變壓器低壓側小區(qū)差動保護的思考

馮國東

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變壓器低壓側小區(qū)差動保護的思考

馮國東

(上海思弘瑞電力控制技術有限公司，上海 201108)

根據變壓器低壓側小區(qū)差動保護原理和動作方程，推導出低壓側不同故障類型時該保護的動作行為。由推導發(fā)現，當低壓側繞組內部特定處相間短路時，非故障相差動會動作。同時詳細分析了不同故障類型時，流經變壓器各側短路電流的幅值和相位。綜合分析得出：由于變壓器低壓側繞組采用三角形接法，其繞組內相間短路時各相相互影響，三角形繞組內短路電流會形成環(huán)流，從而導致了非故障相差動動作。該結論對于工程事故分析具有一定的指導意義。

低壓側小區(qū)差動；分相差動；相間短路；繞組TA；環(huán)流；三角形接法

0 引言

500 kV變壓器主保護一般配置如下：配置縱差保護或分相差動保護，若僅配置分相差動保護，在低壓側有外附TA時，應配置不需整定的低壓側小區(qū)差動保護，如圖1所示。

其中，縱差保護是指由變壓器各側外附TA構成的差動保護，該保護能反映變壓器各側的各類故障，由圖1中TA1、TA4、TA7和TA3、TA6、TA9構成；分相差動保護是指將變壓器的各相繞組分別作為被保護對象，由每相繞組的各側TA構成的差動保護，該保護能反映變壓器某一相各側全部故障，由圖1中TA1和TA2構成(A相為例)；低壓側小區(qū)差動保護是由低壓側三角形兩相繞組內部TA和一個反映兩相繞組差電流的外附TA構成的差動保護，由圖1中TA2、TA5和TA3構成(A相為例)[1-2]。

低壓側小區(qū)差動保護主要應用于自耦變壓器，其采用的TA有別于常規(guī)差動保護中所用TA，因而該保護具有特殊性。本文著重論述低壓側區(qū)內外相間故障時差動保護的動作行為。由于三相短路時各相短路電流仍具有對稱性，不失一般性，同時為了方便推導，本文以變比=1的Y0/d-11雙繞組降壓變壓器為例，分析其低壓側不同故障點處AB相間短路，該保護的動作行為，找出其有別于常規(guī)差動保護之處。另外，由于低壓側小區(qū)差動保護須和分相差動保護一起配置，因而本文在論述各故障點處AB相間短路時也簡要分析此時分相差動保護的動作行為。

圖1 500 kV變壓器保護TA配置

1 低壓側小區(qū)差動保護

低壓側小區(qū)差動保護電流取自變壓器低壓側外附電流互感器和低壓側三角內部繞組電流互感器，能反映變壓器低壓側各類相間故障。其動作方程如式(1)～式(3)所示。

(2)

(3)

低壓側小區(qū)差動保護動作特性和保護邏輯分別如圖2和圖3所示[3]。

圖2 低壓側小區(qū)差動動作特性

圖3低壓側小區(qū)差動保護邏輯圖

2 低壓側小區(qū)差動保護動作行為分析

根據低壓側小區(qū)差動保護各側TA位置，分別設置4處故障點，依次分析各處AB相間短路時流經各側TA的短路電流、低壓側小區(qū)差動保護和分相差動保護的動作行為。

2.1 低壓側小區(qū)差動區(qū)外相間短路

如圖4中M和N兩點所示，該處相間短路對于低壓側小區(qū)差動保護而言屬于區(qū)外故障，流經各側TA的電流均為穿越性電流，低壓側小區(qū)差動應可靠不誤動。此時流經各側TA的短路電流如圖4所示。

圖4低壓側小區(qū)差動區(qū)外AB相間短路時電流分布

此時各相差動電流如式(4)所示。

從上述分析中可以看出，此時各相差動電流均很小(考慮到差動回路有不平衡電流，實際差動電流并不為0)，低壓側小區(qū)差動保護可靠不誤動。

該故障點對于分相差動保護亦屬于區(qū)外故障，從圖4短路電流分布可以分析出，流經分相差動保護各TA的電流均為穿越性電流，分相差動保護在此種故障下可靠不誤動[4-5]。

