《宁夏电力）２０１０年增刊 用相量图分析变压器微机差动 保护两相接地短路模拟试验 支占宁 （宁夏电力公司宁东供电局， 宁夏灵武 ７５１４０８） 摘要： 在变压器各侧ＴＡ二次侧回路按其两相接地短路电流分布规律模拟试验电流，验证 其区内、区外短路故障时微机差动保护的正确性。 关键词：试验； 变压器；短路故障；相量图 中图分类号：ＴＭ４０３．５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—３６４３（２０１０）ｚｋ一０１１６—０５ 电力变压器是电力系统的重要设备，担负着电 ＝（ 一 ）／、／丁，Ｊ｝ ＝（ 一Ｌ）／ 丁， （ 。－ｉ ）／、／ （１） 压变换和电能传输的作用。变压器的安全运行与电 力系统的稳定息息相关。尤其是大型变压器造价昂 贵，一旦发生故障，将会造成严重后果。因此，电力 变压器保护的可靠动作就显得十分重要。本文分析 。＝即简称为“编程１”，由于从Ｙ ：侧通入各相差 动元件的电流已经是相应的两相电流之差了，故已 将零序电流滤去，所以没有必要再采取其他措施。 １．２编程２ 变压器差动保护采用微机型，模拟试验在区内、区 外发生两相接地短路时采用相量图分析的方法。 相位校正，以变压器Ｙ 侧电流相位为基准， 在模拟变压器微机差动保护试验时，为了分 析方便起见，假定变压器的变比为聊＝ｌ，各侧的电 流互感器变比为 ＝１，且电流互感器二次接线方 式均为Ｙ形接线。 分析Ｙ 、ｄ 。等接线组别变压器不对称短路故 用ｄ 侧电流进行移相，由软件按式（２）可得ｄ 侧 用作差动计算的三相电流表达式为： ａ＝（ｊ ）／、／丁，ｌ’ｒ ｈ￣．（ｉｂ－ｉ ）／、／ ， ＝（ｉｃ一 ，、／ （２） 障时，两侧电流关系分析采用标幺值，并省去标幺 符号“ ’，这样简明易懂，概念清楚。 对于用软件在变压器ｄ 侧进行移相的变压 器差动保护，对应Ｙ ：（Ｙ０）侧的零序电流进行补偿， 为此Ｙ侧流入各相差动元件的电流应分别为： １ 相位校正 １．１编程１ Ｉ’ Ｉ 、 ｌ ＩＢ＋Ｉｃ） ， Ｂ＝，Ｂ＿＿１／３（，Ａ＋，Ｂ＋，ｃ） Ｉｔ ｌ，１／３（ｉ ｌＢ＋ｌｃ） 相位校正，以ｄ 侧电流相位为基准，用Ｙ ：侧 因为１／３（ｊＡ＋ｊ ＋ｊ ）为零序电流（ｊ。），故在Ｙ侧 系统中发生接地故障时，就不会有零序电流进入 各相差动元件。对于上述简称为“编程２”。显而易 电流进行移相，由软件按式（１）可求得Ｙ 侧用作 差动计算的三相电流： 收稿日期：２０１０—０９—０８ 作者简介：支占宁（１９７５一），男，工程师，从事电力系统继电保护调试维护运行管理工作。 ・１１６・ 《宁夏电力））２０１０年增刊 用相量图分析变压器微机差动保护两相接地短路模拟试验 见，对于变压器各侧发生各种两相短路时在一次 侧不会产生接地短路电流，电流互感器二次亦不 会产生零序电流，即厶＝０。 ２ 画相量图的程序 根据Ｙ 、ｄ。。接线组别的零序等值电路，两侧 的零序分量电流相互，不能从一侧传到另一 侧。正序分量的电流可以从一侧传到另一侧。两侧 正序电流问的关系为： ｉＡＩ＝ｊ ｌ ｅ ，ｊ ｌ＝ｊＡ１ ｅｊ辩 同理负序分量电流关系为： ｉａ２＝ ｅＪ３Ｏ￣ ａ２＝ ｅ－ｊ 根据正负零序分量传变规律，在不对称短路 时，分析变压器两侧电流分布及其电流的相量关 系的具体方法为： 先求出短路故障处的各相分量电流，并根据 短路故障类型、短路相别求出相互关系，而后作出 短路侧电流向量图。 根据变压器的接线组别，确定变压器另一侧 （非故障侧）的各序分量电流的相量图。 