关于变压器两侧差电流平衡的模拟试验方法

孟勇健

摘要：由于要了解变压器保护的工作原理，掌握变压器保护的模拟试验方法，经常要用到变压器一侧发生对称或不对称故障时，另一侧的电流特征，且由于Y0/Δ-11接线的变压器在传变不对称故障电流时情况比较复杂，为此本文介绍一下Y0/Δ-11接线的变压器两侧故障电流传变关系及主变保护差电流平衡检验方法。

关键词：主变保护 电流传变 差动保护 差流平衡试验

Y0/Δ-11接线三相变压器的接线如图1所示，变压器变比用n 表示，即两侧线电压之比为n，绕组的相电压之比为，为了分析方便假设n=1。所谓11点接线，即系统的正序电压或电流经变压器传变后同名相电压或电流逆时针旋转30度，即：假定Y0侧电压相量在时钟的12点位置，Δ侧同名相电压在时钟11点位置。

由于零序电流仅能出现在Y0 侧，在Δ侧只能在绕组中形成环流，不会出现在对外连接线上，因此只须分析正序和负序电流的传变系变。由于变压器传变对称分量相对简单，而传变不对称三相电流情况比较复杂，因此下面先介绍一下Y0/Δ-11接线三相变压器传变电流的关系，分析变压器两侧故障电流传变关系利用对称分量法进行。

1 变压器两侧故障电流传变关系

假定变压器Y0侧单相接地故障，是在变压器Y0侧外部出口处，故障特征就是中性点接地系统单相接地故障，故障点正序、负序、零序电流幅值相等相位相同。Y0侧A相发生单相接地故障期间，Δ侧相电流和电压的相位和幅值比Y0侧都发生了较大的改变，Δ侧故障相电流变为a、c相，它们大小相等相位相反，幅值是高压侧A相电流的倍，b相电流为0。因此，Y0侧发生单相接地故障时，Δ侧在同名相和领前相存在故障电流，即Y0侧A相接地，Δ侧为a、c相存在故障电流；Y0侧B相接地，Δ侧为b、a相存在故障电流；Y0侧C相接地，Δ侧为c、b相存在故障电流。Δ侧两相电流大小相等相位相反，幅值为Y0侧A相电流的倍，具有了两线短路的电流特征。Δ侧a相电压不再为0，b、c相电压也不再为故障前电压。

2 微机变压器电流差动保护检验方法

2.1 电流差动继电器的基本构成原理。变压器电流差动继电器是应用基尔霍夫第一定律构成的，它主要是通过判别流过变压器两侧电流的相位和幅值不同构成。我们规定两侧电流正方向均指向变压器的情况下，变压器流过正常负荷电流或区外故障电流时，两侧电流相位应相反，选择合适电流互感器变比及合适的接线方式后，两侧电流相量和为零；变压器内部故障时，两侧电流相位接近相同，同样的互感器变比及接线方式，两侧电流相量和为两侧电流的代数和，数值很大。因此，只要比较两侧电流的相量和的大小，就可以很容易的判别变压器内部故障。为了满足流过正常负荷和区外故障电流时差流为零这一最基本要求，变压器电流差动保护的电流互感器接线方式非常重要。

2.2 Y/Δ-11接线的变压器电流差动继电器。Y/Δ-11接线的变压器，为了使继电器在传输正常负荷电流时不产生差流，除两侧电流互感器的变比必须选择合适和两侧电流极性相反以外，二次接线还必须与变压器接线方式相对应，需将变压器Y侧的电流互感器接成Δ形，Δ侧的电流互感器接成Y形，即变压器的Δ侧电流逆时针旋转了30°角，Δ侧的电流互感器也逆时针旋转30°角。由于微机保护强大的计算能力，目前所用的微机变压器保护基本上都不采用上述接线了，而是各侧均采用星型接线，转角功能在软件算法中完成，即我们讲的内部转角的方式，由继电器内部实现Y-Δ转换，转换方式与外部转换原理相同。

