整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法

摘要

本发明公开了一种整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法，包括：ⅰ.Y(移)/Δ‑11整流变压器纵差保护TA二次侧电流采取网侧不补偿，阀侧(低压侧)补偿的方式；ⅱ.Δ(移)/Δ‑10整流变压器纵差保护TA二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式；ⅲ.Y(移)/Y‑12整流变压器纵差保护TA二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，并分别提供了相应的补偿计算公式。本发明的补偿方法通过计算整流变压器微机纵差保护中进入CPU参与计算的最合理的三相电流，提供了Y(移)/Δ‑11接线，Δ(移)/Δ‑10接线，Y(移)/Y‑12这三种接线方式的整流变压器纵差保护电流互感器(TA)二次侧电流的最佳补偿方法，实现了整流变压器的纵差保护。

权利要求

1.一种整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：ⅰ.Y/Δ-11移相整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：ⅱ.Δ/Δ-10移相整流变压器纵差保护电流互感器二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：ⅲ.Y/Y-12移相整流变压器纵差保护电流互感器二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：式中， 分别为整流变压器网侧、阀侧电流互感器二次侧电流，即补偿前的三相电流；

分别为整流变压器网侧、阀侧补偿后的三相电流；

α为整流变压器的移相角。

说明书

整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法

技术领域

[0001] 本发明属于涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法。

背景技术

[0002] 整流变压器是特种变压器之一，广泛应用于化工冶炼企业、地铁及船舶工业。整流变压器的高压侧(如110kV)习惯上称为网侧，通过调压变压器与电网(如330kV)相连，整流变压器的低压侧(如1000V)称为阀侧，与整流桥相连。整流变压器的网侧绕组除主绕组之外还有移相绕组，因此在正序电流情况下，主绕组的电压 与网侧端子的电网电压 有相角差α，α称为移相角，它是一个整定值。α角有正有负，西电变压器公司等企业定义：当 滞后于 (称后移)时α为正值，当 导前于 (称前移)时α为负值。

[0003] 大型冶炼企业常用的整流变压器的接线方式有三种：Y(移)/Δ-11、Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12。以Y(移)/Δ-11为例说明整流变压器网阀两侧电流的相位关系：若整定α＝
0°，则在正序电流情况下，Y(移)/Δ-11整流变压器阀侧电流导前于网侧同名相电流30°，这与Y/Δ-11常规电力变压器完全相同；若整定α≠0°，则在正序电流情况下，Y(移)/Δ-11整流变压器阀侧电流导前于网侧同名相电流为"30°-α",α本身有正、负号。也就是Y(移)/Δ-
11整流变压器网阀两侧电流相位的关系为：在Y/Δ-11变压器高低压两侧电流相位关系的基础上再叠加α移相角。同理推论Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12整流变压器网阀两侧的电流相位关系。

[0004] 再举一个大型冶炼企业实例，进一步阐明整流变压器电流相位及其α角的特性。某大型冶炼企业共有12台整流变压器及6台调压变压器，其中每2台整流变压器的网侧端子并联后再通过一台调压变压器接入电网，这2台整流变压器的α角相同，但二者的接线方式不同，原则上要求在正常运行时这2台整流变压器的阀侧输出电流的相位角必须为30°，例如一台为Y(移)/Δ-11整流变压器，而另一台为Y(移)/Y-12整流变压器，或者一台为Y(移)/Δ-11整流变压器，而另一台为Δ(移)/Δ-10整流变压器；可见12台整流变压器分别具有的α角值共有6种，为+2.5°,+7.5°,+12.5°,-2.5°,-7.5°，-12.5°。在正常运行时，每台整流变压器阀侧三相每工频周期输出6个脉波，12台整流变压器阀侧共输出6×12＝72个脉波，相邻脉波间的相位差角为360°/72＝5°。阀侧12个整流桥并联，输出的直流电压谐波少，功率因数高。一般冶炼企业整流变压器并联的台数有许多不同的数值(如3、4、5、6、12、14台等)，因此α角的数值也有很多不同的数值。

