CN102096014A - 四绕组自耦变压器ct回路接线正确性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统四绕组自耦变压器CT回路接线正确性分析方法，解决了现有技术操作随意、可靠性差、人工操作工作效率低，费时费力等问题。该分析方法主要包括获取测量值及变压器参数、电流换算、纵差第一次正确性修正以及修正后的判断、纵差第二次正确性修正以及修正后的判断、计算零差各绕组电流、零差第一次正确性修正以及修正后的判断、零差第二次正确性修正以及修正后的判断、输出结论八个步骤。本发明减小了互感器的二次负载，具有操作简洁、可靠性高等优点。

Description

四绕组自耦变压器CT回路接线正确性分析方法

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四绕组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

四绕组自耦变压器有纵差保护和零差保护，以三圈变四绕组自耦变压器为例，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。

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。对于三圈变四绕组自耦变压器，分别测量高、中、低压侧及公共绕组CT各相电流幅值及相位。

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。

纵差分析调整相位。根据接线方式对电流相位进行调整。

纵差分析绘制向量图。根据电流幅值、相位绘制向量图。

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。

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。

零差分析绘制向量图。根据电流幅值、相位绘制向量图。

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：

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。

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。

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。

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

本发明提供了一种电力系统四绕组自耦变压器CT回路接线正确性分析方法，解决了现有技术操作随意、可靠性差、人工操作工作效率低，费时费力等问题。

本发明的技术方案主要包括如下步骤：

1、获取测量值及变压器参数；

2、电流换算；

2.1)用N相电流修正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；

2.4)根据平衡系数换算纵差各绕组电流有效值；

2.5)根据选项进行电流幅值调整；

3、纵差第一次正确性修正以及修正后的判断；

4、纵差第二次正确性修正以及修正后的判断；

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、输出结论。

上述步骤3具体如下：

3.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

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；

3.2.1)参考绕组修正；

3.2.2)相角平衡修正；

3.2.3)相角正序修正。

上述步骤6具体如下：

6.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

6.2)公共绕组相角平衡修正；

6.3)公共绕组相角正序修正。

本发明优点如下：

首先，差动保护拥有高可靠性、高灵敏性。

其次，简化二次回路接线，消除了变压器各侧电流互感器的电联接，电流互感器的安全接地可移至互感器端子箱。

再次，减小了互感器的二次负载。

而且，分析结果可靠，准确性大幅提高。本发明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。

另外，本发明在实践中操作简单，安全可靠。

具体实施方式

接线分析的具体流程如下：

1、获取测量值及变压器参数：

通过仪表测量获得四绕组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。

在进行分析前输入变压器参数。

对于四绕组自耦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；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绕组。

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。例如在自耦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。

自耦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

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)根据选项进行电流幅值调整。

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)统一变压器的接线方式。

在这一步需要将纵差所有绕组的接线方式调整为与参考绕组相同。对于变压器某一绕组而言，其接线方式有13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、Y-12)。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，直接跳转到第5步进行零差分析；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)，然后进入第3.2步；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)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：

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。

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。

判断方法：

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；2、三相中任意两相极性接反。

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。

4、纵差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。在此步纵差各绕组如果满足3.1)中的正确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，则证明接线错误，并继续执行第4步。

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3.1)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，此时直接跳转到第8步输出结论。

5、计算零差各绕组电流

经过第3、4步的判断，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lPH，则零差中高压侧A相电流值lHa、电流相位lHaA分别如下：

lHa＝AzHa

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；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)

7、零差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。在此步零差各绕组如果满足6.1)中的正确条件即表示相位平衡，则证明接线正确，直接跳转到第8步输出结果；如果不满足，则证明接线错误，并继续执行第7步。

第二次修正的主要方式是对公共绕组旋转角度(旋转方法同第4步)，对公共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，此时直接跳转到第8步输出结论。

8、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)步直接跳转至第5步并由6.1)步直接跳转至本步骤，则输出接线正确；如果在4)步或7)步分析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。

如果在4)步或7)步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。

例：对于四绕组自耦变压器三圈变，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；

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。

Claims (4)

1.一种电力系统四绕组自耦变压器差动保护CT回路接线正确性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取测量值及变压器参数；

2)电流换算；

2.1)用N相电流修正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；

2.4)根据平衡系数换算纵差各绕组电流有效值；

2.5)根据选项进行电流幅值调整；

3)纵差第一次正确性修正以及修正后的判断；

4)纵差第二次正确性修正以及修正后的判断；

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)输出结论。

2.根据权利要求1所述的四绕组自耦变压器差动保护CT回路接线正确性分析方法，其特征在于：所述步骤3)具体如下：

3.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

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；

3.2.1)参考绕组修正；

3.2.2)相角平衡修正；

3.2.3)相角正序修正。

3.根据权利要求2所述的四绕组自耦变压器差动保护CT回路接线正确性分析方法，其特征在于：所述步骤6)具体如下：

6.1)首先是在未进行任何修正的时候判断接线是否正确；

6.2)公共绕组相角平衡修正；

6.3)公共绕组相角正序修正。

4.根据权利要求3所述的四绕组自耦变压器差动保护CT回路接线正确性分析方法，其特征在于：步骤8)所述输出结论有三种：一是接线正确，二是接线错误，三是无法判断。