2.3 Y-Δ电流差动继电器模拟试验方法。电流差动继电器检验的难点不在于检验继电器的动作值，而在于如何检验正常运行时的差流是否为零，即继电器差电流平衡检验。

所谓平衡检查就是通过模拟试验，检验保护的各项整定参数是否合理。因此在检验以前，应该依据变压器容量，两侧电流互感器的变比，计算出在同一变压器容量下各侧的二次额定电流，依据继电器流过正常负荷电流时无差流的原则，用具有6相电流输出的仪器在两侧按正常电流传变关系加入三相对称二次额定电流，检查继电器差流为0即可。

如一台容量为40MVA，变比110/35kV的双卷变压器，高压侧二次额定电流为1.75A，低压侧二次额定电流为2.75A，由于正常时变压器低压侧电流超前高压侧30°角，低压侧电流反向，应滞后高压侧150°角。电流输入如下图所示：

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由于有时现场并不具有6相电流输出的仪器，无法完成试验。另外，检验保护的制动特性时也需要检验三个差动继电器中的一个动作，因此有必要掌握差动继电器检验方法及试验机理。由于变压器外部故障时电流差动保护应该没有差流不应误动，因此我们可以利用变压器两侧故障电流传变关系，分相检验继电器的平衡特性及制动特性。

我们已经知道，当变压器Y侧发生单相接地故障期间，Δ侧故障相电流改变为高压侧的同名相和领前相。即Y侧A相接地时，Δ侧为a、c相有电流，Δ侧两相电流大小相等相位相反，幅值为高压侧A相电流的倍，两侧同名相电流相位相同。按上述关系，可以用三相微机保护校验仪的其中一相（如A相）电流，角度设为0°，幅值设为Y侧1倍的二次额定电流，加于Y侧的电流输入（如A相）端子。用校验仪的另两相电流输出，幅值设为Δ侧倍二次额定电流，一相加于Δ侧与Y侧的同名相（A相）电流输入端子，角度设为180°，另一相加于Δ侧的领前相（C相）电流输入端子，角度设为0°。

此时，A相继电器差流应为0。不同相别电流差动继电器的各侧电流输入幅值和相位见表1。

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按上述电流幅值与相位接入继电器后，对应相的差流应为0，若不为0，应检验继电器的内部设置和额定二次电流计算是否正确。

加试验电流时要注意：Δ侧与Y侧是对变压器而言的；表中的额定电流是对应侧的二次额定电流，各侧二次额定电流不一定相等。

这一试验方法还可以从微机电流差动继电器基本构成原理方面去理解，以A相继电器为例，由于在Δ侧电流互感器是Y接线，加入A相试验电流后，继电器中只有A相有电流。而Y侧电流互感器是Δ接线（内部转角），加入A相试验电流后，继电器不仅A相有电流，而且C相也有电流。所以试验时，必须在继电器C相加一个与A相反向的电流。又由于Y侧电流互感器是Δ接线，计算差流时需将外加电流除以，所以Δ侧外加电流也除以，差流应平衡。

上述试验方法是通过变压器对单相故障的传变关系推导得到的，区外单相故障电流差动保护一定无差流。检验方法中并没有考虑各侧的平衡系数，其实平衡系数并不影响差流平衡，平衡系数只影响各侧的电流动作值，且检验时各侧的电流平衡系数及相关定值已按要求正确输入。

3 结束语

面对电网规模日益发展，对保护人员的技术要求提出了更高层次的要求，应在熟练掌握二次回路的基础上更加深入地理解保护装置的原理，这样，当面对紧急情况时才能快速地采取有效措施，将电网风险降到最低。

参考文献：

[1]李丽娇.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2012.

[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].中国电力出版社，2007.

[3]李颖.对波形对称变压器差动保护的一种现场试验方法[J].云南电力技术论坛，2009.