CN101788634B - 电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统中自耦变压器继电保护线路的接线分析方法，该方法包括以下步骤：1)获取自耦变压器差动保护线路测量值及参数；2)根据自耦变压器参数对自耦变压器差动保护线路测量值进行换算；3)纵差第一次正确性修正以及修正后的判断；4)进行纵差第二次修正并进行判断；5)计算零差各绕组电流；6)零差第一次正确性修正以及修正后的判断；7)零差第二次正确性修正以及修正后的判断；8)输出分析结果。解决目前人工情况下对接线错误情况判断时费时费力、对工作人员要求高的技术问题。具有分析结果可靠，准确性大幅提高的优点。

Description

电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统中继电保护线路的接线分析方法，尤其涉及一种对电力系统中自耦变压器差动保护线路的电流互感器CT的接线是否正确进行分析判断并给出错误位置和错误类型的接线分析方法。

背景技术

自耦变压器有纵差保护和零差保护，以三圈变自耦变压器为例，在分析时需要先进行纵差保护分析来判断高、中、低压侧接线正确性，再进行零差保护分析来判断公共绕组的接线正确性。

1.获取数据。

获取保护线路各相的电流幅值、相位数据。一般通过电力测量设备获得。对于三圈变自耦变压器，分别测量高、中、低压侧及公共绕组CT各相电流幅值及相位。

2.纵差分析计算电流。

先根据额定电压及CT变比计算各侧的平衡系数，然后再根据平衡系数对电流幅值进行换算。

3.纵差分析调整相位。根据接线方式对电流相位进行调整。

4.纵差分析绘制向量图。根据电流幅值、相位绘制向量图。

5.纵差保护分析判断。

根据转换后的电流值以及向量图判断接线正确性。如果接线错误需给出纠正方法。得出高、中、低压侧接线分析结果。

根据电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量应该大小相等方向相反的基本条件判断接线是否正确。如果不正确，则由工作人员根据经验进行判断，给出纠正方案。

6.零差分析计算电流。

根据CT变比计算高、中压侧及公共绕组的平衡系数，然后再根据平衡系数对电流幅值进行换算。

7.零差分析绘制向量图。

根据电流幅值、相位绘制向量图。

8.零差保护分析判断。

根据转换后的电流值以及向量图判断接线正确性。如果接线错误需给出纠正方法。得出公共绕组的接线分析结果。

根据电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量应该大小相等方向相反的基本条件判断接线是否正确。如果不正确，则由工作人员根据经验进行判断，给出纠正方案。

上述传统的保护线路接线分析的人工方法，存在下述缺点或不足：

1)由于没有科学统一的操作规程，所以存在一定程度的操作随意性，影响分析结果的可靠性。

2)对操作人员的专业技术水平及业务能力要求高。操作人员既要能判断出接线的正确性，还要给出错误位置、修正方案，故要求操作人员熟悉电力系统理论知识并具有丰富的保护线路接线分析经验。

3)分析判断过程中数据计算量大。人工操作工作效率低，费时费力，且在复杂的操作流程和大量的数据计算过程中，难免发生错误。

4)另外，工作人员主观素质的高低、客观环境因素等，都会一定程度的影响分析的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种判断分析可靠性高、使用安全简单、操作方便的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，解决目前人工情况下对电力系统自耦变压器继电保护线路的接线错误情况判断时费时费力、对工作人员要求高的技术问题。

本发明针对上述技术问题的技术解决方案如下：

一种电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)获取自耦变压器差动保护线路测量值及参数：

自耦变压器差动保护线路测量值包括：各绕组电流的有效值及相位；所述绕组包括纵差各绕组和公共绕组；

所述任一绕组的电流有效值是该绕组A、B、C、N相的电流有效值；

所述各绕组的电流相位是相对于参考电压的相位；所述参考电压是任一绕组的线电压或相电压；

自耦变压器差动保护线路的参数包括：自耦变压器接线方式、各绕组CT变比、各绕组额定电压、各绕组供电方式，开关数量及各绕组编号、变压器是否经过CT二次接线调整、输入所选的参考电压、参考相功率角；

2)根据自耦变压器参数对自耦变压器差动保护线路测量值进行换算，其具体实现方式是：

2.1)用绕组的N相电流修正该绕组的A、B、C相电流；

2.2)计算纵差各绕组平衡系数；

2.3)计算零差各绕组平衡系数；

对于零差，由于各绕组间是直接电气连接，所以电压等级相同，所以可将各绕组的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有绕组的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的绕组，将其平衡系数设为4，再将其他绕组的平衡系数转换；

2.4)根据平衡系数换算纵差各绕组电流有效值；

2.5)根据步骤1中获取的自耦变压器差动保护线路参数进行电流幅值调整；

2.5.1)给所有电流相位减去参考相功率角；

2.5.2)将参考电压转换为Ua；

2.5.3)统一变压器的接线方式，然后保存换算后的参数并执行步骤3)；

3)纵差第一次正确性修正以及修正后的判断：

3.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

如果满足判断条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到第5步进行零差分析；如果不满足即证明接线错误，则将转换过的电流值保存一个副本作为原始值后进入第3.2步；

