周歡榮，徐永生，胡良生

(國(guó)電南京自動(dòng)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(yīng)用，變壓器在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)向供電系統(tǒng)注入諧波，進(jìn)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(duì)系統(tǒng)的諧波影響，這樣會(huì)使整流變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)非整點(diǎn)數(shù)相移，由于相移非整點(diǎn)數(shù)，大容量的變壓器不能直接使用差動(dòng)保護(hù)。目前一般變壓器使用過(guò)電流保護(hù)，但普通的電流保護(hù)已不能滿足靈敏度的要求，所以需要對(duì)數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)以滿足新的需求。

1 非整點(diǎn)數(shù)變壓器的應(yīng)用背景

1.1 非整點(diǎn)數(shù)變壓器

工業(yè)用戶中有許多大容量的非整點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)數(shù)變壓器其低壓側(cè)的繞組與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yùn)行中向電力系統(tǒng)注入很多諧波干擾。通過(guò)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(hào)大幅下降。一般來(lái)說(shuō)，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(yīng)用已愈來(lái)愈多。而且容量也越來(lái)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(guò)變壓器HV繞組的特殊連接而形成的，如擴(kuò)展三角形連接和Z型連接， 帶擴(kuò)展三角形繞組的典型變壓器繞組設(shè)計(jì)如圖1所示，帶Z型繞組的典型變壓器繞組設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 帶擴(kuò)展三角形繞組的典型變壓器繞組設(shè)計(jì)

圖2 帶Z型繞組的典型變壓器繞組設(shè)計(jì)

HV側(cè)繞組這種特殊擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)的星形和三角形連接。

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

1.2 特殊變壓器保護(hù)特點(diǎn)和要求

根據(jù)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)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(yīng)考慮使用縱差保護(hù)；重要變壓器如果使用電流保護(hù)，若靈敏度不滿足要求時(shí)也需考慮使用縱差保護(hù)。

RET670變壓器及其他數(shù)字式變壓器保護(hù)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)線組別三相變壓器不需要任何輔助變流器(以下簡(jiǎn)稱輔助流變)，直接接入各側(cè)三相電流即可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)功能，保護(hù)的具體鐘點(diǎn)數(shù)可以通過(guò)定值設(shè)置，在保護(hù)算法中，會(huì)考慮高、低壓側(cè)電流之間的相位補(bǔ)償和幅值補(bǔ)償、零序電流消除等功能。

如果將RET670變壓器直接用來(lái)保護(hù)非標(biāo)準(zhǔn)帶相移的變壓器，差動(dòng)保護(hù)不能補(bǔ)償這些特殊的相位偏移，這樣差動(dòng)保護(hù)就會(huì)產(chǎn)生不平衡電流,其計(jì)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(duì)應(yīng)差流幅值將達(dá)到26%ILoad(ILoad為變壓器的負(fù)荷電流)。為了保護(hù)可靠動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流必需提高到該不平衡電流的2倍，差動(dòng)保護(hù)對(duì)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(hù)裝置作為特殊變壓器的縱差保護(hù)，靈敏度不能滿足保護(hù)要求。

2 RET670變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用方案

2.1 RET670變壓器的功能特點(diǎn)

差動(dòng)保護(hù)用于變壓器已經(jīng)有十多年了，為了準(zhǔn)確使用變壓器差動(dòng)保護(hù)功能，需對(duì)以下測(cè)量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償處理：

(1)變壓器的電流相位(如相量接線組別的補(bǔ)償)；

(2)電流互感器(CT)二次電流幅值的補(bǔ)償 (如變比補(bǔ)償)；

(3)零序電流消除(如不能轉(zhuǎn)換的零序電流消除)。

差動(dòng)保護(hù)通常在使用帶特定連接方式的中間變流器上實(shí)現(xiàn)上述功能，隨著數(shù)字技術(shù)的成熟，這些功能均通過(guò)軟件處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

RET670變壓器為ABB目前最新的變壓器保護(hù)產(chǎn)品,作為變壓器差動(dòng)保護(hù)，它還可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1)分接頭開(kāi)關(guān)(OLTC)在線分接頭位置監(jiān)視讀取/并自動(dòng)引入變壓器的差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行完全匝比補(bǔ)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(guò)程不會(huì)影響變壓器繞組的相位)；

(2)負(fù)序區(qū)內(nèi)外故障判斷元件；

(3)自動(dòng)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(dòng)保護(hù)功能外，還具備了全面的后備保護(hù)功能(如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、頻率保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)功能)，另外，它還具有變壓器在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)模擬量的監(jiān)視功能，這樣，可使變壓器的保護(hù)、監(jiān)視和測(cè)量功能由1臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)。

