CN102095971A - 励磁变压器差动保护ct回路接线分析方法 - Google Patents

Abstract

一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，包括以下步骤：1)绘制本回路正确的向量图；2)以基准电压绘制实际测量的向量图；3)输出本回路接线正确性分析结果；4)完成所有合相单元接线正确性的测量、判断；5)获取励磁变压器差动保护各侧CT合相所需参数；6)以基准电压采用各侧同相同时测量的方法绘制励磁变压器差动保护回路各侧CT所选项的向量图；7)根据励磁变压器及其参数对励磁变压器差动保护CT回路测量值进行换算；分析、判断合相分析结果，并输出分析结果。具有分析结果可靠，准确性大幅提高的优点。

Description

励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统中继电保护CT回路接线正确性分析方法，尤其涉及一种对电力系统中励磁变压器差动保护CT回路的接线是否正确、合相是否正确进行分析、判断并给出错误接线类型的分析方法。

背景技术

对于单个CT回路接线的正确性要满足相与相之间相差120°，并且相序相同，均为正序或者负序，各相电流二次值相同。根据二次测量的电流有效值乘以CT变比计算出的一次电流值与测量回路的一次电流值相同。

对于励磁变压器差动保护，要计算电源侧各相的合成矢量及负荷侧各相的合成矢量。当各绕组都满足相角平衡，即相与相之间相差120°，并且相序相同，均为正序或者负序。同时电源侧和负荷侧每相的矢量和为零时，即幅值相等、角度相差180°即可判定励磁变压器差动保护CT回路接线是正确的。

励磁变压器差动保护CT回路接线的正确与否，直接影响供电系统的正常运行。对继电保护CT回路接线的正确性及时作出分析、判断，是变电站新建投运、检修中必不可少的重要环节，目前励磁变压器差动保护CT回路接线正确性分析，主要靠人工进行枛尤其是主变、母线差动保护CT回路，工作人员要经过大量的计算，手工绘制电流向量图，然后再根据计算结果和向量图得出继电保护CT回路接线正确性的分析结果。整个分析过程计算量大，且需要工作人员根据经验进行判断，故存在效率低、误差大的缺点。传统人工方法分析继电保护CT回路接线正确性的流程如下：

1)获取数据：获取励磁变压器差动保护CT回路各绕组各相的电流幅值、相位数据及相关参数。一般通过电力测量仪器获得(如使用双钳伏安相位表)，将测量的电流幅值、相位数据与计量回路的测量值做比较，判断单个CT回路接线的正确性。对于双圈主变，使用双钳伏安相位表依次测量高压侧CT及低压侧CT的各相(A、B、C、N)电流幅值及相位并与根据测量回路的有功、无功送受情况相比较确定各侧CT回路接线的正确性。

2)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)调整相位：根据接线方式对电流相位进行调整。

4)绘制向量图：根据基准电压、电流幅值、相角等参数手工绘制向量图。

5)分析判断：根据各侧经过平衡计算后的电流值以及向量图判断CT回路接线正确性，如果接线错误需分析错误原因及纠正方法。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整个差动回路接线是否正确。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，此步没有标准的流程，完全由工作人员素质决定，如果没有经验，那么判断费时费力，且对于较复杂的错误情况很难判断出来。

发明内容

为了解决目前人工情况下对励磁变压器差动保护CT回路接线错误情况判断费时费力、对工作人员要求高的情况，本发明提供了一种可靠性高、使用安全简单、操作方便的励磁变压器差动保护CT回路接线正确与否的分析判断方法。

本发明解决上述技术问题的技术解决方案是：

励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

绘制本回路正确的向量图

收集本回路有功、无功的送、受情况；

根据步骤1.1)有功、无功的送、受情况以基准电压绘制本回路正确的向量图；

2)以基准电压绘制实际测量的向量图；

3)输出本回路接线正确性分析结果：

3.1)将步骤1)所得正确的向量图与步骤2)所得实际测量的向量图进行比较以判断接线的正确性；

3.2)若判断得接线接线结果错误则按照分析、判断结果改正接线；

3.3)若判断得接线接线结果正确则输出本回路接线正确性分析结果；

4)完成所有合相单元接线正确性的测量、判断；

5)获取励磁变压器差动保护各侧CT合相所需参数；

6)以基准电压采用各侧同相同时测量的方法绘制励磁变压器差动保护回路各侧CT所选项的向量图；

7)根据励磁变压器及其参数对励磁变压器差动保护CT回路测量值进行换算。

8)分析、判断合相分析结果，并输出分析结果

8.1)若合相分析结果错误则根据分析结果检查CT引出极性及变化；

8.2)若合相分析结果正确则输出励磁变压器合相正确性分析结果。

以上所述步骤5)的具体实现方法是：

5.1)计算励磁变压器各绕组的平衡系数；

5.2)根据励磁变压器各绕组的平衡系数换算该绕组的电流有效值；

5.3)将所有电流相位减去以计量回路为参考的相功率角；

5.4)判断参考电压是否是Ua，如果是则直接执行步骤2.5)；如果不是则将参考电压转换为Ua后再执行步骤2.5)；

5.5)如果是对励磁变压器差动保护CT回路进行分析，则要进行由于励磁变压器各侧一次绕组接线方式的差异而引起各侧一次电流相位差异的补偿，然后保存换算后的参数并执行步骤6)。

