姜睿智 劉 星 劉志遠 姚晴林

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基于電子式互感器的整流機組差動保護方案實現(xiàn)

姜睿智1劉 星1劉志遠2姚晴林1

（1. 許繼電氣股份有限公司，河南許昌 461000；2. 寧夏電力公司，銀川 750001）

本文提出一種實現(xiàn)整流變壓器機組差動保護方法。首先將整流機組分為一個調(diào)壓變壓器間隔、兩個整流變壓器間隔分別配置調(diào)壓變壓器差動保護裝置、整流變壓器差動保護裝置；然后針對調(diào)壓變壓器頻繁調(diào)壓且調(diào)壓范圍寬的特點，提出根據(jù)當(dāng)前調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓檔位實時計算差動保護的平衡系數(shù)方法，以及適應(yīng)不同移相角度的整流變壓器二次電流補償方法；最終完善了大功率整流機組繼電保護配置，填補了整流機組差動保護的空白。

整流變壓器；電子式電流互感器；整流變壓器差動保護；平衡系數(shù)；移相

在冶金、電化學(xué)企業(yè)，一般采用大容量整流裝置供電。將35～500kV電壓等級的高壓交流電壓，經(jīng)整流機組調(diào)壓降壓，經(jīng)整流設(shè)備供給生產(chǎn)系統(tǒng)電壓可調(diào)、電流達數(shù)百kA的直流。每個整流機組由1個調(diào)壓變壓器、2個整流變壓器以及整流柜構(gòu)成。

目前整流機組容量高達130000kVA，結(jié)構(gòu)與性能均異于普通電力變壓器。由于調(diào)壓變壓器具有調(diào)壓范圍寬、調(diào)壓頻繁的特點，且整流變壓器閥側(cè)為繞組多、電流大，無法安裝常規(guī)電流互感器，因此，目前整流機組未配置差動保護，且整流機組接線復(fù)雜，無適合差動保護算法。

文獻[1-2]闡述方案實現(xiàn)了電爐變壓器差動保護。本文提出一種整流機組差動保護工程解決方案，并于2014年在寧夏一電解鋁廠的整流變壓器機組掛網(wǎng)試運行成功，填補了國內(nèi)外整流變機組差動保護的空白。

1 整流機組差動保護解決方案

1.1 整流變壓器機組間隔劃分及保護配置

將1個整流機組分為調(diào)壓變壓器間隔、2個整流變壓器間隔，如圖1所示，分別配置1個調(diào)壓變壓器保護裝置、2個整流變壓器保護裝置實現(xiàn)整流機組差動保護。調(diào)壓變壓器差動保護裝置接入整流機組一次側(cè)、三次側(cè)、2組整流變壓器網(wǎng)側(cè)三相電流，調(diào)壓變壓器調(diào)壓檔位信息。整流變壓器保護裝置接入整流變壓器網(wǎng)側(cè)三相電流、閥側(cè)三相12組電流。

圖1 單臺整流機組保護間隔劃分示意圖

調(diào)壓變壓器保護裝置配置隨調(diào)壓變壓器檔位實時調(diào)整各側(cè)平衡系數(shù)的基于虛擬制動原理的比率差動保護、差流速斷保護、增量差動保護。

整流變壓器保護裝置配置適應(yīng)不同移相角度的基于虛擬制動原理的比率差動保護、差流速斷保護、增量差動保護。

整流機組差動保護裝置接入示意圖如圖2所示。

圖2 單臺整流機組差動保護裝置接入示意圖

1.2 電氣制動過程制動電流特點

一次側(cè)和二次側(cè)（整流變網(wǎng)側(cè)）常規(guī)電流互感器采集電流經(jīng)屏蔽電纜接入就地安裝的整流機組一次側(cè)、整流變壓器網(wǎng)側(cè)的合并單元智能終端集成裝置[3]（經(jīng)對時服務(wù)器對時，保證各側(cè)電流同步），轉(zhuǎn)換成9-2格式電流信號經(jīng)光纖接入調(diào)壓變壓器差動保護裝置，如圖3所示。

圖3 調(diào)壓變壓器差動保護電流接線示意圖

如文獻[4]所述，許繼電氣研制成功異型、對開口式電子式電流互感器，用來采集整流變壓器閥側(cè)大電流。傳感頭的小電壓信號經(jīng)屏蔽電纜接入前置采集器[5]進行信號積分調(diào)理并轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纜接入合并單元[6]進行多支路信號合并接入整流變差動保護裝置。跳閘信號接入整流變壓器網(wǎng)側(cè)的合并單元智能終端集成裝置（經(jīng)對時服務(wù)器對時，保證各側(cè)電流同步），如圖4所示。

整流變壓器兩個閥側(cè)△型繞組的電流大小相等、方向相反，其矢量和為一臺整流變壓器閥側(cè)總電流。每個閥側(cè)引線銅排測量電流接入整流變壓器保護裝置，按式（1）軟件合成閥側(cè)電流，即

