栗 磊，宋小會，劉 星，梁亞波，李國斌，姜睿智，郭志忠

（1.國網(wǎng)寧夏電力科學研究院，寧夏 銀川750001；2.哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

0 引言

當前運行中的電爐變壓器大多數(shù)為串變調壓的電爐變壓器[1]及共鐵芯式主調合一的電爐變壓器[1]。從結構上看，電爐變壓器有些為三個單相電爐變壓器（每個單相變?yōu)橐粋€油箱）組成一臺三相電爐變，3 個單相電爐變壓器多達105 級的有載調壓檔位，不僅調壓范圍寬，而且頻繁，在電爐變壓器運行過程中每相的檔位還允許不相同。如果差動保護采用變壓器一、二次繞組固定變比計算出的平衡系數(shù)參與差動電流的計算，則勢必會在電爐變調壓過程中引起差動保護裝置的誤動，因此，用于電爐變壓器的差動保護裝置必須實時地根據(jù)變壓器有載調壓檔位計算差動保護的平衡系數(shù)。

2010年以前國內外電爐變壓器的保護都只是簡單的過電流保護，2010年許繼電氣公司研制成功含有縱差的電爐變壓器成套保護[1]。本文對串變調壓電爐變壓器差動保護進行改進，根據(jù)檔位實時調整各相平衡系數(shù)進行電流補償，增加電爐變壓器差動保護[2-4]的靈敏度及可靠性。

1 串變調壓的單相電爐變壓器

原理接線見圖1[1]，含主變壓器及串聯(lián)變壓器，主變及串變各自有獨立的鐵芯，每相的兩個鐵芯及有關繞組裝在一個油箱內。

圖1 串變調壓的單相電爐變壓器原理接線圖Fig.1 Elementary wiring diagram of the single-phase furnace transformer connected by a tandem on-load-tap-changing transformer

圖1中：Wgz為主變高壓繞組；Wdz為主變低壓繞組；WT為主變調壓繞組；Wgc為串變高壓繞組；Wdc為串變低壓繞組。

1.1 額定分接

K(+)通，WT的分接頭活動端（圖1中的n 點）移至WT的最下端，為中間值。

1.2 正分接

K(+)通，WT的分接頭置于任何位置，忽略主變、串變的二次與一次間相角誤差，Ud高于中間值。

1.3 負分接

K(-)通，WT的分接頭置于任何位置，為負，Ud低于中間值。

可見，依靠K(+)通或K(-)通以及分接頭的不同位置，可使電爐變低壓側輸出電壓Ud在廣泛范圍內變化，實現(xiàn)了調壓效果。

2 根據(jù)串變調壓電爐變壓器當前檔位實時調整平衡系數(shù)

見圖2，有載調壓控制器可把有載調壓檔位轉換為BCD 碼，通過多芯電纜連接到繼電保護控制室中的差動保護裝置。

圖2 差動保護設備中檔位采集模塊接線圖Fig.2 Wiring diagram of the transformer tap information collection of protection equipment

差動保護裝置按開關量方式如表1所示接入變壓器A 相BCD 碼制信息，按照以下方法進行解碼：每相檔位信息用6（A7A6A5A4A3A2A1）個二進制數(shù)表示，其中最高三位（A7A6A5最大為7）8421 碼表示檔位的十位數(shù)，低四位（A4A3A2A1最大為9）8421碼表示檔位的個位數(shù)。

表1 電爐變壓器檔位信息編碼Table 1 Transformer tap information coding of furnance transformer

按同樣的辦法處置B、C 相，分別得到電爐變壓器實際運行三相檔位信息，根據(jù)各相當前檔位信息計算當前檔位下各相低壓側工作電壓，并計算出低壓側B、C 相相對低壓側A 相平衡系數(shù)。

（1）已知變壓器低壓側標稱最低電壓為Umin，標稱最高電壓為Umax，調壓總檔位數(shù)為N。設A 相檔位為Xa，B 相檔位為Xb，C 相檔位為Xc，Ua為低壓側A 相繞組當前工作電壓，Ub為低壓側B 相繞組當前工作電壓，Uc為低壓側C 相繞組當前工作電壓。則