判断条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180°即矢量和为零；

3.2)进行纵差第一次修正，然后判断其接线是否正确；

纵差第一次修正包括参考绕组修正、各绕组相角平衡修正以及相角正序修正；第一次修正进行完毕之后，判断接线方式是否正确？若是，则进行步骤5)； 若否，则进行步骤4)；

4)进行纵差第二次修正并进行判断：

4.1)修正：通过对绕组进行旋转角度修正，修正后进行步骤4.2)；

4.2)判断：若接线正确则进行步骤6)；若接线不正确，则返回步骤4.1)继续进行修正；

判断条件为：所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°；

4.3)整个修正判断过程采用递归方法实现，也可使用循环或计算机专业公知的可替代方法实现；

4.4)如果在步骤4.1)和步骤4.2)的循环过程中对所有绕组都依次进行旋转修正判断后依然不能满足正确性条件，则无法对其进行分析直接跳至步骤8)；

5)计算零差各绕组电流；

6)零差第一次正确性修正以及修正后的判断

6.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确：

如果接线正确，直接跳转到步骤7)；如果不满足，则证明接线错误，那么需要将当前已换算的公共绕组各相电流值添加到步骤3.1)中保存的各绕组测量值副本中以便于输出结果，然后进入步骤6.2)；在此步对零差依下述条件进行判断：

零差所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；零差所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；零差电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°即矢量和为零；此处指纵差；

6.2)公共绕组相角平衡修正

6.3)公共绕组相角正序修正

6.4)零差正确性判断

判断零差各绕组接线是否正确；在此步如果满足下面条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤8)输出结论；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行步骤7)；

正确条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180° 即矢量和为零；

7)零差第二次正确性修正以及修正后的判断

第二次修正的主要方式是对公共绕组旋转角度，对公共绕组的三相相角分别进行加+60，+120，+180，+240，+300°，+360进行正确性判断，即以60°为间隔在一个周期内循环旋转；每次旋转后依据步骤6.4)中描述的判断方法进行一次正确性判断，如果满足正确条件，则退出旋转，直接输出分析结果；如果不满足则继续旋转，直至满足正确性条件为止；如果公共绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，则无法判断出错误情况，此时直接跳转到步骤8)输出结论；

8)输出分析结果。

以上所述步骤2.2)中对于自耦变压器纵差差动保护的平衡系数的计算方法是：

2.2.1)根据公式 $\mathrm{Ie}=S/(\sqrt{3}\×U\×\mathrm{Nct})$ 计算各绕组的二次额定电流；

2.2.2)设各绕组二次额定电流最大的一项的平衡系数为1，计算其他绕组的平衡系数；

2.2.3)平衡系数应该小于等于4，如果各侧平衡系数中有大于4的，那么将其设为4，再将其他绕组的平衡系数进行转换。

以上所述步骤2.2)中自耦变压器纵差差动保护平衡系数的计算方法还可以是：

$\mathrm{Ihe}=S/(\sqrt{3}\×\mathrm{Uh}\×\mathrm{Nhct})$

$\mathrm{Ile}=S/(\sqrt{3}\×\mathrm{Ul}\×\mathrm{Nlct})$

其中，Ihe：高压侧二次额定电流；Uh：高压侧额定电压；Nhct：高压侧CT变比；

Ile：低压侧二次额定电流；Ul：低压侧额定电压；Nlct：低压侧CT变比；

以高压侧为基准，计算其他绕组的平衡系数，即设高压侧平衡系数Kh为1，则低压侧平衡系数Kl＝(Uh×Nhct)/(Ul×Nlct)。

以上所述步骤4)中参考绕组修正的具体实现方式是：直接将A相相位设为0°、B相设为120°、C相设为240°，或根据其三相电流相位判断错误使用对应的方法进行修正。

以上所述步骤4)中对于某一绕组或线路进行相角平衡修正时，首先判断是否有某一相与其他两相间的相位都是60°？如果是，则进行修正，如果不是，则不进行修正；其修正的具体实现方式是：找出三相电流中的中间相，即与其他2个夹角为60°的相，然后给中间相相角加180°。

以上所述步骤4)中对于某一绕组或线路进行相角正序修正时，首先判断三相相位中B相相位是否等于A相相位加120°？如果是，则不需要修正；如果不是，则要进行修正，其修正的具体实现方式是：交换A、B两相的相位即可完成修正。

以上所述步骤5)中，以旋转角度方式进行修正时，其具体实现修正及判断过程是：以60°为间隔在一个周期内循环旋转，每次旋转一个绕组，一次旋转60°，每次旋转后进行一次正确性判断，如果满足正确条件，则执行步骤6)；如果不满足则进行步骤5)继续旋转，直至满足正确性条件为止；若所有绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，即无法判断接线是否正确则进行步骤7)。