[0005] 当前国内外整流变压器的继电保护装置都只是简单的过流保护，无纵差保护，当然更无整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法，以建立整流变压器的纵差保护。

[0007] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法，包括如下步骤：

[0008] ⅰ.Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次侧电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：

[0009]

[0010] ⅱ.Δ(移)/Δ-10整流变压器纵差保护TA二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：

[0011]

[0012] ⅲ.Y(移)/Y-12整流变压器纵差保护TA二次电流采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：

[0013]

[0014] 式中， 分别为整流变压器网侧、阀侧电流互感器二次侧电流，即补偿前的三相电流；

[0015] 分别为整流变压器网侧、阀侧补偿后的三相电流；

[0016] α为整流变压器的移相角。

[0017] 本发明的整流变压器纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法，通过计算整流变压器微机纵差保护中进入CPU参与计算的最合理的三相电流，提供了Y(移)/Δ-11接线，Δ(移)/Δ-10接线，Y(移)/Y-12这三种接线方式的整流变压器纵差保护电流互感器(TA)二次侧电流的最佳补偿方法，实现了整流变压器的纵差保护。

附图说明

[0018] 图1a为Y(移)/Δ-11整流变压器(α＝-7.5°,前移)正常运行时网络接线及三相电流流动图；

[0019] 图1b为网阀两侧TA一次侧A相电流及转角相量分析图；

[0020] 图1c为网阀两侧TA二次侧A相计算电流相量图；

[0021] 图2为Y(移)/Δ-11整流变压器网侧绕组A相单相接地短路电流流动图；

[0022] 图3a为Y(移)/Δ-11整流变压器(α＝-7.5°前移)纵差保护阀侧区外B、C两相短路时的网络接线图；

[0023] 图3b为阀网两侧TA一次侧短路电流相量(含模值数量)图；

[0024] 图4a为α＝+7.5°时Δ(移)/Δ-10整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析图；

[0025] 图4b为α＝-7.5°时Δ(移)/Δ-10整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析图；

[0026] 图5a为α＝+7.5°时Y(移)/Y-12整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析图；

[0027] 图5b为α＝-7.5°时Y(移)/Y-12整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

[0029] 其他类型的变压器(如电力系统中的传统电力变压器，电炉变压器)纵差保护电流互感器二次侧电流的补偿方法：

[0030] 1.传统电力变压器

[0031] 1.1Y/Δ-11、Yo/Δ-11传统电力变压器

[0032] 采用高压侧补偿，低压侧不补偿的方式，具体公式如下：

[0033] 1.2Y/Δ-11/Δ-11、Yo/Δ-11/Δ-11传统电力变压器

[0034] 高压侧补偿，中压侧及低压侧都不补偿，具体公式如下：

[0035]

[0036] 1.3Y/Y-12或Yo/Y-12

[0037] 高压侧及低压侧都补偿，具体公式如下：

[0038]

[0039] 2.电炉变压器

[0040] 2.1Y/Δ-11电炉变压器

[0041] 高压侧及低压侧都不补偿，具体公式如下：

[0042]

[0043] 2.2Y/Δ-11/Δ-11电炉变压器

[0044] 高压侧及低压侧都不补偿，中压侧补偿，具体公式如下：

[0045]

[0046] 2.3Y/Y-12/Δ-11电炉变压器

[0047] 高、中、低压侧都不补偿，具体公式如下：

[0048]

[0049] 上述各式中， 分别为传统电力变压器或电炉变压器纵 差保护高、中、低压侧电流互感器二次侧电流 ，即补偿前的电 流；
分别为传统电力变压器或电炉变压器高、中、低压侧补偿
后的电流，即进入CPU中参与计算的电流，称为计算电流。

[0050] 最常见的整流变压器的接线方式有三种：Y(移)/Δ-11接线，Δ(移)/Δ-10接线，Y(移)/Y-12接线。根据上述补偿原理，本发明提供了这三种接线方式的整流变压器纵差保护电流互感器(TA)二次侧电流的最佳补偿方法，所有公式中后移α为正，前移α为负。