应用计算公式或相量图，将变换后的各序分量 电流进行叠加，最后求得变压器另一侧的各相电流。 对于变压器两侧电流分布、各相电流应以故 障相电流为基准的标幺值表示，以便于进行各相 电流的大小、相位关系的比较。更便于在变压器各 侧各相的ＴＡ二次回路加入模拟试验电流实际值 （即标幺值乘各侧ＴＡ二次电流额定值）。 ３平衡系数 由于变压器的变比，各侧实际使用的ＴＡ变比 之间不能完全满足一定的关系，即使经过相位校 正，在正常运行和外部故障时变压器两侧差动ＴＡ 的二次电流幅值不完全相同，从而使流人各相差 动元件的电流幅值不相同，在正常运行或外部故 障时无法满足Ｅ／＝０的关系。为此，将一侧电流作 为基准，将另一侧电流乘以该侧的平衡系数，使正 常运行方式或外部故障时经过相位校正和幅值校 正以后两侧的电流幅值相等，满足ＺＪ＝ｏ的关系。 例如：三圈变压器为Ｙｏ／Ｙ ２／ｄ 经代公式核算 ＝ｓ。／＼／丁ｕ 『ｔ 。 其变压器各侧电流互感器ＴＡ二次额定电流 为：Ｉ（Ｙ０）倾０：０．８１３ Ａ；ＩＩ（Ｙ ）倾０：０．９２９ Ａ，ｍ（ｄ ） 侧：Ｏ．８１３ Ａ，变压器各侧平衡系数：Ｉ侧：１．１４２；ＩＩ 侧：０．９９９；ｌｌＩ侧：１．１４２。 经验算可得知：各侧ＴＡ二次额定电流乘各该 侧平衡系数的积互为相等。 ４模拟试验步骤 变压器的接线组别为Ｙ０／Ｙ ，Ｙ。／ｄ 在Ｙ０侧发 生两相短路接地故障，在保护装置两侧加模拟试 验电流，为方便起见，假定在短路故障点的系统阻 抗Ｚ∑ｌ＝Ｚｒ．ｚ＝Ｚｒ．ｏ时， ＩＫ（３）＝ＩＫ（¨）＝ＩＫ（ ）： Ｊ『 ）：］Ｋ００，Ｊ）＝一１／２］ＫｌｆＩｌＩ ； ＩＫ１（ ）＝，Ｋ’（ ＝ＩＫ０（”。 式中：ＩＫＩ３）一三相短路电流； ＩＫ（ ）一两相接地短路电流； Ｉ Ｋ【ｌ】一单相接地短路电流； Ｊ『 （ ）一两相接地短路负序电流； ）一两相接地短路零序电流； Ｉ’Ｋｌ（ ）一两相接地短路正序电流； Ｉ。Ｋ１（ ）一单相接地短路正序电流； ｊ ）一单相接地短路负序电流； ）一单相接地短路零序电流。 虽作如此的简化，测试仪仍需提供６个电流 时，方可模拟试验两相短路接地故障。两侧短路电 流分布图、相量图、模拟接线，编程ｌ，编程２分别 如图ｌ，图２所示。 由变压器的容量为ｓｅ，接线组别为Ｙ 、ｄ．。两 侧的线电压分别为ｕ～ｕ如，两侧差动ＴＡ的变比分 别为：ｎ 、ｎ 。即可求得各侧流人差动元件的二次额 定电流Ｉｙｏ，Ｉ出。在模拟变压器各侧的各种短路故障 的试验时，应符合短路电流在各侧各相的分布规 律，在各侧各相所加其电流即为各侧二次额定电 流乘以各侧各相的短路电流分布规律的倍数即 可。亦可视为各侧各相所加的二次电流与该侧ＴＡ ・１１７・ 《宁夏电力￣２ｏｌｏ年增刊 用相量图分析变压器微机差动保护两相接地短路模拟试验 令 Ｋａ＝０ ０。，］￣＝ｌｘ３ｘＯ．８１３ｄ￣＝２．４４ｅｊ Ａ， Ｋ‘．＝ １ｘ３ｘＯ．８１３ ＝２．４４ ｅｌ Ａ，而在ｄｌ１侧加入的模拟 试验电流是根据用相量图的分析法，并应用三角 函数运算公式，最终求得ｄ。。侧的各相电流，即： ，ＫＡ＝（、／３／３）ｘ３ｘ０．８１３ ＝１．４１ Ａ 相对应的二次额定电流之比，即为电流Ｉ 的标么 值，亦为短路电流在各侧各相的分布规律。 举例说明，变压器接线组别为Ｙ。／ｄ ，在Ｙ０侧发 生ｂｃ两相接地短路Ｋ ，在Ｙ０侧通人模拟试验电 流，是由短路故障点（区外故障点为变压器的各侧母 线）的边界条件所决定的。即 ＩＪ＿一ｌ ｌ（¨Ｊ，假定 故障电流取变压器二次额定电流Ｉ 的３倍，即： ，ＫＨ＝ｌｘ３ｘＯ．８１３￣＝２．