以上所述步骤8)中生成的分析结果是下列情况之一：接线正确，接线错误或无法判断。

以上所述步骤8)是输出分析结果，如果结果为接线错误则进一步输出错误情况，即将步骤6)修正后的电流有效值与步骤2.5.3)保存的参数进行比较，然后生成分析结果。

以上所述步骤8)中生成的分析结果是接线错误时，进一步输出各绕组各相的接线状态，对于某绕组而言其各相的接线状态分别有：

A相有：A相接线正确、A相与B相接反、A相与C相接反、A相极性接反、A相与B相接反且当前B相极性接反、A相与C相接反且当前C相极性接反；

B相有：B相接线正确、B相与A相接反、B相与C相接反、B相与A相接反且当前A相极性接反、B相极性接反、B相与C相接反且当前C相极性接反；C相有：C相接线正确、C相与A相接反、C相与B相接反、C相与A相接反且当前A相极性接反、C相与B相接反且当前B相极性接反、C相极性接反。

本发明的优点在于：

1、分析结果可靠，准确性大幅提高。本发明所提供的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法进行两次修正并进行判断，最终形成的分析结果中会给出完善的错误情况及纠正方案，无需再人为进行判断，其分析结果可靠性明显比传统的分析方法强，并且不受工作人员主观素质以及客观环境因素等方面影响，使得分析结果的准确性大幅提高。

2、操作简单，安全可靠。本发明使电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法工作简单化，只需要进行简单测量即可自动分析并给出结果，对工作人员技术水平要求大幅降低。

附图说明

图1为本发明所提供的接线分析方法的流程示意图；

图2为本发明在分析过程中当相位接反时三相电流的向量示意图；

图3为各绕组正确时三相电流的向量示意图；

图4为本发明相量修正前三相电流的向量示意图。

具体实施方式

电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法的具体流程如下：

1)获取自耦变压器差动保护线路测量值及参数

通过仪表测量获得自耦变压器差动保护线路各绕组(包含高、中、低压侧及公共绕组)的电流(A、B、C、N)有效值及相位。在测量时需选定一个参考电压，所测的电流相位是指被测电流相对于此参考电压的相位。参考电压可在测量时由操作者自行选择，但仅可选择高压侧/中压侧。

对于自耦变压器差动保护线路在进行分析前需输入自耦变压器参数：包含变压器接线方式、各绕组CT变比、各绕组额定电压(公共绕组不需要额定电压参数)、各绕组供电方式，开关数量及各绕组编号(用于绘制向量图)；变压器是否经过CT二次接线调整；输入所选的参考电压，参考相功率角(即参考电压所在相的功率角，来自测量回路)。

2)根据自耦变压器参数对自耦变压器差动保护线路测量值进行换算，其具体实现方式是：

2.1)用绕组的N相电流修正该绕组的A、B、C相电流。

在三相不平衡时N相会产生电流，理想情况下，使用N相修正A、B、C三相，可使三相平衡。修正过程即给A、B、C三相的电流矢量分别加上N相电流矢量即可。

2.2)计算纵差各绕组平衡系数。

纵差各绕组表示除公共绕组外的其他自耦变压器的绕组。

公式一： $S=\sqrt{3}\×U\×I$

根据公式一有： $S=\sqrt{3}\×U\×\mathrm{Ie}\×\mathrm{Nct}$

则有公式二： $\mathrm{Ie}=S/(\sqrt{3}\×U\×\mathrm{Nct})$

其中，S是是变压器的容量；

U是是绕组一次侧额定电压；

I是绕组一次侧额定电流；

Ie是绕组二次额定电流；

Nct是绕组CT变比。

首先，根据上述公式二计算各绕组的二次额定电流。例如在自耦变压器差动保护两圈变中分别根据公式二计算出高压侧二次额定电流Ihe、低压侧二次额定电流Ile；

然后，设各侧额定电流最大的一项的平衡系数为1，计算其他侧的平衡系数。如Ihe、Ile分别为1A、5A，则设Ile的平衡系数K1为1，则Kh＝Ile/Ihe；

最后，平衡系数应该小于等于4(如果过大会将电流误差放大)。如果各侧平衡系数中有大于4的，那么将其设为4，再将其他绕组的平衡系数转换。如上Kh、Kl分别为5、1，则设Kh为4，那么，Kl＝1×4/5。

自耦变压器差动保护平衡系数的其他计算方法：

根据公式二可推导其他计算方法。如：对于双圈变，可得到

$\mathrm{Ihe}=S/(\sqrt{3}\×\mathrm{Uh}\×\mathrm{Nhct})$

$\mathrm{Ile}=S/(\sqrt{3}\×\mathrm{Ul}\×\mathrm{Nlct})$

其中，Ihe是高压侧二次额定电流；Uh是高压侧额定电压；Nhct是高压侧CT变比；Ile是低压侧二次额定电流；Ul是低压侧额定电压；Nlct是低压侧CT变比。

以高压侧为基准，计算平衡系数，即设高压侧平衡系数Kh为1，则低压侧平 衡系数Kl＝(Uh×Nhct)/(Ul×Nlct)。

同理可计算三圈变或其它情况时各绕组的平衡系数。

2.3)计算零差各绕组平衡系数。

零差各绕组表示与高压侧和公共绕组有直接电气连接的所有自耦变绕组。

对于零差保护，由于各绕组之间是直接电气连接，故电压等级相同，所以可将各绕组的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有绕组的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的绕组，将其平衡系数设为4，再将其他绕组的平衡系数转换。

