南京國電南自軌道交通工程有限公司 沈珂婷

目前國內電氣化鐵路領域對于牽引變壓器失壓保護一般僅僅判斷變壓器三相均失壓的情況，卻很少考慮進線單相失壓的故障情況[1-2]，使得變壓器缺相時常規(guī)失壓保護不動作，繼而無法完成備自投動作。實際上變壓器缺相運行可能會導致對應相的供電臂失電，造成接觸網無壓而停車等危害?，F有對變壓器缺相故障分析大多集中于10kV和35kV的配電系統(tǒng)中[3]，針對110kV以上牽引變壓器研究很少，再加上牽引變壓器類型較多，不同類型的變壓器缺相時的表現特征也不相同，通常只能針對某些結構特殊的變壓器使用特定方法分析[4-5]。

1 實時數據仿真系統(tǒng)（RTDS）

實時數據仿真系統(tǒng)是為了實時仿真電力系統(tǒng)暫態(tài)過程而專門設計的并行計算機系統(tǒng)，克服了以往非實時仿真系統(tǒng)不能與外部物理設備實時交互試驗的問題，以及常規(guī)模擬仿真系統(tǒng)搭建費時且價格昂貴的問題，是目前電力系統(tǒng)領域用來研究復雜電力系統(tǒng)現象的先進方法。

為了研究變壓器缺相運行狀況，利用實時數據仿真系統(tǒng)分別模擬了牽引變電站直供模式供電和AT模式供電，并按照變壓器不同接線方式分別進行建模。為了盡可能全面綜合地試驗，選取了常見的七種變壓器類型，分別為Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv和SCOTT類型，仿真測試了不同類型變壓器在高壓側A、B、C三相電壓分別發(fā)生缺相時，變壓器高、低壓側的線電壓和相電壓發(fā)生的變化，結合變壓器原理和試驗數據，綜合推導出各類變壓器缺相故障的判斷條件。

2 RTDS仿真試驗數據

以下RTDS仿真試驗數據中記錄的電壓值均為二次值，并且建模時設定高壓側線電壓額定值為100V，低壓側相電壓額定值為100V。

Vv變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB線電壓降為0V，低壓側Ua相電壓降為0V；B相缺相時：高壓側UAB、UBC線電壓下降一半，低壓側Ua、Ub相電壓下降一半；C相缺相時：高壓側UBC線電壓降為0V，低壓側Ub相電壓降為0V。

Vx變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB線電壓降為0V，低壓側UT1、UF1相電壓降為0V；B相缺相時：高壓側UAB、UBC線電壓下降一半，低壓側UT1、UF1、UT2、UF2相電壓下降一半；C相缺相時：高壓側UBC線電壓降為0V，低壓側UT2、UF2相電壓降為0V。

Ii變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB線電壓降為0V，低壓側Ua相電壓降為0V；B相缺相時：高壓側UAB線電壓下降一半，低壓側Ua相電壓下降一半。

Iii變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB線電壓降為0V，低壓側UT1、UF1相電壓降為0V；B相缺相時：高壓側UAB線電壓下降一半，低壓側UT1、UF1相電壓下降一半。

YNd11變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB、UCA線電壓下降一半，低壓側Ua相電壓降為0V，低壓側Ub相電壓下降至倍額定電壓；B相缺相時：高壓側UAB、UBC線電壓下降一半，低壓側Ua、Ub相電壓下降至倍額定電壓；C相缺相時：高壓側UBC、UCA線電壓下降一半，低壓側Ua相電壓下降至倍額定電壓，低壓側Ub相電壓降為0V。

YNv變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB、UCA線電壓下降一半，低壓側Ua相電壓降為0V，低壓側Ub相電壓下降至倍額定電壓；B相缺相時：高壓側UAB、UBC線電壓下降一半，低壓側Ua、Ub相電壓下降至倍額定電壓；C相缺相時：高壓側UBC、UCA線電壓下降一半，低壓側Ua相電壓下降至倍額定電壓，低壓側Ub相電壓降為0V。

SCOTT變壓器缺相數據。A相缺相時：高壓側UAB、UCA線電壓下降一半，低壓側UT1、UF1相電壓下降一半，低壓側UT2、UF2相電壓下降至倍額定電壓；B相缺相時：高壓側UAB、UBC線電壓下降一半，低壓側UT2、UF2相電壓降為0V；C相缺相時：高壓側UBC、UCA線電壓下降一半，低壓側UT1、UF1相電壓下降一半，低壓側UT2、UF2相電壓下降至倍額定電壓。

3 缺相故障判斷條件

3.1 Vv變壓器缺相判據

max{UAB、Ua}UYY；min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1，并且max{UAB、UBC、Ua、Ub}UYY；max{UBC、Ub}UYY。其中，UAB、UBC、UCA為高壓側線電壓，UQX指缺相電壓定值，UYY指線路有壓定值，U1、U2分別指低于1/2倍額定電壓和高于1/2倍額定電壓的電壓定值，構成一個浮動區(qū)間（下同）。以上三個判據分別對應變壓器A相、B相、C相電壓缺相，任意滿足一個即可判定Vv變壓器缺相故障。

3.2 Vx變壓器缺相判據

max{UAB、UT1、UF1}UYY；min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1，且 max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}UYY；max{UBC、UT2、UF2}UYY。以上三個判據分別對應變壓器A相、B相、C相電壓缺相，任意滿足一個即可判定Vx變壓器缺相故障。

3.3 Ii變壓器缺相判據

max{UAB、Ua}U1，且max{UAB、Ua}

3.4 Iii變壓器缺相判據

max{UAB、UT1、UF1}U1，且 max{UAB、UT1、UF1}

3.5 YNd11變壓器缺相判據

min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}UYY，且UaU3，且UbU1，且max{UAB、UBC}UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}U1，且max{UBC、UCA}UYY，且UbU3，且Ua

3.6 YNv變壓器缺相判據

min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}UYY，且UaU3，且UbU1，且max{UAB、UBC}UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}U1，且max{UBC、UCA}UYY，且UbU3，且Ua

3.7 SCOTT變壓器缺相判據

min{UAB、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UCA、UT1、UF1}UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}U1，且max{UAB、UBC}UYY，且max{UT2、UF2}U1，且max{UBC、UCA、UT1、UF1}UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}

綜上，文提出了一種基于RTDS仿真試驗的牽引變壓器缺相故障判斷方法，結合變壓器原理及RTDS仿真試驗數據，分別對Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv、SCOTT七種常見變壓器進行缺相故障的判據分析。該判據包含了對變壓器高、低壓側電壓的判斷，適用于變壓器保護，可更加準確地判斷變壓器缺相故障。應用于進線自投裝置，且只采集了高壓側電壓的情況，可根據RTDS仿真數據，得到包含正序、負序、零序電壓的缺相故障判據，可較為準確地判斷變壓器是否發(fā)生了缺相故障，正確完成后續(xù)的自投動作。本方法在實際應用過程中需要注意的是，參數的設定要規(guī)避PT斷線的影響。本方法解決了常規(guī)失壓保護無法檢測缺相故障的缺陷，避免變壓器帶故障運行對整個供電線路產生的不良影響，提高了牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性。