４４ｅＪ￣Ａ Ｊ『Ｋｃ＝（、／３／３）ｘ３ｘ０．８１３ｅＪ￣．￣＝１．４１ 。 Ａ Ａ Ｂ Ｃ ８８ ｌ９２ １９，１忡 非故障侧 ａ ｂ ｃ （ａ）ＹＪＹ．：变压器绕组连结 （ｂ）ｂｃ相接地短路各侧电流分量 （Ｃ）Ｙ０厂Ｙ ：变压器差动电流回路 三三 ｎ—ｋ 非故障侧 ．１ｃ ｅ，’乏入 ／ １＇１，２ｌ ＼ 一 ≮ ｌ ｌＩ． ３ ｋ－ｑ １ 故障侧 故障侧 （ｄ）编程１相位校正 （ｅ）编程２相位校正 图１ Ｙ０Ｙ， 变压器Ｙ心侧发生ｂｃ相接地短路 ・ｌ１８・ 《宁夏电力））２ｏｌ０年增干ＩＪ 用相量图分析变压器微机差动保护两相接地短路模拟试验 表ｌ 、ｌ＿， 变压器在、 侧发生两相接地短路各侧电流及差电流值 Ａ Ｂ Ｃ Ｂ 非故障侧 （ａ）Ｙｄｄ ．变压器绕阻连结 故障侧 （ｂ）ｂｅ相接地短路各侧电流序分量 （ｃ）Ｙｄｄ．。变压器差动电流回路 Ｉｒ ０ Ｉ（一１Ｂ ５７７３ｅ￣ ．５２７４７ｅｉ￣ 非故障侧 非故障侧 一一二◆０ ．７３２８ 故障侧 （ｄ）编程１相位校正 故障侧 （ｅ）编程２相位校正 图２ Ｙｏ，ｄ 。变压器在Ｙ０侧发生两相接地短路 ・ｌ１９・ 《宁夏电力》２（）…年增刊 用相量图分析变压器微机差动保护两相接地短路模拟试验 ５差电流的分析 应根据变压器接线组别举例图２为Ｙ。、ｄ 在 Ｙ。侧发生ｂｃ两相接地短路，由相位校正——编程 １（或２）的分析，画出各侧各相的电流相量图，如图 ２所示，即为流人各侧各相其相对应的差流元件的 差电流的标幺值，有关差电流的大小和相位的计 算，可通过画相量图、三角函数的运算求得。即得 Ｙｎ侧差电流： ＝（、／ ／３）ｅ Ｉ。ｔｂ￣－Ｊ『ｈ ｅＪ３Ｏ￣＝ 加。 Ｊ『 ＝（、／丁／３）ｅｊ２ａｏ。 或： ＝（１／３）ｅｊ ２０￣ ｉｔｂ－＿．８８ １９２ｅｉ１９ａｏ６￣ Ｊ＇ｏ＝Ｏ．８８ １９２ｅＪ￣．９８￣ ｄ，，侧差电流为： Ａ＝（、／ ／３）ｅｊ・ Ｊ｝ Ｂ＝Ｊ『ｂ ｅＪ￣＝Ｉｅ ｊ ＝（、／丁／３）ｅｊ 或： Ａ＝（１／３）ｅｊｌ２０。 Ｂ＝０．８８ １９２ｅｉ１９・１０６。 Ｊ『， ：０．８８ １９２ｅｊ啦９８。 显而易见，在区内发生ｂｃ两相接地短路时， 两侧流人差动元件的差电流是以各侧二次额定电 流为基准的标么值亦即差电流单位为ＴＡ二次额 定电流，是互为相加的，即： Ａ ：３×（０．３３３３＋０．３３３３）ｅｊｌａｒ：２．０００ｅｊｌ￣ｒ ， Ｂ＿ｂ＝３×（０．８８１９２＋０．８８１９２）ｅｊ ．１２０． ＝５．２９ｌ５２ｅｌ Ｊ。 ＝３×（０．８８１９２＋０．８８１９２）ｅ， ＝５．２９ １ ５２ｅ ｍ 。 在实际模拟试验时，各侧各相所加的试验故障 电流分别为：１Ｊ『ｅ、３ ｅ、５ ｅ，现只举３ ｅ为例加以 说明，如表２所示。而在区外发生Ｙ。侧ｂｃ两相接 地短路时，微机差动保护的差流元件两侧的差流 大小相等且流向相反，即可得 ＝０、Ｊ『 。＝０、 ０。由编程１（或２）的相量分析，结合实际模 拟试验所得到差电流实测数据，可判断差动微机 保护采用编程２，经Ｙ ，ｄ 接线变压器之后在差动 保护范围之外，发生不对称短路，经相位校正编程 ｌ（或２）后，各侧各相流入的差电流元件的差电流， 在同一侧不同的相别有着不同的差电流之区别，但 是对应的相别Ａ相一ａ相，Ｂ相一ｂ相，Ｃ相一ｃ相 差电流幅值是相一致的，才能保证在正常运行和区 外短路故障时∑ ＝０的关系。显而易见，在差动保护 范围内发生不对称短路故障时其各相的灵敏度亦 是不同的，其含义是故障量差电流流过差流元件与 其差电流动作整定值之比，对微机型差动元件在工 程实用整定计算中可选取 ＝（０．