2.4)根据平衡系数换算纵差各绕组电流有效值。

将纵差各绕组电流乘以其对应的平衡系数，得到纵差各绕组换算后的电流，后续关于纵差的各种操作及判断都是针对纵差各绕组换算后的电流。如上例中，则将各绕组(A、B、C三相，下同)所测电流幅值乘以其平衡系数，即在自耦变差动保护双圈变中高压侧三相电流幅值乘以Kh、低压侧乘以Kl。

另外，如果纵差各绕组经过了二次接线调整，那么需要对三角形接线(即Δ-1、Δ-3...Δ-11)的绕组三相电流都乘以1.732(即3的二次方根)。

2.5)根据步骤1中获取的自耦变压器差动保护线路参数进行电流幅值调整；

2.5.1)给所有电流相位减去参考相功率角。

首先对纵差各绕组电流各相(A、B、C三相)相位值都减去参考相功率角；再对公共绕组电流各相(A、B、C三相)相位值都减去参考相功率角。

2.5.2)将参考电压转换为Ua。

在测量时可以根据现场情况选择任一电压作为参考，那么参考电压有可能是Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca之一，需将参考相转换为Ua，以方便后续分析。

根据电力系统原理有5种情况：Ub滞后Ua120°，Uc滞后Ua240°，Uab滞后Ua330°，Ubc滞后Ua90°，Uca滞后Ua210°。

转换方式为：根据选择的参考电压，分别将纵差所有绕组及公共绕组的电流各相相位都加上对应的角度即可。具体如下：

当参考电压为Ub时，参考绕组A相电流相角为-120°，那么只要对所有绕组各相都加上120°，即可将参考电压转换为Ua；

当参考电压为Uc时，A相相角为-240°，给各绕组各相加240°。

当参考电压为Uab时，A相相角为30°，给各绕组各相加330°。

当参考电压为Ubc时，A相相角为-90°，给各绕组各相加90°。

当参考电压为Uac时，A相相角为-210°，给各绕组各相加210°。

如果参考绕组接线正确，那么给所有电流相位减去参考相功率角后，其参考相电流相位应为0°。

2.5.3)统一自耦变压器的接线方式，然后保存换算后的参数并执行步骤3)。

在这一步需要将纵差所有绕组及公共绕组的接线方式调整为与参考绕组相同。公共绕组的接线方式始终认为是Y型接线。对于变压器某一绕组而言，其接线方式有12种(Y、Δ-1、Y-2、Δ-3、Y-2、Δ-3、Y-4、Δ-5、Y-6、Δ-7、Y-8、Δ-9、Y-10、Δ-11)。假设某变压器是三圈变，接线方式为Y/Y/Δ-11，如果测量时选择高压侧Ua为参考电压，则在这一步要将中压侧及低压侧调整为Y接线。

调整方式为：将绕组各相相位同时减去一个角度

其中，B0为参考绕组的接线方式下标，B1为所要调整的绕组的接线下标。

如上述变压器中高压侧接线方式为Y，则其接线方式下标为0。中压侧接线方式为Y，则将中压侧各相电流相位都减去0°(即30×(0-0))，低压侧接线方式为Δ-11，那么，给低压侧A、B、C三相同时减去330°即30×(11-0))即可将其调整为Y接线。

3)纵差第一次正确性修正以及修正后的判断。

3.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确。

在此步如果满足下面三个条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤5)进行零差分析；如果不满足，则证明接线错误，那么需要先将转换过的电流值保存一个副本作为原始值(用于输出结果)，然后进入步骤3.2)；在此步对纵差依下述条件进行判断。

条件1，纵差所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；

条件2，纵差所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；

条件3，电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°(即矢量和为零)。此处指纵差。

3.2)进行纵差第一次修正，然后判断其接线是否正确；

纵差第一次修正包括参考绕组修正、各绕组相角平衡修正以及相角正序修正；第一次修正进行完毕之后，判断接线方式是否正确？若是，则进行步骤5)；若否，则进行步骤4)；

3.2.1)参考绕组修正。由于参考绕组是参考电压所在的绕组，并且已经将参考电压转换为Ua，且对所有电流参数都已减去了其功率角。所以，理想状态下参考绕组A相应该为0°，B相为120°，C相为240°。根据这些条件可以将接线错误的参考绕组直接修正正确，修正方法有两种：

A)直接将A相相位设为0°，B相设为120°，C相设为240°。

B)针对每一错误情况分别进行不同的修正，对于单一绕组的错误情况有47种，每种错误情况下的相位都与其它错误情况不同，所以根据其三相电流相位可以判断其错误情况，并使用对应的方法进行修正。

实现方式：采用状态码的方式。先假设6个角度状态，并用整数表示：0°时，状态码为0；60°为1；120°为2；180°为3；240°为4；300°为5。然后对各相进行对比，得到其角度的状态码，再根据状态码做对应的修正。如：接线正确的情况下，A相为0°，状态码为0，B相120，状态码为2，C相240°，状态码为4；那么得到此绕组的状态码为024，再做对应的处理即可对参考绕组进行正确的修正。错误情况及对应的修正方法如表1所示：

表1错误情况与修正方法对应关系表

3.2.2)相角平衡修正。是指依次分别对纵差各绕组除参考绕组外的其他所有绕组进行修正。相位平衡是指某绕组的三相幅值相等，相位互成120°，或者说，在三相电流幅值相等时三相的矢量和为零。在此处判断时不考虑幅值相等，只判断相位是否互成120°，如果互成120°则认为平衡。

