變壓器差動(dòng)保護(hù)中電流互感器TA及其聯(lián)接組的若干問題探討

本文闡述了變壓器差動(dòng)保護(hù)中電流互感器(TA)及其聯(lián)接組的若干技術(shù)問題的重要性。對這些問題給出了 所采用的解決方法：利用數(shù)學(xué)方法解決TA聯(lián)接組的匹配；針對TA飽和的附加穩(wěn)定區(qū)判別法；電流電壓量綜 合判別法識別TA二次電路斷線或短路問題；加強(qiáng)保護(hù)的人機(jī)接口功能避免TA的相序、極性和接地問題。
關(guān)鍵詞：電流互感器TA；TA聯(lián)接組；TA飽和

Discussion of several questions of the current transformer (TA) and connection group of its secondary circuit in the transformer differential protection

QUAN Xian-jun

(Yantai Dongfang Electronics Information Industtry Co.,Ltd,Yantai 264000,China)

Abstract: This paper proposes the important of several questions of the current transformer (TA) and connect group of it's secondary circuit in the transformer differential relay.The solution about them is introduced:adopt math method to solve the mismatch of TA connect group;the method of add-on stabilization area distinguish TA saturation; the integration method of current and voltage distinguish the break and short of TA secondary circuit; The question of phase sequence and polarity and earth are avoided by stronger HMI.
Key words: current transformer(TA);TA connect group;TA saturation;break and short

0 引言
電力變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電氣設(shè)備之一，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是大型高壓、超高壓電力變壓器造價(jià)昂貴、運(yùn)行責(zé)任重大。一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時(shí)間長，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失；另外，發(fā)生故障后突然切除變壓器也會(huì)對電力系統(tǒng)造成或大或小的擾動(dòng)。因此，對繼電保護(hù)的要求很高。
作為電力變壓器的主保護(hù)之一的變壓器差動(dòng)保護(hù)歷來得到廣大保護(hù)同行們的重視，對其主要保護(hù)原理的研究已經(jīng)相當(dāng)有成果。但是對于其電流互感器(TA)及其聯(lián)接組的若干問題尚留有進(jìn)一步探討的余地，如：(1) 變壓器各側(cè)TA聯(lián)接組的變比匹配 和相位修正；(2) TA飽和時(shí)的對策；(3) TA二次電路斷線或短路時(shí)的對策；(4) TA的相序、極性和接地問題等。
這些問題處理的不好也會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠工作，降低保護(hù)性能。特別是現(xiàn)在大量采用的微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)，由于具有了更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、邏輯判斷等軟件功能，更應(yīng)該很好處理和解決這些問題。本文針對這些問題并通過長期在變壓器保護(hù)方面的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的體會(huì)，對變壓器差動(dòng)保護(hù)中變壓器各側(cè)電流互感器 TA及其聯(lián)接組的若干問題專門作了探討。

1 電流互感器TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正
一般來說，在電力變壓器中有電流流過時(shí)，通過變壓器各側(cè)電流互感器TA的二次電流不會(huì)正好完全平衡，這是由于變壓器的變比和接線組別以及變壓器各側(cè)的電流互感器TA的變比和接線等情況有關(guān)。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮下列各項(xiàng)因素，使得經(jīng)過合理匹配的各側(cè)電流才能進(jìn)行比較。這些因素主要是：1) 變壓器各側(cè)的電壓等級，包括分接頭情況；2) 變壓器各側(cè)的電流互感器情況及其接線方法；3) 變壓器Y-△接線下造成的電流相位角差；4) 變壓器Y接線繞組側(cè)的中性點(diǎn)接地情況；5) 變壓器△側(cè)有無接地故障零序電流電源。
常規(guī)的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，普遍采用合理的選擇電流互感器TA的應(yīng)用接線方式修正相位差，并通過裝置內(nèi)部的器件進(jìn)行變比匹配或者通過專用的外部輔助電流互感器進(jìn)行變比匹配，從而解決這些問題，這里不再贅述。目前，微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置普遍利用本身方便的計(jì)算條件，通過保護(hù)軟件單純地以數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)匹配各種變壓器和其電流互感器TA的變比，以及被保護(hù)變壓器接線組別形成的相位差。不需要裝置內(nèi)部的器件進(jìn)行變比匹配或?qū)Ｓ玫耐獠枯o助電流互感器進(jìn)行變比匹配。
一般情況下，微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置可以采用如下的數(shù)學(xué)表達(dá)式模擬變壓器各側(cè)電流的匹配情況，不再要求電流互感器TA的接線方式。其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中： [IOUT]為匹配后的該側(cè)電流I_a、I_b、I_c的矩陣；K_n為該側(cè)變比平衡系數(shù)； [A]為該側(cè)相位平衡系數(shù)的矩陣； [I_IN]為該側(cè)輸入裝置的電流I_A、I_B、I_C的矩陣；
如果采用零序電流補(bǔ)償方式，其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：[I₀]為該側(cè)零序電流的矩陣；K₀為該側(cè)零序變比平衡系數(shù)。
例如，對于如圖1所示的變壓器接線情況，如果設(shè)定輸入微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的變壓器主一次和主二次電流的各側(cè)電流互感器 TA均為星形接法，且同名端均在變壓器的外側(cè)，那么保護(hù)裝置電流互感器TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正方式可以采用如下兩種方式：

方式一，變比匹配和相位修正按照無零序補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)方式。按照式(1)確定的各側(cè)編程矩陣方程如下：

方式二，有零序補(bǔ)償?shù)姆绞健Ｋ母鱾?cè)編程矩陣方程按照式(2)和式(1)確定如下：

它們之間的區(qū)別主要是：方式一符合常規(guī)使用方式，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富；方式二對于變壓器一次側(cè)的接地故障靈敏度較方式一好；方式二由于對于變壓器一次側(cè)電流互感器輸入的電流沒有相關(guān)合成，因此對于變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流的原始特征保留情況可能比方式一好些；方式二的缺點(diǎn)是需要輸入保護(hù)裝置接地側(cè)的零序電流，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不夠豐富。
通過以上分析和在實(shí)際應(yīng)用中的體會(huì)，采用純數(shù)學(xué)方法依靠軟件實(shí)現(xiàn)電流互感器TA聯(lián)接組的變比匹配和相位修正方式帶來的好處是：可靠性高、方式靈活、不受環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)性好、修改方便等。但是，在應(yīng)用中一定要注意選擇的變比平衡系數(shù)的限制范圍，避免變比平衡系數(shù)本身放大保護(hù)的采樣值影響保護(hù)工作。