斯科特干式變壓器差動保護的研究
0簡介
斯科特接線平衡干式變壓器(又稱T型接線干式變壓器)是較早的三相兩相平衡干式變壓器，其內部由兩個單相干式變壓器組成。在工業電力發展的早期，當三相輸電模式剛剛建立時，人們使用斯科特接線干式變壓器來實現三相系統和兩相系統(或兩個單相系統)的互聯。目前，平衡干式變壓器主要用于電氣化鐵路、工頻感應爐等大容量單相負荷接入三相電力系統時，以減少單相負荷對三相電網的負序影響。與其他平衡干式變壓器相比，斯科特干式變壓器具有接線簡單、易于分接和調壓、二次側兩相電氣先立等優點，目前應用廣泛。
但由于干式變壓器的特殊性，差動保護的電流互感器接線平衡公式不同于傳統的Y/d-11接線電力干式變壓器。早期的晶體管繼電保護，差動保護采用兩個繼電器。在微機保護閾值下，根據斯科特牽引干式變壓器的電流變換關系，推導出多種差動平衡公式。針對目前主流差動保護方案的不足，提出了一種完整的差動保護方案。
1干式變壓器差動保護
斯科特干式變壓器差動保護的接線方式如圖1所示。
1.1差分方案
該方案是斯科特干式變壓器微機差動保護實際應用中較常見的方案。
1.1.1差動電流平衡公式
1.1.2差動流量計算公式
相位差動態電流：
a相制動電流：
圖1斯科特干式變壓器差動保護的接線方式
B相和C相動態電流和制動電流的計算方法相似。其中Kph=1/KXn2/n1為平衡系數；N 1為干式變壓器高壓側CT變比；N 2為干式變壓器低壓側CT變比；K=W1/W2為干式變壓器高低端繞組匝數比。
1.1.3浪涌制動邏輯
涌流制動采用二次諧波或邏輯制動。
1.2差分方案2
1.2.1差動電流平衡公式
1.2.2差動流量計算公式
相位差動態電流：
a相制動電流：
b相位差動態電流和制動電流的計算方法類似。
1.3浪涌制動邏輯
勵磁涌流制動邏輯采用改進的二次諧波制動方案，結合DC升壓原理，根據干式變壓器空載時差動電流中的DC含量自適應調整二次諧波制動系數。并在文獻的基礎上進行了簡化：
K0=Ido/Idi (7)
k0為10%時，kxb 2=Kset 2-0.02；
當K0為20%時，kxb 2=kset 2-0.04；
當K0為30%時，kxb 2=kset 2-0.06；
當Kxb2=Kset2/2.0時，kxb 2=Kset 2/2.0。
其中K0是DC分量與基波分量的比值；Kset2為二次諧波制動系數的設定值；
Kxb2為二次諧波實時制動系數。
分段法主要是從實際應用的角度出發，減少計算過程中由于波形不規則導致的二次諧波制動系數的頻繁變化。
#p#分頁標題#e#1.4比率差動保護的動作特性
比率差動保護的運行特性如圖2所示。
圖2比率差動保護的運行特性
兩種方案的分析與仿真
2.1理論分析
1)方案1是三相差動繼電器，方案2是將差動繼電器減為兩相，所以實現方法要簡單；并且方案1中C的相位差與方案2中A的相位差相同。
2)方案二物理意義明顯，實際上可以理解為兩臺單相干式變壓器的特殊差動保護，保護整定值可以單先設定，增加了保護的靈活性。
3)方案2中，勵磁涌流制動原理采用二次諧波分相制動方式，二次諧波系數采用DC分量輔助的分段取值法，使得差動保護更加可靠
5)電力機車在分區空載啟動投入運行時，可能會產生較大的和應涌流，其中含有較大的二次諧波分量。如果此時牽引干式變壓器出現輕微內部故障，會造成差動保護延時動作。此時有兩種情況：如果機車運行階段與故障階段相同，則方案；1.移動速度與方案二相同；如果機車運行階段與故障階段不同，方案2的動作速度比方案1快。
6)當M座線圈發生匝間短路或高壓側A、C相區發生接地時，方案1的C相位差和方案2的A相位差都能反映出這種故障，兩種方案的靈敏度相同。
7)當T型座線圈發生匝間短路或高壓側B相區域發生接地時，方案1中的A相和B相以及方案2中的B相可以反映此故障。但由于方案二采用線路電流模式，其整定值一般比方案一的相電流模式根數低3倍。但對于同樣的故障電流，定值低時靈敏度更高。
根據以上分析，方案2的靈敏度總體上優于方案1
2.2REDS仿真模型
斯科特干式變壓器實際上可以理解為兩個特殊的單相干式變壓器，所以這個模型是通過結合兩個自耦干式變壓器模型直接實現的，如圖3所示。
圖3斯科特干
式變壓器模型干式變壓器高壓側額定容量75MVA，電壓等級11-KV/27.5KV;短路阻抗：Xac=1.452 ，Xb=26.136 繞組電阻RA=1.452 ，RB=RC=0.968歐姆，Ra=Rb=0.242 牽引網為直供模式。
2.3 REDS仿真
模擬在調整干式變壓器分接頭時，帶負荷情況下發
生低壓側區外AB相經過渡電阻短路，故障波形如圖4。
表1根據該波形，列出了故障前后兩個方案差動電流與制動電流的比較數據。
正常情況下，如果發生區外故障，制動電流會變大，但是從波形數據分析可得：
注：電流10A/div;時間38ms/div
圖4 區外故障波形圖
表1差動電流與制動電流比較數據
方案1，在發生區外故障時，B相差動電流變大為0.47，但是制動電流反而由1.06A變小為0.72A。此時保護的動作情況，取決于差動保護的門檻定值和較好個拐點電流定值，如果差動門檻較高，拐點電流較小，則保護不容易誤動。但是當差動門檻定值整定較低(0.40A)、較好個拐點電流較大(0.70A)的時候，差動保護僅靠差動門檻來進行制動，差動保護會誤動。如果要躲避該故障時誤動的可能性，需提高差動保護的動作門檻，此方法將影響差動保護的靈敏度。#p#分頁標題#e#
而方案2，在發生該故障時，B相差動電流變化不大，都很小，而制動電流明顯增大，與正常預期相符，肯定不會出現誤動。
此外還對變壓區內、外故障，空充干式變壓器、及空充于故障等各種情況進行了模擬試驗，差動方案2的整體表現良好，且優于方案1。典型的仿真結果見表2
2.4適用范圍
牽引網無論是直接供電(DF)方式、帶回流線的直接供電(DN)方式、自耦干式變壓器供電(AT)方式，對于牽引干式變壓器而言都可以理解為負載，不會影響干式變壓器差流平衡公式，故此差動保護方案2對于負載為AT方式的牽引網也同樣適用。
表2典型的仿真結果
3結論
1)方案2采用兩相差動方式，結合自適應調整二次諧波制動系數的分相制動原理，大大提高了差動保護的整體性能。
2)從理論分析和RTDS數字仿真的結果看，方案2完全滿足Scott干式變壓器差動保護的要求，且
在靈敏度和可靠性方面都要優于方案1。
來源：現代電力 2011第5期