参见图2a、图2b、图2c，当相位接反时，三相电流的向量示意图会出现如下几种情况：

当任意一相的相位反时出现如图2a形状的向量图；当接线正确或者全部接反时会出现图2b形状的向量图；当任意两相的相位同时接反时出现图2c形状的向量图。

判断方法：

在此步只判断图2a及图2c两种情况，因为图2b中三相是平衡的。

判断是否有某一相与其他两相间的相位都是60°，如果是则进行修正，如果不是则不修正。

修正方法：

导致三相相角不平衡的原因有两种：1、三相中任意一相极性接反(如图2a，A相接反)；2、三相中任意两相极性接反(如图2c)。

针对这两种情况，找出其中的中间相，即与其他2个夹角为60°的相，然后给其相角加180°，即反了一下相，向量图变成图2b形状。

3.2.3)相角正序修正。是指依次对分别对纵差各绕组除参考绕组外的其他 所有绕组进行修正。正序是指A相超前B相120°，B相超前C相120°，C相超前A相120°。其判断方法是：

判断B相相位是否等于A相相位加120°，如果是则证明是正序，不用修正；如果不是则证明不是正序，要进行修正。

修正方法：

交换A、B两相的相位即可完成修正。如果A相相位为X、B相相位为Y，将A相相位置为Y，将B相相位置为X即可。

参见图4，例如A超前C120°，C超前B120°，负序。交换A、B相。就完成了修正。

3.2.4)第一次修正正确性判断：

判断纵差各绕组接线是否正确。在此步如果满足下面条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤5)进行零差分析；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行步骤4)。

正确条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180°即矢量和为零。

4)进行纵差第二次正确性修正并进行判断：

4.1)修正：通过对绕组进行旋转角度修正，修正后进行步骤4.2)；

第二次修正的主要方式是旋转角度，在此步对除参考绕组外的其它所有绕组依次旋转角度，每次旋转一个绕组。

对在第4步中未进行正序修正和不平衡修正的绕组，即向量图为图2b所示的绕组，分别对其三相电流相位进行加+120°、+180°、+240°、+360°；

如果某绕组进行过相角或者正序修正，那么应该对该绕组的三相相角分别进行加+60°，+120°，+180°，+240°，+300°，+360°进行正确性判断，即以60°为间隔在一个周期内循环旋转。

4.2)判断：若接线正确则进行步骤6)；若接线不正确，则返回步骤4.1)继续进行修正

判断是否满足正确性条件，即3.2.4)中的正确条件。如果满足正确条件则转到步骤5)，如果不满足则执行步骤4.1)。

每次旋转一个绕组，每次旋转后进行一次正确性判断，如果满足正确条件，则退出旋转；如果不满足则继续旋转，直至满足正确性条件为止。如果所有绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，则无法判断出错误情况。

4.3)整个修正判断过程采用递归方法实现，也可使用循环或计算机专业公知的可替代方法实现；

上述4.1)及4.2)描述了对某一绕组的修正判断过程必须的要素，而整个修正过程是一个递归；采用递归的流程是：对当前绕组执行4.1)步，即增加当前绕组相位一次(如加60°)，进行4.2)步判断；如果不满足则对下一绕组调用此流程，如果没有下一绕组，则对此绕组继续增加角度。此递归方式可以用计算机行业的循环或其他公知的方法替代。

