220kV主变差动保护的两种相位补偿方案探究

江新强

（国网福建省电力有限公司龙岩供电公司，福建　龙岩　364000）

220kV主变差动保护的两种相位补偿方案探究

江新强

（国网福建省电力有限公司龙岩供电公司，福建龙岩364000）

摘要：为了更深入理解220kV电网变压器常用的两种相位补偿方案，首先分析了变压器两侧电流相位差产生的原因，其次对两种相位补偿方案的算法机理、计算的差流结果进行了深入分析，以确定最佳相位补偿方案。

关键词：变压器；差动保护；相位补偿

在220kV配电网正常运行过程中，变压器起着关键作用，为了避免变压器运行时出现相间短路故障，通常采用差动保护。差动保护的机理是根据变压器产生故障时的差动电流变化来确定故障位置，若差动电流大于整定值，可确定故障在区域内，系统会产生跳闸保护动作；若差动电流小于整定值，可确定故障在区域外，系统会保护闭锁。然而由于变压器两侧电流的相位不同，因此必须首先对相位进行补偿校正。本文对两种常用的补偿方案进行分析，并计算其在不同故障下引起的差动电流差值，以便对两种补偿方案具有更深入的理解。

1　电流相位差产生原因

接法进行探讨，在理想状态下，变压器高低压侧的电流应该具有相同的相位。假设220kV变压器高压侧、低压侧的电流分别为：

本文对220kV变压器最常见的连接方式，具体连接方式如下图1所示。根据基尔霍夫定律，低压侧的电压满足以下（1）关系，向量图如下图2所示。

图1接线图

图2　变压器两侧电流关系及向量图

2　两种相位补偿方案探讨

2.1两种相位补偿算法说明

综上所述，220kV变压器在运行过程中，高压侧和低压侧两侧对应的线电流存在相位差，为了消除相位差，就必须进行相应补偿。由于目前多用数字式变压器差动保护装置，同时两侧的互感器通常采用星型接法，要进行的相位或幅值变换，都通过计算机内部的程序算法来完成。常用的相位补偿算法包括两种：第一，侧补偿；第二，侧补偿。

该方法的补偿原理是将侧电流做一个顺相序的两项电流之差运算，就能完成相位补偿。具体计算过程通过相关软件实现，求得高压侧的三相电流分别如下式（2）所示，向量图如下图3所示：

图3侧向量图

图4向量图

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2.2两种补偿方案的差流比较

2.2.1差流计算

本文以单端电源经过输电线路和变压器给负载供电模型为例，计算不同补偿方案下差流的大小。假设线路故障发生在Y侧区域，如下图5所示：

图5　故障模型

为了计算的方便，可将此模型进行分解为：正常网络和故障网络。正常网络运行过程中不会在继电器中产生差流，因此计算时只需考虑故障网络。几种常见短路故障的三序电流如下表1所示：

表1　典型短路故障的三序电流

上表中，分别表示系统的正序、负序和零序电抗，。为了计算方便，为了计算的方便，上表的结果是进行了两点简化而得出的：第一，假设元件电阻为零；第二，假设正序电抗和负序电抗相等。基于此，可将故障网络在进行细分为正、负、零三序网络，计算过程如下：第一，根据故障电流求出变压器两侧互感器中正序、负序和零序电流的大小；第二，将正序电流、负序电流和零序电流合成ABC三相电流；第三，将三相电流代入两种补偿算法，计算变换后的电流；第四，求出三相差流。

2.2.2差流比较

对于同一种故障，对于不同的补偿算法，计算的差流幅值可能会存在一定差别，如果幅值越大，越利于继电保护装置动作。根据上述表中的计算数据，计算两种相位补偿方案在不同故障情况下的差流幅值之比，具体汇总情况如下表2所示：

表2　两种补偿方案在简单故障时的差流值比较

2.2.3结论分析

第一，从上表可知，在出现单相故障时，变换方案2的差动电流值较大；若出现两相短路或者接地故障时，变换方案1的差动电流较大；若出现三相短路故障时，两种方案计算的差动电流数值相同。

第二，虽然本文计算是基于单电源为例，但当电网发生故障时通常不会出现正常电源，因此结论不只局限于单电源网络。

第三，虽然本文计算基于区内故障，但根据计算方法而言，若故障发生在变压器侧时，具有相同的结论。

3　结束语

目前国内220kV主变差动相位补偿通常采用上述两种方案，虽然出现三相故障时，采用不同补偿方案计算的差动电流数值相同，但若出现单相或两相故障时，计算结果存在差异。第一种相位补偿方案由于对涌流特征判断不明显，因此极易造成继电保护误动作、闭锁或延长故障切除时间，具有一定的不足之处；第二中补偿方案相对完善，是目前比较先进的补偿方案。

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作者简介：江新强（1981—），男，福建永定人；大学本科，工程师，主要从事继电保护工作.