YNd5接线220 kV变压器纵联差动保护相位补偿

汤大海 ，徐金玲，邱 娟 ，张亚斌 ，马海薇

(1.镇江供电公司，江苏镇江212001；2.南京供电公司，江苏南京210019)

某220 kV客户变电所220 kV变压器保护采用了南瑞继保电气有限公司RCS978变压器保护，220 kV变压器接线组别为YNd5接线方式。220 kV变压器保护一般为主保护后备保护一体化设计、双重化配置[1-5]，主后一体化设计即为主保护和后备保护均在一个机箱内使用同一个硬件，变压器每侧的电流、电压均是采用电流互感器（TA）、电压互感器（TV）同一组二次绕组（简称主后一体化）。主保护、后备保护采用同一个电流回路，因此不能采用传统硬件移相[2，3]进行电流相位补偿，而变压器各侧的TA必须采用星型接法[2-9]，220 kV变压器纵联差动保护（以下简称变压器差动保护）采用软件移相进行电流相位补偿[2，3]（简称相位补偿）。但保护制造厂商变压器差动保护只设计了YNd11，YNd1和YNyn12这3种变压器接线组别及其接线组合软件相位补偿方法[4]，没有设计其他接线组别方式变压器软件相位补偿方法，因此不能适应YNd5接线组别变压器，也没其他文献给出解决方案。

本文提出了一种简单的相位补偿方案，先将变压器各侧的TA二次绕组接线组别由YNd5接线组别转换为YNd11接线组别，然后利用微机变压器差动保护YNd11接线的软件补偿最终实现变压器YNd5接线组别相位补偿方案。该方案在该变电所进行了实施，通过带负荷试验验证了实施该相位补偿方法的YNd5变压器差动保护各侧电流相位关系符合预想的要求。该方案简单易行。

1 RCS978变压器差动保护相位补偿

以YNd11变压器为例。YNd11变压器接线图和两侧电流向量图如图1所示。RCS978变压器差动保护设计的YNd11变压器电流软件补偿采用d侧软件相位补偿[2，3]，要求变压器各侧TA二次绕组采用星形接线，变压器各侧TA的极性都以母线侧为正极性端，二次电流不经过硬件移相直接接入保护装置。

图1 YNd11变压器接线图和两侧电流向量图

对于Y侧，因为要消除零序电流I˙0对差动保护的影响，所以参与差动保护差流计算的电流为：

对于d侧，按下列公式进行相位转换：

图2 YNd11接线的变压器两侧电流软件补偿后的向量图

2 YNd5变压器差动保护相位补偿

2.1 YNd5变压器差动保护相位补偿要求

主后一体化的变压器保护主保护和后备保护是同一电流回路。为了方便变压器后备保护的电流采集，YNd5变压器差动保护相位补偿要求为：不能采用传统的硬件移相进行相位补偿，变压器各侧的TA必须采用星型接法。根据这一要求，提出了下列2个YNd5变压器差动保护相位补偿方案。

2.2 方案1

（1）YNd5变压器电流相位关系。YNd5变压器接线图和和两侧电流向量图如图3所示。由图3（b）可见Y侧电流相位比d侧电流相位超前150°。

图3 YNd5变压器接线图和两侧电流向量图

（2）软件相位补偿方案。既然目前各变压器保护制造厂商只设计了YNd11，YNd1和YNyn12这几种变压器接线组别差动保护软件相位补偿方法，不能适应YNd5接线组别及其他接线组别方式变压器。可以由变压器保护制造厂针对YNd5接线组别变压器差动保护设计相应的软件相位补偿，即参照YNd11接线变压器保护的软件相位补偿，对于Y侧，因为要消除零序电流I˙0对差动保护的影响，所以参与差动保护差流计算的电流为：

对于d侧，按下列公式进行相位转换：

图4 YNd5接线变压器两侧电流软件补偿后的向量图

2.3 方案2

（1）YNd5与YNd11变压器d侧电流相位关系。因为YNd11变压器Y侧电流相位比d侧电流相位滞后30°，YNd5变压器Y侧电流相位比d侧电流相位超前150°。若将YNd5变压器与YNd11变压器Y侧各相电流相位认为是相同，比较图 1（b）与图 3（b），则不难发现YNd5变压器与YNd11变压器d侧各相电流相位关系为YNd11变压器d侧各相电流超前YNd5变压器d侧各相电流180°，即：