4.4)如果在步骤4.1)和步骤4.2)的循环过程中对所有绕组都依次进行旋转修正判断后依然不能满足正确性条件，则无法对其进行分析，直接跳转到步骤8)输出结论。

举例说明：

一个三圈变常规变压器，高压侧B相极性接反，中压侧三相极性都接反，低压侧A相与B相接错。参考绕组(即测量时参考电压所在的绕组)为高压侧。

那么，在第3步中会对高压侧进行修正(即3.2.1步)，对低压侧进行正序修正(即3.2.3步)，而对中压侧不会进行任何修正。

在第3步修正后电流相位如下：

高压侧：A相：0°，B相：120°，C相：240°；

中压侧：A相：0°，B相：120°，C相：240°；

低压侧：A相：180°，B相：300°，C相：60°；

对这种情况在修正时，对中压侧会分别进行加+120、+180、+240、+360；对低压侧会分别进行加+60，+120，+180，+240，+300，+360°；

那么，其第二次正确性修正判断时流程如下：

4.1)修正：先给低压侧旋转60°，即三相各加60°；

旋转后低压侧三相相位为；A相：240°，B相：0°，C相：120°；

4.2)判断：不满足正确性判断条件；

4.1)修正：给低压侧旋转120°，即三相各加120°；

旋转后低压侧三相相位为：A相：300°，B相：60°，C相：180°；

4.2)判断：不满足正确性判断条件；

依次给低压侧旋转直至旋转到+360°；此时对低压侧旋转了6次；

4.1)修正：将中压侧旋转120°；

旋转后中压侧三相相位为：A相：120°，B相：240°，C相：0°；

4.2)判断：不满足正确性判断条件；

4.1)修正：给低压侧旋转60°，即三相各加60°；

旋转后低压侧三相相位为：A相：240°，B相：0°，C相：120°；

4.2)判断：不满足正确性判断条件；

依次给低压侧旋转直至旋转到+360°；此时对低压侧旋转了6次；

4.1)修正：将中压侧旋转180°；

旋转后中压侧三相相位为：A相：180°，B相：300°，C相：60°；

4.2)判断：满足正确性判断条件；转到第6步。

由上述示例可以看出，中压侧旋转1次，就要将最后一个绕组旋转6次。直至满足正确条件，或将所有绕组都进行了旋转仍无法满足正确条件。上述示例中旋转时不对参考绕组(即高压侧)进行操作；即，如果一直无法满足正确条件，则在进入下一步前，会对中压侧旋转4次，低压侧旋转24次，高压侧不进行任何旋转修正。

5)计算零差各绕组电流

经过步骤3)、步骤4)的判断，零差中除公共绕组外的其它绕组(高压侧、中压侧)都已经修正正确。可由纵差中修正后的高、中压侧，以及公共绕组来电流值生成零差各绕组电流值，方法如下：

将纵差高、中压侧修正后的电流值除以纵差中对应的平衡系数，再乘以零差对应的平衡系数即可得到零差中高、中压侧电流值；零差中高、中压侧各相相位为纵差中修正后的各相电流相位。

以高压侧为例，如纵差中高压侧A相修正后的电流值为zHa、电流相位为zHaA，纵差中高压侧平衡系数为zPH，零差中高压侧平衡系数为1PH，则零差中 高压侧A相电流值1Ha、电流相位1HaA分别如下：

$\mathrm{lHa}=\frac{\mathrm{zHa}}{\mathrm{zPH}}\×\mathrm{lPH}$

lHaA＝zHaA

B、C相计算方法相同。

公共绕组各相电流值为经第2步计算后的公共绕组各相电流值乘以零差中公共绕组的平衡系数。

6)零差第一次正确性修正以及修正后的判断

6.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确。

在此步如果满足下面三个条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤7)输出结果；如果不满足，则证明接线错误，那么需要将当前已换算的公共绕组各相电流值添加到步骤3.1)中保存的各绕组测量值副本中以便于输出结果，然后进入步6.2)；在此步对零差依下述条件进行判断。

条件1，零差所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；

条件2，零差所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；

条件3，零差电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°(即矢量和为零)。此处指纵差。

6.2)公共绕组相角平衡修正

修正方法同3.2.2)

6.3)公共绕组相角正序修正

修正方法同3.2.3)

6.4)零差正确性判断

判断零差各绕组接线是否正确。在此步如果满足下面条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤8)输出结论；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行步骤7)。

正确条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180°即矢量和为零。

7)零差第二次正确性修正以及修正后的判断。

第二次修正的主要方式是对公共绕组旋转角度(旋转方法同)，对公共绕组的三相相角分别进行加+60，+120，+180，+240，+300°，+360进行正确性判断，即以60°为间隔在一个周期内循环旋转。每次旋转后进行一次正确性判断，使用第6.1)步所描述的判断方法，如果满足正确条件，则退出旋转，直接输出分析结果；如果不满足则继续旋转，直至满足正确性条件为止。如果公共绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，则无法判断出错误情况，此时直接跳转到步骤8)输出分析结果。

8)输出分析结果。

最后的分析结果有三种情况：一是接线正确，二是接线错误，三是无法判断。

如果从3.1)步直接跳转至步骤5)并由步骤6.1)直接跳转至本步骤，则输出接线正确；

如果在步骤4)或步骤7)分析中所有绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，则输出无法判断；无法判断的原因是输入参数有误或系统误差过大。

如果在在步骤4)或步骤7)正确性判断时都满足正确性条件，则输出接线错误，并进一步判断错误情况，输出纠正方案。

错误情况的判断方法如下：

将修正后的电流值与第3步保存的原始值逐相比较，判断的相角A’，B’，C’与原始值A，B，C，-A，-B，-C的相角关系，根据相角关系输出每一绕组每相的结论。此处A，B，C表示原值，-A表示A加180°，-B，-C同理；A’，B’，C’表示修正过的值。以自耦三圈变为例：修正后的电流值为纵差的高、中、低压侧及零差中的公共绕组修正后的电流值。

结论如下表，表格中相交的格子中表示横行和竖行的值相等。如果某绕组(或线路)修正后的值A’与-A相等，那么此绕组A相极性接反，同理输出所有绕组(或线路)的结果。

A

B

C

-A

-B

-C

A’

接线正确

B相与A   相接反

C相与A   相接反

A相极性  接反

B相与A相接  反且当前B相

C相与A相接  反且当前C相

[0250]

极性接反

极性接反

B’

A相与B相接反

接线正   确

C相与B   相接反

B相与A  相接反且   当前A相  极性接反

B相极性接反

B相与C相接 反且当前C相  极性接反

C’