[0051] ⅰ.Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次侧电流的最佳补偿方法[0052] 对于Y(移)/Δ-11整流变压器，采取网侧(高压侧)不补偿，阀侧(低压侧)补偿的方式，即在正序电流情况下阀侧TA二次电流幅值不变地向后转"30°-α"，具体公式如下：

[0053]

[0054] ⅱ.Δ(移)/Δ-10整流变压器纵差保护TA二次电流的最佳补偿方法

[0055] 采取网侧不补偿，阀侧补偿的方式，具体公式如下：

[0056]

[0057] ⅲ.Y(移)/Y-12整流变压器纵差保护TA二次电流的最佳补偿方法

[0058] 网侧不补偿，阀侧补偿，具体公式如下：

[0059]

[0060] 上述公式中， 分别为整流变压器网侧、阀侧电流互感器二次侧电流，即补偿前的三相电流；

[0061] 分别为整流变压器网侧、阀侧补偿后的三相电流，即进入CPU参与计算的电流，称为计算电流；

[0062] α为整流变压器的移相角，为整定值，即在正序电流情况下整流变压器网侧主绕组电压 与网侧端子电压 的相角差为α，当 滞后于 为后移，定义α为正值；当 导前于 为前移，定义α为负值。

[0063] 下面以Y(移)/Δ-11为例进行具体分析论证，Δ(移)/Δ-10和Y(移)/Y-12整流变压器的具体推导分析及论证过程与Y(移)/Δ-11整流变压器相同。

[0064] Y(移)/Δ-11符号的意义：在α＝0°时，采用Y(移)/Δ-11接线方式的整流变压器网、阀两侧电流相位的关系与Y/Δ-11接线方式的常规电力变压器高低压两侧电流相位的关系完全相同；在α≠0°时，Y(移)/Δ-11整流变压器网、阀两侧电流相位的关系为Y/Δ-11变压器高低压两侧电流相位关系的基础上再叠加α移相角。下述Δ(移)/Δ-10、Y(移)/Y-12整流变压器符号的意义同理推论。

[0065] 整流变压器A相纵差判据的差动电流 制动电流 如公式(4)所示，B、C相纵差判据同理。

[0066]

[0067] 本发明公式(1)作为Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次侧电流补偿方程的原理及理论基础的详细分析如下：

[0068] ①、以α＝-7.5°前移为例，Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流按式(1)补偿，正常运行时纵差保护特性：

[0069] 该整流变压器正常运行时三相电流为正序电流，如图1a所示，图中F分别为网、阀两侧TA一次侧三相电流；阀侧同名相电流(如A相)导前于网侧 电流30°+7.5°＝37.5°，如图1b所示：

[0070]

[0071] 此时，网侧1TA的一次电流由正极性端流入，则二次电流与一次电流相量等值而阀侧2TA的一次电流由负极性端流入，则二次电流与一次电流反方向而幅值相等： 各电流的单位均为标么值。如图1b和图1c所示，根据公式
（1）可得：

[0072]

[0073]

[0074] 得

[0075] 同理Iop·B＝Iop·C＝0，即A、B、C相纵差判据在整流变压器正常运行时均可靠地不动作。

[0076] ②、以α＝-7.5°前移为例，Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流按公式(1)补偿，若出现网侧绕组单相接地短路故障时，其纵差保护特性如下：

[0077] 当前大冶炼企业的调压变压器几乎都为自耦变压器(例如330kV/125kV)。如图2所示，自耦调压变压器高压侧经断路器DL接入330kV电力系统，抽头电压125kV加于整流变压器的网侧端子，其间无断路器，虽然自耦调压变压器及整流变压器的中性点都不接地，但是调压变压器高压侧所在的电力系统(330kV)是中性点接地系统，当整流变压器网侧绕组单相接地时有短路电流，要求整流变压器纵差保护灵敏动作跳开调压变压器高压侧断路器。