2.2 低壓側小區(qū)差動區(qū)內相間短路

如圖5中M和N兩點所示，該處相間短路對于低壓側小區(qū)差動保護屬于區(qū)內故障，低壓側小區(qū)差動保護應動作。此時流經各側TA的短路電流如圖5所示。

圖5低壓側小區(qū)差動區(qū)內AB相間短路時電流分布

此時各相差動電流如式(5)所示。

依據低壓側小區(qū)差動動作方程，則在上述制動電流下對應的三相差動電流如公式(6)所示。

(6)

可以看出，此時低壓側小區(qū)差動A、B兩相差動保護動作，符合短路類型。

該故障對于分相差動保護同樣屬于區(qū)外故障，從圖5短路電流分布可以分析出，分相差動保護在此種故障下亦可靠不誤動[6-8]。

2.3 低壓側小區(qū)差動區(qū)內外相間短路類型1

如圖6中M和N兩點所示，M點屬于低壓側小區(qū)差動保護范圍內，N點屬于差動保護范圍區(qū)外。此時流經各側TA的短路電流如圖6所示。

圖6低壓側小區(qū)差動區(qū)內外AB相間短路類型1電流分布

該圖中流過各TA短路電流幅值和方向均與圖5相同，結論亦同上[9-11]。

2.4 低壓側小區(qū)差動區(qū)內外相間短路類型2

如圖7中M和N兩點所示，M點屬于低壓側小區(qū)差動保護范圍外，N點屬于差動保護范圍區(qū)內。此時各側TA的短路電流如圖7所示。

圖7低壓側小區(qū)差動區(qū)內外AB相間短路類型2電流分布

此時各相差動電流如式(7)所示。

依據低壓側小區(qū)差動動作方程，則在上述制動電流下對應的三相差動電流如式(8)所示。

(8)

可以看出，此時低壓側小區(qū)差動A、C兩相差動保護動作，不符合短路類型。

從圖7中還可以分析出，該故障對于分相差動保護屬于區(qū)內故障，此時分相差動各相差流如公式(9)所示。

無需再驗算，此時分相差動A、B兩相差動保護動作，符合短路類型[12-13]。

其中，2.1節(jié)和2.2節(jié)所描述故障屬于典型的經Y0/d-11變壓器傳變后的短路電流計算，諸多文獻中均有詳細推倒；2.3節(jié)和2.4節(jié)所描述故障屬于三角繞組內部相間短路，文獻[14]在校驗直流換流站星角換流變壓器差動保護靈敏度時對該處相間短路時流經換流變各側TA的短路電流有詳細分析和MATLAB建模仿真，本文不再詳述[15-16]。

3 結語

綜上述所，本文分析了變壓器低壓側不同故障類型相間短路時，低壓側小區(qū)差動及分相差動保護的動作行為。最后得出：對于低壓側小區(qū)差動保護，由于低壓側繞組采用三角形接法，其繞組內特定處相間短路時各相相互影響，三角形繞組內短路電流會形成環(huán)流，從而會導致非故障相差動動作。該結論對于工程事故分析具有一定的指導意義。

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(編輯 張愛琴)

Thoughts on the low voltage side transformer differential protection

FENG Guodong

(Shanghai SHR Electrical Power Technology Co., Ltd., Shanghai 201108, China)

According to principle and equation of low voltage side differential protection, this paper deduces its behavior when different type faults occurred at low side. It is discovered that the non fault phase differential protection acted when phase-to-phase fault occurred at specific place inside low side winding.Meanwhile, it analyzes in detail amplitude and phase when short circuit current went through transformer under different type faults occurred at low side. In summary, due to low voltage side winding adopting delta connection, each phase influences others when phase-to-phase fault occurred inside the winding, the short circuit current will go through the delta winding which leads to the non fault phase differential action.This conclusion has certain directive significance to the engineering accident analysis.

low voltage side differential protection; split phase differential protection; phase-to-phase fault; winding CT; circulating current; delta connection

10.7667/PSPC151135

2015-07-03；

2016-02-23

馮國東(1967-)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護裝置的研究和開發(fā)。E-mai: fengguodong10000@ sohu.com