（2）硬件与软件相结合的相位补偿。既然YNd11变压器d侧各相电流超前YNd5变压器d侧各相电流180°，那么可否将YNd5变压器d侧各相电流反极性接入变压器差动保护，即将反极性TA二次电流-Ia接入RCS978变压器保护装置d侧a相电流回路，将反极性TA二次电流-Ib接入RCS978变压器保护装置d侧b相电流回路，将反极性TA二次电流-Ic接入RCS978变压器保护装置d侧c相电流回路，具体接线如图5所示。按照这种相位转换，就相当于将YNd5接线的变压器差动保护转变成了YNd11接线的变压器差动保护，然后再利用RCS978变压器保护装置的软件相位补偿完成YNd11接线的变压器差动保护的相位补偿，从而最后达到YNd5变压器差动保护相位补偿。显然此方案比较容易实现，只要改动现场d侧二次电流回路接线即可，且改动的接线也不多。

图5 YNd5接线变压器TA二次电流回路接线图

比较式（2）与式（4）不难发现，YNd11 变压器 d 侧各相电流相位补偿后的电流与YNd5变压器d侧各相电流相位补偿后的电流分别也相差180°，从而进一步证实了该相位补偿方案的正确性。

（3）对后备保护的影响。虽然接入RCS978变压器保护装置d侧各相电流回路是反极性接入变压器差动保护的，但d侧各相电流回路仍然是星型接法，满足了后备保护对电流回路星型接法的要求，对变压器d侧后备保护电流测量没有影响。由于接入RCS978变压器保护装置d侧各相电流回路是反极性，即对YNd5接线变压器保护装置d侧来说，相当于各相电流回路正极性方向是 “方向由变压器指向系统”，与RCS978变压器保护装置要求的对变压器保护装置d侧各相电流回路“正极性”是“方向由系统指向变压器”的极性要求正好反了180°，将影响d侧的相间方向元件的正确测量方向 （由于d侧一般是不接地系统或经消弧线圈接地系统，因此不影响保护装置的零序方向元件）。因此在具体运用时，要求RCS978变压器保护装置d侧的相间方向元件测量方向是 “由系统指向变压器”时，则RCS978变压器保护装置d侧的相间方向元件要实际设置为“由变压器指向系统”；反之要求RCS978变压器保护装置d侧的相间方向元件测量方向是“由变压器指向系统”时，则RCS978变压器保护装置d侧的相间方向元件要实际设置为 “由系统指向变压器”。如果仍按RCS978变压器保护装置上原来的意思设置，将出现该装置d侧的相间方向元件方向测量错误而引起变压器d侧后备保护装置拒动或误动。

2.4 2种方案比较

方案1，优点是一步到位，对主保护和后备保护均没有影响；缺点是装置厂家需要重新针对YNd5变压器保护设计变压器差动保护电流相位补偿软件，软件需要测试等一系列工作，需要时间。

方案2，优点是不需要装置厂家需要重新针对YNd5接线变压器保护设计变压器差动保护电流相位补偿软件，方案简单清晰；缺点是影响d侧的相间方向元件的正确测量方向，方向元件的方向测量设置要与要求的意思相反，否则将出现该装置d侧的相间方向元件方向测量错误而引起保护装置拒动或误动。

2.5 现场具体实施与运行情况

由于装置厂家需要重新针对YNd5接线变压器保护设计变压器差动保护相位补偿软件，软件需要测试等一系列工作，需要时间，所以采用的方案2进行了现场具体实施。

（1）保护装置二次通电流模拟试验。用继电保护试验仪对该变压器差动保护进行二次通电流试验，验证差动保护装置高压侧与低压侧各相电流相位情况。试验结果符合YNd5变压器差动保护的要求。

（2）带负荷试验。2012年元月13日，该客户变YNd5接线的变压器经过5次冲击考验，然后变压器带负荷进行试验，变压器差动保护没有差电流，各侧电流相位关系符合YNd5变压器差动保护的要求。

（3）装置运行情况。该变电所从2012年元月投运以来，每年均经历了数百次低压侧的断路器等电器试验的冲击电流和220 kV电网数十次区外短路的考验，该变压器差动保护均未出现误动等不正常情况。

3 结束语

理论分析和现场运用情况表明，对主保护后备保护一体化的YNd5接线的220 kV变压器差动保护的相位补偿采用将YNd5变压器d侧各相电流反极性接入变压器差动保护装置，相当于将YNd5接线的变压器差动保护转变成了YNd11接线的变压器差动保护，然后再利用RCS978变压器保护装置的软件相位补偿完成YNd11接线的变压器差动保护的相位补偿，从而实现了YNd5接线的变压器差动保护相位补偿方案，方案简单易行，可运用到类似工程中去。需要指出的是，论文是以RCS978保护装置来分析的，其方法对其他厂家相同接线组别的变压器保护装置同样适用。

[1]Q／GDW 1175—2013，变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范[S].

[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009：392-393.

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