A相与C相接反

B相与C   相接反

接线正确

A相与C  相接反且   当前A相  极性接反

B相与C相接  反且当前B相   极性接反

C相极性接反

例如对于自耦变压器三圈变，则先使用上述方法输出高压侧结果，再输出中、低压侧及公共绕组结果。

假设实际情况中低压侧B相极性接反了，又将A相接到了C相，C相接到了A相，那么输出的结果如下：

接线错误：

高压侧：A相接线正确，B相接线正确，C相接线正确；

中压侧：A相接线正确，B相接线正确，C相接线正确；

低压侧：A相与C相接反，B相极性接反，C相与A相接反。

公共绕组：A相接线正确，B相接线正确，C相接线正确；

本例的分析结果说明了当前接线错误情况，可根据此结果进行接线纠正。

9)算法基本理论验证和结论(幅值平衡的条件下)

此处的验证前提条件是假设绕组三相幅值平衡。由于加上幅值不平衡的情况，错误的可能会很多，不再一一列举。

以下列举了绕组中所有可能出现的错误类型，并根据该错误类型随机举例根据以上的算法进行推导，按输出的结果给出结论，为便于说明，所有的例子认为绕组正确时的向量图如图3，实际由于功率因数不为1以及参考相的选择的不同，相角不一定是这样的，但三相的相角差应该是120°。举例假定只有一处绕组有错误其他绕组接线时正确的，这个假定不影响判断的结果，假如有多处错误的话，实际要输出的结果的过程中判断的次数要多一些，但对于出错的绕组的结论是相同的。

9.1)一相相位接反，例如某绕组B相极性接反表2所示：

表2

9.2)两相极性接反，例如某绕组A，C相极性接反如表3所示：

表3

9.3)三相相位接反，例如某绕组A，B、C相极性接反时如表4所示：

表4

9.4)两相位置相互接反，例如某绕组A，B相接反，如表5所示：

表5

9.5)三相位置相互接反，例如某绕组A相错接到C相，C相错接到B相，B相错接到A相时，如表6所示：

表6

9.6)两相位置相互接反，其中一相又极性接反，例如某绕组B相错接到C相，B相极性接反时，如表7所示：

表7

9.7)两相位置相互接反，第三相又极性接反，例如某绕组B相错接到C相，A相极性接反时，如表8所示：

表8

9.8)两相位置相互接反，这两相的极性也全接反，例如某绕组A相错接到C相，A，C相的极性接反时，如表9：

表9

9.9)两相位置相互接反，其中一相和第三相的极性接反时，例如某绕组A相错接到B相，C相和B相的极性接反时，如表10所示：

表10

9.10)两相位置相互接反，极性全部接反，例如某绕组A相错接到C相，3相相位接反时，如表11所示：

表11

9.11)三相位置相互接反，其中一相极性接反，例如某绕组A相错接到B相，B相错接到C相，C相错接到A相，C相极性接反时，如表12所示：

表12

9.12)三相位置相互接反，其中两相极性接反，例如某绕组A相错接到C相， C相错接到B相，B相错接到A相，A，B相极性接反时，如表13所示：

表13

9.13)三相位置相互接反，极性全部接反，例如某绕组A相错接到B相，B相错接到C相，C相错接到A相时，如表14所示：

表14

9.14)结论

从实际情况推导根据算法推导的结论与实际错误情况完全相符合。

Claims (9)

1.一种电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)获取自耦变压器差动保护线路测量值及参数：

自耦变压器差动保护线路测量值包括：各绕组电流的有效值及相位；所述绕组包括纵差各绕组和公共绕组；

所述各绕组的电流有效值是该绕组A、B、C、N相的电流有效值；

所述各绕组的电流相位是相对于参考电压的相位；所述参考电压是任一绕组的线电压或相电压；

自耦变压器差动保护线路的参数包括：自耦变压器接线方式、各绕组CT变比、各绕组额定电压、各绕组供电方式，开关数量及各绕组编号、变压器是否经过CT二次接线调整、输入所选的参考电压、参考相功率角；

2)根据自耦变压器参数对自耦变压器差动保护线路测量值进行换算，其具体实现方式是：

2.1)用绕组的N相电流修正该绕组的A、B、C相电流；

2.2)计算纵差各绕组平衡系数；

2.3)计算零差各绕组平衡系数；

对于零差，由于各绕组间是直接电气连接，所以电压等级相同，所以可将各绕组的CT变比视为其平衡系数；同时保证所有绕组的平衡系数不大于4，即找出平衡系数最大的绕组，将其平衡系数设为4，再将其他绕组的平衡系数转换；

2.4)根据平衡系数换算纵差各绕组电流有效值；

2.5)根据步骤1中获取的自耦变压器差动保护线路参数进行电流幅值调整；

2.5.1)给所有电流相位减去参考相功率角；

2.5.2)将参考电压转换为Ua；

2.5.3)统一变压器的接线方式，然后保存换算后的参数并执行步骤3)；

3)纵差第一次正确性修正以及修正后的判断：

3.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

如果满足判断条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤5进 行零差分析；如果不满足即证明接线错误，则将转换过的电流值保存一个副本作为原始值后进入步骤3.2；

