù)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)動(dòng)作方程，則在上述制動(dòng)電流下對(duì)應(yīng)的三相差動(dòng)電流如式(8)所示。

(8)

可以看出，此時(shí)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)A、C兩相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，不符合短路類型。

從圖7中還可以分析出，該故障對(duì)于分相差動(dòng)保護(hù)屬于區(qū)內(nèi)故障，此時(shí)分相差動(dòng)各相差流如公式(9)所示。

無需再驗(yàn)算，此時(shí)分相差動(dòng)A、B兩相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，符合短路類型[12-13]。

其中，2.1節(jié)和2.2節(jié)所描述故障屬于典型的經(jīng)Y0/d-11變壓器傳變后的短路電流計(jì)算，諸多文獻(xiàn)中均有詳細(xì)推倒；2.3節(jié)和2.4節(jié)所描述故障屬于三角繞組內(nèi)部相間短路，文獻(xiàn)[14]在校驗(yàn)直流換流站星角換流變壓器差動(dòng)保護(hù)靈敏度時(shí)對(duì)該處相間短路時(shí)流經(jīng)換流變各側(cè)TA的短路電流有詳細(xì)分析和MATLAB建模仿真，本文不再詳述[15-16]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上述所，本文分析了變壓器低壓側(cè)不同故障類型相間短路時(shí)，低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)及分相差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作行為。最后得出：對(duì)于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)，由于低壓側(cè)繞組采用三角形接法，其繞組內(nèi)特定處相間短路時(shí)各相相互影響，三角形繞組內(nèi)短路電流會(huì)形成環(huán)流，從而會(huì)導(dǎo)致非故障相差動(dòng)動(dòng)作。該結(jié)論對(duì)于工程事故分析具有一定的指導(dǎo)意義。

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(編輯 張愛琴)

Thoughts on the low voltage side transformer differential protection

FENG Guodong

(Shanghai SHR Electrical Power Technology Co., Ltd., Shanghai 201108, China)

According to principle and equation of low voltage side differential protection, this paper deduces its behavior when different type faults occurred at low side. It is discovered that the non fault phase differential protection acted when phase-to-phase fault occurred at specific place inside low side winding.Meanwhile, it analyzes in detail amplitude and phase when short circuit current went through transformer under different type faults occurred at low side. In summary, due to low voltage side winding adopting delta connection, each phase influences others when phase-to-phase fault occurred inside the winding, the short circuit current will go through the delta winding which leads to the non fault phase differential action.This conclusion has certain directive significance to the engineering accident analysis.

low voltage side differential protection; split phase differential protection; phase-to-phase fault; winding CT; circulating current; delta connection

10.7667/PSPC151135

2015-07-03；

2016-02-23

馮國(guó)東(1967-)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的研究和開發(fā)。E-mai: fengguodong10000@ sohu.com