以上所述步骤5.1)中对于励磁变压器差动保护的平衡系数的计算方法是：

5.1.1)计算各绕组的二次额定电流；

公式一：

根据公式一有：

则有公式二：

其中，S是励磁变压器的容量；

U是绕组一次侧额定线电压；

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。

根据上述公式二计算各绕组的二次额定电流。

5.1.2)设各绕组一次额定电流最大的一项的平衡系数为1，折算其他绕组的平衡系数；

5.1.3)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。

上述步骤5.2)中励磁变压器差动保护平衡系数的计算方法是：

以双圈变为例，根据公式二有：

其中，Ihe是高压侧额定电流；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)。

同理可计算三圈变或其它情况时各绕组的平衡系数。

以上所述步骤3.2)中，根据输出的接线状态对错误情况进行纠正。对于某绕组或连接单元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。

本发明的优点如下：

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继电保护CT回路的分析方法进行两次分析，针对每个CT回路和励磁变压器差动CT回路进行判断，最终形成的分析结果中会给出完善的接线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CT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。

3)有4路电流输入，最多可同时进行4路电流幅值、相位的测量，最多满足变压器4个电流回路幅值和相位的同时测量，保证了合相时数据的准确性，避免了由于测量过程中负荷发生变化、穿越功率流向发生变化而导致的合相结果的错误。

附图说明

图1为本发明有功、无功送受情况与象限的关系示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种励磁变压器差动保护CT回路接线正确与否分析方法接线分析的具体流程如下：

1、获取判断保护CT回路接线正确与否的判断依据：

通过测量回路、计量点或者与之相联系的变电站取得本回路的有功、无功的送、受情况，根据本回路的有功、无功的送受情况、一次电流有效值等确定本设备单元二次正确的相角和电流的有效值，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。

2、根据获取的判断依据画出正确的向量图：

例如：通过计量回路、计量点或者与之相联系的变电站取得本回路的有功、无功的送受情况为(送受情况以母线为基准，流入母线为受、流出母线为送，送为正值、受为负值)：送有功25MW，送无功25MW，那么可以计算出tgφ＝Q/P＝1，那么通过arctg＝1，就可以得到φ＝45°而且在第一象限内，此时如果以Ua为参考电压，那么Ia的相位角即为45°，按照正序来画向量图，Ib的相位角即为165°，Ic的相位角即为285°。如果有功、无功的送受情况是送有功25MW，受无功-25MW，那么可以计算出tgφ＝Q/P＝-1，那么通过arctg-1，就可以得到φ＝135°或315°，根据有功、无功的送受情况，可以看出相位角应该在第4象限，那么相位角就应该是315°，有功、无功送受情况与象限的关系参见图2，所以此时如果以Ua为参考电压，那么Ia的相位角即为315°，按照正序来画向量图，Ib的相位角即为75°，Ic的相位角即为195°。保护CT二次电流有效值的计算与计量CT回路的变比有关，如果两个CT组别的变比相同，二次电流的有效值就相等或者是将计量CT回路的一次电流按照变比折算后的二次电流有效值相等。如果两个CT组别的变比不同，二次电流的有效值就不相等，需要把计量回路测得的一次电流按照保护回路CT的变比，计算出保护回路的二次电流有效值。在相角和幅值确定后，正确的向量图就可以绘制出来了。

3、实际测量保护CT回路各相电流的相位和幅值：

以Ua为参考电压测得Ia、Ib、Ic的相位角。用相位电压表测得二次电流的有效值(此测量值要与测量CT回路测得的一次电流按照保护回路CT的变比，计算出保护回路的二次电流有效值相等)。以此为依据绘制出实际的向量图。

4、将实际测量的保护CT回路的向量图与根据测量CT回路所得出的正确向量图相比较分析、判断本保护回路CT接线的正确性：

错误的接线种类参见表1：

5、根据励磁变压器及其参数对励磁变压器差动保护CT回路测量值进行换算；

6、通过上述工作将励磁变压器各侧绕组接线错误分析、判断结束，工作人员需要将错误的接线进行改正，改正后重新进行测量，直至接线正确为止，接线改正过程中要注意常规主变各侧CT回路引出线是不是同名端，要保证是同名端引出。