2.2 RET670變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用方案

雖然特殊變壓器的相位偏移可通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于絕大多數(shù)變壓器的設(shè)計(jì)通常只考慮標(biāo)準(zhǔn)的變壓器接線組別，故直接應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流。因此，如果在外部通過(guò)某些設(shè)備，適當(dāng)向某個(gè)方向調(diào)整CT的電流相位，使調(diào)整后CT的電流相位為標(biāo)準(zhǔn)變壓器的結(jié)線組別，即可使用RET670變壓器或其他類(lèi)似功能的變壓器保護(hù)實(shí)現(xiàn)其差動(dòng)功能。

ABB公司積累了多年的模擬繼電器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其中許多繼電器曾使用過(guò)輔助流變，如REB103，RADSS母差保護(hù)及RADSIB變壓器差動(dòng)保護(hù)。為此提出了由3個(gè)一次側(cè)繞組、1個(gè)二次側(cè)繞組和3個(gè)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(gè)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(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用需要。

表1列舉了現(xiàn)場(chǎng)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?cè)O(shè)計(jì)參考匝比參數(shù)

逆時(shí)針?lè)较蛞葡噍o助流變的接線如圖3所示。左側(cè)對(duì)應(yīng)CT二次輸出電流，右側(cè)對(duì)應(yīng)輔助流變輸出的經(jīng)過(guò)移相的三相電流。順時(shí)針?lè)较蛞葡嗟妮o助流變接線如圖4 所示。

圖3 逆時(shí)針?lè)较?正方向)補(bǔ)償?shù)妮o助流變接線

圖4 順時(shí)針?lè)较?反方向)補(bǔ)償?shù)妮o助流變接線

通過(guò)對(duì)實(shí)際輔助流變測(cè)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(huì)在實(shí)際差動(dòng)保護(hù)測(cè)量值中產(chǎn)生顯著的差流。輔助CT的設(shè)計(jì)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(diǎn)不接地系統(tǒng)，接地故障時(shí)零序電流很小，故濾去零流對(duì)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的靈敏度影響也很小。

2.3 方案說(shuō)明

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

圖5 典型整流變縱差保護(hù)以及后備保護(hù)方案

由于主變壓器的接線組別對(duì)應(yīng)的Zy113/4 和d103/4鐘點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用方案中，對(duì)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(duì)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(duì)LV2側(cè)Y繞組進(jìn)行超前7.5°的修正，修正后與HV側(cè)同相位，對(duì)LV2側(cè)Delta繞組進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器接線組別，可以直接接入RET670變壓器實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)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(duì)各側(cè)各組輸入CT電流配置過(guò)流或電流速斷保護(hù)，對(duì)高壓側(cè)斷路器還可配置斷路器失靈保護(hù)。

3 RET670 變壓器差動(dòng)保護(hù)參數(shù)設(shè)置

RET670變壓器差動(dòng)保護(hù)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(duì)應(yīng)被保護(hù)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(dòng)保護(hù)T2WPDIF，即可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)功能。

4 結(jié)論

(1)數(shù)字式RET670變壓器保護(hù)可作為非整點(diǎn)數(shù)相移變壓器的差動(dòng)保護(hù)。

(2)應(yīng)用于非整點(diǎn)數(shù)變壓器的前提條件是需要使用外部輔助流變補(bǔ)償與標(biāo)準(zhǔn)變壓器接線組別之間的相移角度θ，補(bǔ)償后，對(duì)于RET670變壓器來(lái)說(shuō)，這些非整點(diǎn)數(shù)變壓器就是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)線組別的變壓器，因而RET670變壓器差動(dòng)保護(hù)可以在正常負(fù)荷狀態(tài)、各種外部故障情況下保持平衡，不會(huì)測(cè)量到不平衡電流。這樣使得差動(dòng)保護(hù)有足夠的靈敏度，差動(dòng)最小動(dòng)作電流可以設(shè)置為較靈敏的定值，確保對(duì)內(nèi)部輕微故障的保護(hù)能可靠檢測(cè)。

(3)按照本文提出的保護(hù)方案，可以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)外部輔助CT，因?yàn)樗c變壓器的額定電壓、電流無(wú)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(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)功能外，還可實(shí)現(xiàn)其他變壓器保護(hù)所需的后備保護(hù)、有載調(diào)壓的自動(dòng)控制、設(shè)備控制和測(cè)量功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 14285—2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[2]李鋒，黃凱.干式變壓器穿芯螺桿接地的危害分析[J].華電技術(shù)，2014，36(5):42-42.

[3]李靖霞，鐘昀，施廣德，等.智能變電站數(shù)據(jù)辨識(shí)模塊開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].華電技術(shù)，2014，36(4):24-26.

[4]楊玉柱.電除塵變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析及改進(jìn)措施[J].華電技術(shù)，2014，36(3):41-42.

[5]卜繁薇，林西國(guó).過(guò)激磁對(duì)RET316型變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響[J].華電技術(shù)，2013，35(8):31-35.

[6]劉森.主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的案例分析[J].華電技術(shù)，2013，35(12):77-79.