2 整流變壓器機組差動保護原理

2.1 整流機組差動保護算法說明

針對整流機組作為系統(tǒng)末端變壓器特點，本文提出不同于常規(guī)電力變壓器制動電流計算的新算法，即

（4）

下面以變壓器縱差保護范圍內(nèi)部短路為例分析新算法靈敏度。

（6）

圖4 整流變壓器差動保護電流接線示意圖

2.2 調(diào)壓變壓器差動保護隨調(diào)壓檔位實時調(diào)整平衡系數(shù)

由于電解鋁生產(chǎn)工藝需求調(diào)壓變壓器具有調(diào)壓范圍寬、調(diào)壓頻次高的特點，所以調(diào)壓變壓器常采用單相多級有載分接開關(guān)進行連續(xù)調(diào)節(jié)電壓。如若差動保護采用整流機組固定變比計算出的平衡系數(shù)來計算差動電流，則在調(diào)壓過程中會引起差動保護的誤動，因此，調(diào)壓變壓器的差動保護裝置必須能夠?qū)崟r地根據(jù)運行檔位計算差動保護的平衡系數(shù)[7]。

調(diào)壓變壓器的保護裝置需接入調(diào)壓變壓器調(diào)壓檔位信息，根據(jù)當(dāng)前運行檔位實時計算出調(diào)壓變二次側(cè)（整流變壓器網(wǎng)側(cè)）電壓及對應(yīng)平衡系數(shù)，保證調(diào)壓變壓器差動電流計算的正確性。

1）計算網(wǎng)側(cè)各相繞組的電壓及B、C相相對A相的平衡系數(shù)

當(dāng)前A相二次側(cè)電壓為

二次側(cè)當(dāng)前B相電壓為

（8）

二次側(cè)當(dāng)前C相電壓為

2）計算各側(cè)的額定電流及網(wǎng)側(cè)A相的平衡系數(shù)

可得調(diào)壓變壓器一次側(cè)、三次側(cè)平衡系數(shù)為

可得網(wǎng)側(cè)A相差動保護平衡系數(shù)為

3）計算網(wǎng)側(cè)各相平衡系數(shù)

網(wǎng)側(cè)A相差動保護平衡系數(shù)為

網(wǎng)側(cè)B相差動保護平衡系數(shù)為

（13）

網(wǎng)側(cè)C相差動保護平衡系數(shù)為

所得調(diào)壓變壓器二次側(cè)各相平衡系數(shù)代入式（3），可得隨著調(diào)壓檔位實時變化的差動電流及制動電流，提高差動電流計算準確性。

2.3 適應(yīng)不同移相角度的整流變壓器二次電流補償

整流變壓器的網(wǎng)側(cè)繞組由主繞組和移相繞組組成，正序電流時，主繞組電壓就與網(wǎng)側(cè)電源電壓有相角差，稱為移相角。角度可正可負，特種變壓器制造企業(yè)定義：當(dāng)主繞組電壓滯后于電源電壓（稱后移）時，為正值；當(dāng)主繞組電壓超前電源電壓（稱前移）時，為負值。

常用的整流變壓器的繞組有以下3種接線方式，即Y(移)/△-11、△(移)/△-10、Y(移)/Y-12。

Y(移)/△-11整流變壓器縱差保護轉(zhuǎn)角補償方案：網(wǎng)側(cè)TA不轉(zhuǎn)角，閥側(cè)TA轉(zhuǎn)角。

（a）正序情況下Y(移)/△整流變壓器兩側(cè)同名相的線電流向量圖

（b）正序情況下△(移)/△整流變壓器兩側(cè)同名相的線電流向量圖

圖 5

3 結(jié)論

本文所述的方法是，在整流變壓器閥側(cè)出線銅排安裝特制異型、對開口結(jié)構(gòu)電子式互感器采集整流變閥側(cè)電流，配置調(diào)壓變壓器差動保護裝置、整流變壓器差動保護裝置，從而實現(xiàn)了基于電子式電流互感器的整流機組的電流差動保護方案。

許繼電氣成功設(shè)計并研制本文所提調(diào)壓變壓器、整流變壓器差動保護裝置，并于2014年4月在寧夏一電解鋁廠安裝，運行良好，填補了大功率整流機組差動保護空白，完善了整流機組繼電保護配置，進一步提高了冶金、化工企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

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Differential Protection Scheme of the Rectifier Unit based on Electronic Current Transformer

Jiang Ruizhi1Liu Xing1Liu Zhiyuan2Yao QingLin1

(1. XJ Electric Company Limited, Xuchang, He’nan 461000; 2. Ningxia Provincial Power Dispatching Center, Yinchuan 750001)

A transformer unit differential protection method of rectifier is proposed in this paper. The rectifier unit consists of a voltage regulating transformer, rectifier transformer interval are respectively arranged voltage regulating transformer differential protection device, rectifier transformer differential protection device. According to the characteristics of voltage transformer frequent voltage and wide voltage regulation, according to the current transformer on load voltage regulating gear differential protection real-time calculation of the equilibrium coefficient method, is proposed to adapt to different shifting phase angle of the rectifier transformer current compensation method. The high power rectifier unit relay protection configuration is improved, fill the blank of rectifier unit differential protection.

rectifying transformer; electronic current transformer; differential protection of rectifying transformer; balance coefficient; shifting phase

姜睿智（1981-），男，工程師，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護。