低壓側當前A 相電壓為

低壓側當前B 相電壓為

低壓側當前C 相電壓為

（2）以高壓側額定電流為基準電流，結合電爐變壓器參數(shù)計算低壓側A 相平衡系數(shù)。

其中，Sn、Un、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“高壓側一次線電壓”及“高壓側CT 變比”。

其中，Sn、UM、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“中壓側一次線電壓”及“中壓側CT 變比”。

其中，Sn、Ux、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“A 相低壓側繞組電壓”及“低壓側CT 變比”。

可得低壓側A 相差動保護平衡系數(shù)為

（3）低壓側A 相差動保護平衡系數(shù)分別與低壓側B、C 相相對A 相平衡系數(shù)相乘得到低壓側B、C 相差動保護平衡系數(shù)。

低壓側A 相差動保護平衡系數(shù)為

低壓側B 相差動保護平衡系數(shù)為

低壓側C 相差動保護平衡系數(shù)為

電爐變壓器差動保護裝置根據(jù)式（1）計算各相差動電流，根據(jù)式（2）計算各相制動電流。

其中：

縱差保護為比率制動式，如圖3，三相式組成“或”門輸出，動作方程為

圖3 電爐變壓器差動保護動作特性Fig.3 Operating characteristics of differential protection

式中：Iop為差動電流；Iop.0為縱差保護啟動電流定值；Ires為制動電流；Ires.0為最小制動電流值，取0.8 倍的基準電流；S為比率制動系數(shù)值，取0.5；各側電流的方向都以指向變壓器為正方向，Ie為變壓器額定電流。

3 結語

串變調壓式電爐變壓器根據(jù)當前檔位實時計算低壓側各相平衡系數(shù)的縱差保護既簡單可靠又動作靈敏度高，是電爐變最重要的主保護。

本文所述平衡系數(shù)修正方法對文獻[1]所述電爐變壓器保護裝置差動保護計算進行了完善。產(chǎn)品在寧夏、陜西、四川、新疆等礦熱爐使用企業(yè)進行推廣，良好地應對電爐變壓器頻繁調壓，差動保護計算隨檔位調節(jié)而實時進行調整，保證了保護裝置差動電流計算正確性且2012年在陜西某電石冶煉企業(yè)快速、正確跳閘，減少了企業(yè)燒毀電爐變壓器的可能，大大降低了企業(yè)損失。

[1]姚晴林,李瑞生,劉星,等.電爐變壓器成套保護裝置研制[J].電力系統(tǒng)自動化,2012,36(17):95-102,118.

YAO Qing-lin,LI Rui-sheng,LIU Xing,et al.Development of micropressor-based assembly protection equipment for furnance transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(17):95-102,118.

[2]鄧茂軍,吳起,陳亮,等.基于電子式電流互感器的電爐變壓器差動保護研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2011,39(9):114-118,124.

DENG Mao-jun,WU Qi,CHEN Liang,et al.Development of micropressor-based assembly protection equipment for furnance transformer[J].Power System Protection and Control,2011,39(9):114-118,124.

[3]李瑞生,姚晴林,劉志遠,等.Y0 /△-11 (或Y/△-11）變壓器保護的低電壓啟動新方案研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2012,40(2):111-115,140.

LI Rui-sheng,YAO Qing-lin,LIU Zhi-yuan,et al.Comment on the research of electronic current transformers[J].Power System Protection and Control,2012,40(2):111-115,140.

[4]鄧茂軍,姚東曉,倪傳坤,等.基于電子式互感器的變壓器勵磁涌流識別方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2013,41(18):149-153.

DENG Mao-jun,YAO Dong-xiao,NI Chuan-kun,et al.Inrush current recognition in power transformer based on electronic transformer[J].Power System Protection and Control,2013,41(18):149-153.