判断条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180°；

3.2)进行纵差第一次修正，然后判断其接线是否正确；

纵差第一次修正包括参考绕组修正、各绕组相角平衡修正以及相角正序修正；第一次修正进行完毕之后，判断接线方式是否正确；若是，则进行步骤5)；若否，则进行步骤4)；

4)进行纵差第二次修正并进行判断：

4.1)修正：通过对绕组进行旋转角度修正，修正后进行步骤4.2)；

4.2)判断：若接线正确则进行步骤6)；若接线不正确，则返回步骤4.1)继续进行修正；

判断条件为：所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°；

4.3)整个修正判断过程采用递归或循环方法实现；

4.4)如果在步骤4.1)和步骤4.2)的循环过程中对所有绕组都依次进行旋转修正判断后依然不能满足正确性条件，则无法对其进行分析直接跳至步骤8)；

5)计算零差各绕组电流；

6)零差第一次正确性修正以及修正后的判断：

6.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确：

如果接线正确，直接跳转到步骤7)；如果不满足，则证明接线错误，那么需要将当前已换算的公共绕组各相电流值添加到步骤3.1)中保存的各绕组测量值副本中，然后进入步骤6.2)；在此步对零差依下述条件进行判断：

零差所有绕组相序相同且都是正序，即在向量图中顺时针依次显示为A、B、C；零差所有绕组满足相角平衡，即相与相之间相差120°；零差电源侧与负荷侧的幅值相等、相角相差180°，此处指纵差；

6.2)公共绕组相角平衡修正；

6.3)公共绕组相角正序修正；

6.4)零差正确性判断；

判断零差各绕组接线是否正确，在此步如果满足下面条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到步骤8)输出结论；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行步骤7)；

正确条件：电源侧合成矢量与负荷侧合成矢量的幅值相等、角度相差180°；

7)零差第二次正确性修正以及修正后的判断；

第二次修正的主要方式是对公共绕组旋转角度，对公共绕组的三相相角分别进行加+60，+120，+180，+240，+300，+360进行正确性判断，即以60°为间隔在一个周期内循环旋转；每次旋转后依据步骤6.4)中描述的判断方法进行一次正确性判断，如果满足正确条件，则退出旋转，直接输出分析结果；如果不满足则继续旋转，直至满足正确性条件为止；如果公共绕组都依次旋转完毕依然不能满足正确性条件，则无法判断出错误情况，此时直接跳转到步骤8)输出结论；

8)输出分析结果。

2.根据权利要求1所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤2.2)中对于自耦变压器纵差差动保护的平衡系数的计算方法是：

2.2.1)根据公式

计算各绕组的二次额定电流；

S是变压器的容量；U是绕组一次侧额定电压；Ie是绕组二次额定电流；Nct是绕组CT变比；

2.2.2)设各绕组二次额定电流最大的一项的平衡系数为1，计算其他绕组的平衡系数；

2.2.3)平衡系数应该小于等于4，如果各侧平衡系数中有大于4的，那么将其设为4，再将其他绕组的平衡系数进行转换。

3.根据权利要求1所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤2.2)中自耦变压器纵差差动保护平衡系数的计算方法是：

S：变压器的容量；Ihe：高压侧二次额定电流；Uh：高压侧额定电压；Nhct：高压侧CT变比；

Ile：低压侧二次额定电流；Ul：低压侧额定电压；Nlct：低压侧CT变比；

以高压侧为基准，计算其他绕组的平衡系数，即设高压侧平衡系数Kh为1，则低压侧平衡系数Kl＝(Uh×Nhct)/(Ul×Nlct)。

4.根据权利要求1所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤4)中参考绕组修正的具体实现方式是：直接将A相相位设为0°、B相设为120°、C相设为240°，或根据其三相电流相位判断错误使用对应的方法进行修正。

5.根据权利要求4所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤4)中对于某一绕组或线路进行相角平衡修正时，首先判断是否有某一相与其他两相间的相位都是60°，如果是，则进行修正，如果不是，则不进行修正；其修正的具体实现方式是：找出三相电流中的中间相，即与其他2个夹角为60°的相，然后给中间相相角加180°。

6.根据权利要求5所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤4)中对于某一绕组或线路进行相角正序修正时，首先判断三相相位中B相相位是否等于A相相位加120°，如果是，则不需要修正；如果不是，则要进行修正，其修正的具体实现方式是：交换A、B两相的相位即可完成修正。

7.根据权利要求6所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤8)中生成的分析结果是下列情况之一：接线正确，接线错误或无法判断。

8.根据权利要求7所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析方法，其特征在于：所述步骤8)是输出分析结果，如果结果为接线错误则进一步输出错误情况，即将步骤6)修正后的电流有效值与步骤2.5.3)保存的参数进行比较，然后生成分析结果。

9.根据权利要求8所述的电力系统自耦变压器继电保护线路中的接线分析 方法，其特征在于：所述步骤8)中生成的分析结果是接线错误时，进一步输出各绕组各相的接线状态，对于某绕组而言其各相的接线状态分别有：

A相有：A相接线正确、A相与B相接反、A相与C相接反、A相极性接反、A相与B相接反且当前B相极性接反、A相与C相接反且当前C相极性接反；

B相有：B相接线正确、B相与A相接反、B相与C相接反、B相与A相接反且当前A相极性接反、B相极性接反、B相与C相接反且当前C相极性接反；C相有：C相接线正确、C相与A相接反、C相与B相接反、C相与A相接反且当前A相极性接反、C相与B相接反且当前B相极性接反、C相极性接反。

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