CN102095963A - 三绕组常规变压器单开关差动保护ct接线正确性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，三绕组变压器的每相有3个绕组，当1个绕组接到交流电源后，另外2个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用于需要2种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现3种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。该方法包括五个步骤，本发明是一种判断分析可靠性高、使用简单、操作方便的电力继电保护线路中的常规变压器差动保护线路的接线分析方法。

Description

三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法

技术领域

本发明涉及一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，尤其涉及一种对电力系统中3绕组常规变压器(简称为常规变)单开关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

三绕组变压器的每相有3个绕组，当1个绕组接到交流电源后，另外2个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用于需要2种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现3种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上。为了绝缘使用合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。  额定容量是指容量最大的那个绕组的容量，一般容量的百分比按高中低压绕组有三种形式100/100/50、100/50/100、100/100/100。

三绕组常规变压器单开关差动保护的特性是其有3个变比：

k12＝N1/N2≈U1/U20

k13＝N1/N3≈U1/U1

k23＝N2/N3≈U20/U30

负载运行时若不计空载电流I0，则，变压器的磁势平衡方程为

I1N1+I2N2+I3N3＝0

I1+I2/k12+I3/k13＝0

I1+I2’+I3’＝0

简化等效电路中的Z1＝R1+jX1为1次侧的阻抗，Z2’＝R2’+jX2’为2次侧折算到1次侧的阻抗；Z3’＝R3’+jX3’为3次侧折算到1次侧的阻抗，6个参数可以根据短路试验求得。

Zk12＝Rk12+jXk12＝(R1+R2’)+j(X1+X2’)

Zk13＝Rk13+jXk13＝(R1+R3’)+j(X1+X3’)

Zk23’＝Rk23’+jXk23’＝(R2’+R3’)+j(X2’+X3’)

R1＝1/2(Rk12+Rk13-Rk23’)

X1＝1/2(Xk12+Xk13-Xk23’)

R2’＝1/2(Rk12+Rk23’-Rk13)

X2’＝1/2(Xk12+Xk23’-Xk13)

R3’＝1/2(Rk13+Rk23’-Rk12)

X3’＝1/2(Xk13+Xk23’-Xk12)

知道参数后就可以根据等效电路计算特性了。

传统的继电保护线路接线分析的人工方法，存在下述缺点或不足：

1、工作复杂程度高，工作效率低。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。

2、对操作人员的业务能力要求高。操作人员既要熟悉电力系统理论知识，并要具备丰富的实践经验，方能判断出继电保护线路接线是否正确，继而分析出错在哪里、如何修正。

3、分析结果可靠性以及准确性差。由于没有统一的操作规程，所以操作存在一定的随意性；另外，工作人员业务水平的高低、客观环境因素等，都会影响分析的准确性。

发明内容

为了解决目前人工情况下对继电保护线路接线错误情况判断时费时费力、对工作人员要求高的情况，本发明提供了一种判断分析可靠性高、使用安全简单、操作方便的电力继电保护线路中的接线分析方法。

本发明的技术解决方案是：本发明涉及一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)根据已经换算的主变压器差动保护各绕组测量值判断接线是否正确？如果正确则执行步骤6)；如果不正确则执行步骤4)；

2)进行第一次修正，并进行判断：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6)；若否，则进行步骤5)；

3)进行第二次修正并进行判断；

4)生成修正后的电流有效值，并保存满足正确性条件时的修正值；

5)输出分析结果。

上述步骤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。

上述步骤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°。

上述步骤2)中对于某一绕组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。

上述步骤3)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)。

上述步骤5)中生成的分析结果是：接线正确、接线错误或无法判断。

上述步骤5)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)保存的参数进行比较，然后生成分析结果。

上述步骤5)中生成的分析结果是接线错误时，进一步输出各绕组或线路各相的接线状态。

本发明的优点是：

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中继电保护线路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。本发明使电力继电保护回路接线分析工作简单化，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。

具体实施方式

本发明涉及一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，该方法包括以下步骤：

1)获取测量值及变压器参数。其测量值包括常规变压器各绕组的电流有效值及相位；变压器参数包括变压器接线方式、各绕组CT变比、各绕组额定电压、各绕组供电方式，二分接线情况及各绕组编号。

2)将测量值转化为电流有效值以及对电流幅值进行调整，其具体实现过程是：。

3)根据已经换算的常规变压器差动保护各绕组测量值判断接线是否正确？如果正确则执行步骤6)；如果不正确则执行步骤4)；

4)第二次正确性修正以及修正后的判断，该正确性修正包括旋转角度，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，经修正后，若接线正确则进行步骤6)；若接线不正确，则继续执行步骤5)进行修正；若无法判断接线是否正确，则进行步骤7)；

5)生成修正后的电流有效值，并保存满足正确性条件时的修正值；

6)输出分析结果。

为了便于理解，本发明以相序为正序时为例进行详细说明该接线分析方法，负序和正序的判断分析过程是一样的。

接线分析的具体流程如下：

1、获取测量值及变压器参数：

通过仪表测量获得常规变压器差动保护线路各绕组的电流(A、B、C、N相)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；在整个测量过程中，测量参考一直是此电压，即常规变压器所有绕组电流的相位都是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。

在进行分析前输入常规变压器参数。

对于变压器差动保护线路：包含变压器接线方式、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(用于绘制向量图)；变压器是否经过CT二次接线调整(或各CT接线形式)；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、电流换算：

2.1)用N相电流修正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)计算平衡系数。

公式一：

根据公式一有：

则有公式二：

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。例如在主变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Kl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。

主变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

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

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

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。

3、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。

对于常规变差动保护线路：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，直接跳转到第5步输出结果；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)，然后进入第3.2步；

条件1，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，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)当不能满足3.1中的正确性条件时，则需要对以下内容进行修正，然后判断其接线是否正确：

4、第二次正确性修正以及修正后的判断。

首先，判断接线是否正确。对于主变差动保护线路：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，直接跳转到第5步输出结果；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行第4步。

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)。此处指纵差。

第二次修正的主要方式是旋转角度，以平衡修正中的情况为例，图2b中相位是平衡的，同时也是正序，也就是说，不用对其修正。这样的情况下就必须对其进行旋转才能得到正确的结果。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+0，+60，+120，+180，+240，+300°进行正确性判断，即以60°为间隔在一个周期内循环旋转。

每次旋转一个绕组，一次旋转60°，每次旋转后进行一次正确性判断(使用第7条所描述的判断方法)，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。

5、输出结论

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)步直接跳转至本步骤，则输出接线正确；

如果进入4)步分析，且在4)步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。

如果进入4)步分析，且在4)步正确性判断时满足正确性条件，则输出接线错误，并进一步判断错误情况，输出纠正方案。

6.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°。

Claims (4)

1.一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)根据已经换算的常规变压器差动保护各绕组测量值判断接线是否正确？如果正确则执行步骤6)；如果不正确则执行步骤4)；

2)进行第一次修正，并进行判断：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6)；若否，则进行步骤5)；

3)进行第二次修正并进行判断；

4)生成修正后的电流有效值并保存满足正确性条件时的修正值；

5)输出分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，，其特征在于：

一种三绕组常规变压器变差动保护平衡系数的计算方法是：

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

$\mathrm{Ile}=S/(\sqrt{3}\×\mathrm{Ul}\×\mathrm{Nl};;$

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)。

3.根据权利要求2所述的一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，，其特征在于：所述步骤2)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。

4.根据权利要求3所述的一种三绕组常规变压器单开关差动保护CT接线正确性分析方法，其特征在于：所述步骤2)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°。