7、采用各侧同相同时测量的方法，分析、判断励磁变压器差动保护各侧合相结果的正确性：

在进行分析前输入分析当中所需要的励磁变压器差动保护CT回路合相所需要的参数。

对于励磁变压器差动保护CT回路合相：包含励磁变压器一次绕组接线方式、各绕组CT变比、各绕组额定电压、主接线情况及各CT绕组所对应的开关编号(用于绘制向量图)；励磁变压器各侧一次绕组接线方式的差异而引起各侧一次电流相位差异的补偿，是否由各侧CT接线方式进行纠正补偿；输入所选的参考电压。

7.1计算平衡系数。

公式一：

根据公式一有：

则有公式二：

其中，S是是主变的容量；

U是是绕组一次侧额定线电压；

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。例如在励磁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1000A、5000A，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。

励磁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

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。

7.2根据平衡系数换算电流有效值。

将各绕组电流乘以其对应的平衡系数。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，即在励磁变压器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，对于主变，如果经过了二次接线调整，那么需要对三角形接线(即△-1、△-3…△-11)的绕组三相电流都乘以1.732(即3的二次方根)。

7.2.1根据选项进行电流幅值调整。

1)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，将所有的电流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°。

2)统一主变的接线方式。

这一步仅用于励磁变压器差动保护CT回路，在这一步需要将所有绕组的接线方式调整为与参考绕组相同。对于励磁变压器某一绕组而言，其接线方式有13种(Y、△-1、Y-2、△-3、Y-2、△-3、Y-4、△-5、Y-6、△-7、Y-8、△-9、Y-10、△-11、Y-12)。假设某励磁变压器是三圈变，接线方式为Y/Y/△-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φ。

φ＝30×(B1-B0)

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。

如上述励磁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△-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。

8、输出结论

最后的分析结果有两种情况：一是接线正确，二是接线错误。

9.算法基本理论验证和结论

对于励磁变压器各侧CT回路接线正确性的判断是以每个回路有功、无功的送受的实际情况为基础，所以只要确定了每个回路有功、无功的送受情况就能很方便、直观的确定CT回路接线的正确性。在保证了励磁变压器各侧CT回路接线正确性后，采用各侧同相同时测量的方法来做励磁变压器差动保护CT回路的合相，这样最大程度的保证了励磁变压器各侧测量数值的同时性，保证了励磁变压器各侧合相分析结果的准确性。

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 (5)

1.一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)绘制本回路正确的向量图收集本回路有功、无功的送、受情况；根据有功、无功的送、受情况以基准电压绘制本回路正确的向量图；

2)以基准电压绘制实际测量的向量图；

3)完成所有合相单元接线正确性的测量、判断；

4)获取励磁变压器差动保护各侧CT合相所需参数；

5)以基准电压采用各侧同相同时测量的方法绘制励磁变压器差动保护回路各侧CT所选项的向量图；

6)根据励磁变压器及其参数对励磁变压器差动保护CT回路测量值进行换算；

7)分析、判断合相分析结果，并输出分析结果

7.1)若合相分析结果错误则根据分析结果检查CT引出极性及变化；

7.2)若合相分析结果正确则输出励磁变压器合相正确性分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：以上所述步骤5)的具体实现方法是：

5.1)计算励磁变压器各绕组的平衡系数；

5.2)根据励磁变压器各绕组的平衡系数换算该绕组的电流有效值；

5.3)将所有电流相位减去以计量回路为参考的相功率角；

5.4)判断参考电压是否是Ua，如果是则直接执行步骤2.5)；如果不是则将参考电压转换为Ua后再执行步骤2.5)；

5.5)如果是对励磁变压器差动保护CT回路进行分析，则要进行由于励磁变压器各侧一次绕组接线方式的差异而引起各侧一次电流相位差异的补偿，然后保存换算后的参数并执行步骤6)。

3.根据权利要求2所述的一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：所述步骤5.1)中对于励磁变压器差动保护的平衡系数的计算方法是：

5.1.1)计算各绕组的二次额定电流；

公式一：

根据公式一有：

则有公式二：

其中，S是励磁变压器的容量；

U是绕组一次侧额定线电压；

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；

根据上述公式二计算各绕组的二次额定电流；

5.1.2)设各绕组一次额定电流最大的一项的平衡系数为1，折算其他绕组的平衡系数；

5.1.3)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。

4.根据权利要求3所述的一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：所述步骤5.2)中励磁变压器差动保护平衡系数的计算方法是：

以双圈变为例，根据公式二有：

其中，Ihe是高压侧额定电流；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)；同理可计算三圈变或其它情况时各绕组的平衡系数。

5.根据权利要求4所述的一种励磁变压器差动保护CT回路接线分析方法，其特征在于：根据输出的接线状态对错误情况进行纠正。对于某绕组或连接单元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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