２～ｏ．５） ，标幺值 为０．２～ｏ．５，计算差电流（或灵敏度），采用标幺值， 方便，快捷，概念清楚，采用实际短路电流计算，其 结果互相吻合一致，只不过将差电流与整定值的标 么值分别乘以各侧的ＴＡ二次额定电流与其各该侧 平衡系数而异。其计算结果相一致。 有关变压器接线组别Ｙ。、Ｙ 在Ｙ０侧发生ｂｃ 两相接地短路时，编程１（或２）相量图的分析，差 动保护在区内、区外两相接地短路时，保护动作的 行为分析判断同上。 （下转第１５３页） 《宁夏电力））２ＯＬＯ年增刊 绝缘子加装超大硅胶伞裙的应用研究 覆冰，雾闪等方面都将起到积极的作用。 一一 图４超大硅胶伞裙安装后效果图 ４ 结束语 超大硅胶伞裙安装在石嘴山供电局已经进入 了现场应用阶段，主要安装在石陶乙线，步凤线中 耐张的跳线串上。安装半年后，未发生超大硅胶伞 落时，由于使用的是硅胶材料制成，脱落过程不会 造成线路跳闸。综上所述，安装超大硅胶伞裙适合 裙被大风吹坏和外伞裙下垂等不良现象，所有安 批量推广应用。 装过的跳线串未发生因鸟害引起的跳闸。线路工 区准备经过１年的试验后，开始在直线杆塔上安 ３．２．５优点 综上所述，采用安装超大硅胶伞裙防鸟措施 装推广，并且在每串绝缘子上、下各安装ｌ片，以 具有经济成本低、安装简单、使用寿命长、伞裙老 得到更加明显的防鸟效果。 化损坏也不影响线路安全运行等优点，更主要的 参考文献： 是安装１片超大硅胶伞裙将可增加整串绝缘子的 ［１］梁曦东，王绍武．复合绝缘子伞形结构［Ｍ］．知识产权 爬电距离约３５０ ｍｍ。这将直接提高线路的绝缘配 出版社清华大学． 置水平，从根本上防止了鸟粪引起的闪络故障。同 ［２］电力行业职业技能鉴定指导中心．送电线路［Ｍ］．中国 时，提高了绝缘子串的耐压水平，因此在防止雷电， 电力出版社． （上接第１２０页） ６结论 流必为０），即可求得差电流的标幺值。 （３）由编程１、编程２的相量图与模拟故障的 （１）对变压器接线组别Ｙ。、Ｙ。 ，Ｙ。、ｄ 在Ｙ０侧 对比分析可知，两者在区内故障时流人差动元件 发生两相接地短路时，其短路电流在各侧各相的 的差电流是有所区别的。但区外故障时和在正常 分布规律，就是模拟试验时在各侧各相所加试验 运行方式发生变化时变压器各侧流人各相差动元 短路电流除以该侧ＴＡ二次电流为基准值的标幺 件的电流必须满足Ｅｉ＝Ｏ的关系。编程２是符合其 值；反之亦然，各侧各相所加试验短路电流就是各 差电流／实测斛算值，可见微机差动保护是采用编 侧ＴＡ二次额定电流乘以各侧各相的短路电流分 程２的软件程序。 布规律的系数（即标幺值）。 （２）图１、图２中的编程１、编程２的电流相量 参考文献： 图是由变压器Ｙ。侧发生短路故障，所决定的各侧 ［１］王梅义等．高压电网继电保护运行技术与设计［Ｍ］．中 各相短路电流的分布规律，经过相位校正后的ＴＡ 国电力出版社，２００７年． 二次差电流流人差动元件，图中的差电流是以变 ［２］国家电网公司．继电保护培训教材［Ｍ］．中国电力出版 压器各侧ＴＡ二次额定电流为基准值的标幺值。 社，２００９年． 显而易见，变压器微机差动保护在区内区外 ［３］江苏省电力公司．电力系统继电保护原理与实际技术 短路故障时，其差电流的实测值相对应和理论计 ［Ｍ］．中国电力出版社，２００６年． 算值，直接采用编程１，编程２的各侧各相流人的 ［４］南京南瑞继保电气有限公司Ｒｃｓ—９７８系列变压器 成套保护装置培训教材． 各相差动元件的差电流，直接将其相对应相相加 （即区内故障的差流）或相减（即区外故障的差电 ・１５３・