[0078] 图2中整流变压器网侧绕组为简化接线，所绘的每相绕组可视为主绕组与移相绕组的串联，移相绕组的具体特性从略。为论述简化清晰起见，以下计算Iop、Ires中均以TA一次侧电流代替二次侧电流，当一次电流由TA的正极性端流入时，该一次电流为正值；反之，当一次电流由TA负极性端流入时，该一次电流为负值；并且各电流均为标么值。如此计算所得的Iop、Ires分别称为纵差保护一次侧的差动电流及制动电流。

[0079] 设Y(移)/Δ-11整流变压器(α＝-7.5°)网侧绕组A相单相接地短路，因w1为A相绕组的部分匝数，故短路电流 (标么值)，当接地点向中性点移动，则 与 的差值减小。依据公式(1)和(4)得：

[0080] A相纵差：

[0081]

[0082] 则A相纵差动作灵敏度低或拒动。

[0083] B相纵差：

[0084]

[0085] Iop·B＝2Ires·B，B相纵差动作灵敏度很高。

[0086] C相纵差：

[0087]

[0088] Iop·C＝2Ires·C，C相纵差动作灵敏度很高。

[0089] A、B、C相纵差判据“或”门出口，故Y(移)/Δ-11整流变压器网侧绕组或区内引出线单相接地短路时，采用公式(1)补偿方法的纵差保护能高灵敏地动作，而且根据公式(6)和(7)来看，高灵敏度与接地点的位置无关，这是公式(1)的优点，也是Y(移)/Δ-11整流变压器采用公式(1)作为补偿方程的主要理由。

[0090] ③、以α＝-7.5°前移为例，Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流按公式(1)补偿，若出现阀侧区外B、C两相短路故障时，其纵差保护特性如下：

[0091] Y(移)/Δ-11整流变压器(α＝-7.5°)阀侧纵差保护区外B、C两相短路，网络接线如图3a所示，经计算，阀网两侧TA一次侧短路电流相量(包括电流模值的具体数据)如图3b所示。

[0092] 根据公式(1)和(4)计算可得

[0093] A相纵差：

[0094]

[0095] 式中， 为图3中的整流变压器阀侧B、C两相短路时阀侧短路电流的正序分量(标么值)。

[0096] 由于Iop·A＜＜2Ires·A，则A相纵差不动作。

[0097] B相纵差：

[0098]

[0099] 于Iop·B＜＜2Ires·B，则B相纵差不动作。

[0100] C相纵差：

[0101]

[0102] Iop·C＜＜2Ires·C,C相纵差不动作。

[0103] 可见，Y(移)/Δ-11整流变压器纵差保护TA二次电流采用公式(1)的补偿方法能保证区外两相短路时纵差保护不动作。

[0104] ④、以α＝-7.5°前移为例，Y(移)/Δ-11整流变压器纵差波保护TA二次电流采用公式(1)补偿，当出现区内两相短路故障时，其纵差保护特性如下：

[0105] 以Y(移)/Δ-11整流变压器(α＝-7.5°)的网侧纵差保护区内引出线B、C两相短路为例，此时网侧1TA一次侧的短路电流为： 而阀侧2TA一次侧的短路电流 因为这种冶炼企业交直流转换的整流系统实质上相当于高压直流输电
工程中的“背靠背”直流系统，也就是相当于直流输电线路长度为零的多端直流输电系统。

[0106] 许多整流桥并联(可多达12个或14个整流桥并联)，本整流变压器网侧(或阀侧)交流系统相间短路时，只有本整流变压器网侧的交流电向短路点输送短路电流，而其他整流变压器(如11个或13个)交流电源通过各自的整流桥及本整流桥(相当于逆变器)向短路点供应的短路电流基本上为零。

[0107] 依据公式(1)和(4)计算可得A、B、C相纵差的Iop、Ires为

[0108]

[0109] 故纵差保护动作，灵敏度很高。

[0110] 另外，Δ(移)/Δ-10整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析分别如图4a、图4b所示，Y(移)/Y-12整流变压器TA二次电流补偿方法的相量分析分别如图5a、图5b所示，其推导分析及论证过程与Y(移)/Δ-11整流变压器相同，在此不再赘述。

[0111] 以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。