自耦变压器公共绕组及低压侧套管电流计算

王子奕，李燕飞，邹晓虎，肖俊先

（湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南 长沙 410004）

0 引 言

自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，其具有造价低、损耗低、体积小、重量轻等显著优点[1]，已在我国电力系统的高压、超高压、特高压领域中得到了广泛的应用[3]。但由于自耦变压器与传统变压器的结构不同，自耦变压器存在公共绕组，其继电保护要求需分相将公共绕组套管引出并配有电流互感器，用于自耦变压器公共绕组过负荷保护[7]与变压器分侧差动保护。同时由于我国500 kV及以上变电站自耦变压器大量采用（Yn，a0，d11）结构，需要低压（d11）侧套管分相引出并安装电流互感器在其回流母线之前，用于小区差动保护。在自耦变压器投运现场，高、中压侧带低压侧电容器组运行时，很多继电保护调试人员往往只记录了投运过程中分侧差动保护与小区差动保护差流接近为0 A，而不太重视此时公共绕组CT与低压侧套管CT电流的幅值及相位的正确性，将不利于当在投运现场万一发生电气故障或安装接线错误时的故障分析。而本文则将介绍与总结当单相自耦变压器在投运过程中，继电保护调试人员在自耦变压器高、中压侧带低压侧电容器组运行时，如何利用电容器组电容电流检验公共绕组CT与低压侧套管CT的电流幅值与相位的正确性，确保自耦变压器安全投入运行。

1 自耦变压器公共绕组电流分析

自耦变压器的一次绕组AX是由其二次绕组aX和Aa串联所组成的，如图1所示。其中，绕组aX是一次绕组和二次绕组所共有的，一、二次绕组它们不但有磁的联系，还有电的联系[6]，其aX为公共绕组，也叫串联绕组。

现场单相自耦变压器在投运过程中的方案通常会先以高压侧带低压侧电容器组运行，利用电容器组的无功功率电流来校验变压器高低压侧断路器CT，套管CT及公共绕组CT电流的幅值及相位的正确性。在图1，以A相为例，当高压侧单独带低压侧电容器组运行时无功功率电流流过高压侧断路器CT1与公共绕组CT5，此时变压器中压侧断路器为断开状态，无电流经过中压侧断路器CT2，因此变压器一次绕组AX与二次绕组aX、Aa流过的无功功率电流实际上为同一电流，所以其幅值相等，相位相同，则：

图1 高压侧带低压侧电容器组运行

因分侧差动保护由高压侧断路器CT、中压侧断路器CT、公共绕组CT构成[2]，它们的极性相反，所以：

由式（2）得出此时变压器保护分侧差动保护的差流为0 A，调试人员所测得的高压侧断路器CT1与公共绕组CT5的二次电流应幅值相等，相位相差180°。

同理，当变压器高压侧带低压侧电容器组运行检查完毕后，以变压器中压侧带低压侧电容器组运行时，其无功功率电流流过中压侧断路器CT与公共绕组CT，因此时高压侧断路器为断开状态无电流经过，所以也为同一电流，其幅值相等，相位相同，则：

同样因中压侧断路器CT与公共绕组CT极性相反，所以：

由式（4）得出此时变压器分侧差动保护差流为0 A，调试人员所测得的中压侧断路器CT2与公共绕组CT5的二次电流应幅值相等，相位相差180°。

2 自耦变压器低压侧套管CT电流分析

低压侧小区差动保护是由低压侧三角形两相绕组内部TA和一个反映两相绕组差电流的外附TA构成的差动保护。以A相为例，小区差动保护由图2中TA2、TA5和TA3构成[5]。

图2 自耦变压器高低压侧接线图

在现场实际接线中，由于自耦变压器低压侧会有一个回流母线（见图3），（Yn，a0，d11）自耦变压器低压侧是在引线引出套管后在回流母线上绕接成三角形接线，图2中低压侧TA3、TA6、TA9断路器CT安装位置在回流母线之后，根据（Y，d11）变压器相位关系可知，流过低压侧任意电流的相位将超前高压侧电流30°[4]。

变压器低压侧可以单独看作为一个三角形接线系统，当低压侧电流方向为流出变压器流入低压侧母线时，线电流的瞬时值或向量等于相应两个相电流的瞬时值或向量之差，即：

图3 （Yn，a0，d11）结构自耦变压器

正常情况下，低压侧电流基本上为对称的正弦负载电流，三角形接线方式中线电流与相电流的关系则如图4所示。

图4 三角形连接电流向量图

由图4得：

3 计算举例

某变电站三侧自耦变压器容量为33 400 kVA，其高、中、低压侧的额定电压分别为525 kV、230 kV与36 kV，设投运电容器组的额定无功功率容量为60 120 kvar时，求当自耦变压器高、中压侧带此电容器组运行，其低压侧套管CT与低压侧断路器CT电流的幅值大小及相位关系，及公共绕组CT与高压侧断路器CT、中压侧断路器CT电流的幅值大小及相位关系。

因低压侧电容器组为向变压器方向侧发出无功功率，此时高中压侧带电容器组运行时低压侧电流方向如图5所示。

图5 高中压侧带电容器组运行时无功电流流向图

图6 三角形连接电流流向图

由式（8）可画出图7：

图7 低压侧电流相位关系

4 结 论

本文的分析结论为大型自耦变压器投运过程中，由高压侧及中压侧单独带低压侧电容器组运行时，现场继电保护作业人员计算并校验公共绕组CT与高压侧断路器CT、中压侧断路器CT电流的幅值大小及相位的正确性，及低压侧套管CT与低压侧断路器CT电流的幅值大小及相位的正确性关系上提供了指导，便于在投运过程中迅速判断自耦变压器各侧CT二次回路的电流的准确性及万一变压器发生故障及接线错误时的分析提供了参考，且有利于帮助现场继电保护作业人员判断分侧差动保护、小区差动保护的准确性，确保自耦变压器的安全稳定运行，对现场作业具有指导意义。