專利名稱：阻抗匹配平衡變壓器差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的制作方法
一種電氣化鐵道供電變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)。
阻抗匹配平衡變壓器低壓側(cè)接電氣化鐵道上行線和下行線兩相負(fù)載，兩相負(fù)荷電流隨列車的運(yùn)行情況變化而變化;高壓側(cè)接三相電力系統(tǒng)。其最大優(yōu)點(diǎn)是在低壓側(cè)兩相不對(duì)稱負(fù)荷的各種情況下，變壓器高壓側(cè)三相電流具有較高的對(duì)稱性，減小了負(fù)序電流，以及負(fù)序電流對(duì)電力系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的電能質(zhì)量。由于該變壓器結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使變壓器低壓側(cè)兩相電流Iα和Iβ的相位差為90°電角度，而C相電流與Iα和Iβ電流的相位差在0°～90°和90°～180°之間變化;高壓側(cè)電流與低壓側(cè)電流相位差隨列車運(yùn)行方式的變化在0°～90°之間變化。因此，給阻抗匹配平衡變壓器差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來了困難。
本發(fā)明的目的是研究上述平衡變壓器的高低壓側(cè)電流的變化規(guī)律，推導(dǎo)出各相電流之間的關(guān)系。并研究一種理想的差動(dòng)保護(hù)接線方式電路及差動(dòng)保護(hù)短路電流的計(jì)算方法，以滿足該類變壓器差動(dòng)保護(hù)的需要。
本發(fā)明從理論上推導(dǎo)了阻抗匹配平衡變壓器高低壓側(cè)各相電流的大小關(guān)系，在此基礎(chǔ)上研究出了如附圖1及附圖2所示的平衡變壓器的差動(dòng)保護(hù)接線方式和短路電流的計(jì)算方法。
在附圖1中設(shè)阻抗匹配平衡變壓器3(變比為K)的高壓側(cè)A、B、C三相電流為IA、IB、IC-圖中9、10、11;低壓側(cè)兩相負(fù)荷電流為Iα、Iβ-圖中7、8，以Iα為參考向量推導(dǎo)出各相電流的大小及相位關(guān)系如下
由上式(4)和(6)可見IA-IC與Iα-Iβ同相位;由式(2)和(5)可見-IB與Iα+Iβ同相位。若將合適變比的三組電流互感器接入變壓器3的高低壓側(cè)，則可保證上述兩組電流在數(shù)值上相等或相近。這恰好滿足了差動(dòng)保護(hù)對(duì)接線方式的要求?；谶@種思想在附圖1的高壓側(cè)接有同規(guī)格、同變比的一組電流互感器1LH-圖中4(其變比為nL1)，低壓側(cè)接有同規(guī)格同變比的一組電流互感器3LH-圖中2(其變比為nL3)和2LH-圖中1(變比為nL2)。這樣，1LH的二次側(cè)電流(IA-IC)/nL1-圖中13與低壓側(cè)2LH的二次側(cè)電流(Iα-Iβ)/nL2-圖中15大小相等相位相同，以此兩電流為差動(dòng)臂接差動(dòng)繼電器1CJ-圖中5。1LH的二次側(cè)電流-IB/nL1-圖中12與低壓側(cè)3LH的二次側(cè)電流(Iα+Iβ)/nL3-圖中14大小相等相位相同，以此兩電流為差動(dòng)臂接差動(dòng)繼電器2CJ-圖中6。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)變壓器3的低壓側(cè)C相對(duì)地電流總是等于(Iα-Iβ)，因此也可只用一個(gè)電流互感器2LH接入C相引線上，在2LH的二次側(cè)即可得到(Iα-Iβ)/nL2，由此得到附圖2所示的差動(dòng)保護(hù)接線方式。附圖2所示的接線方式較附圖1所示的接線方式更為經(jīng)濟(jì)但效果相同。用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定選用哪種接線方式。
本發(fā)明的變壓器差動(dòng)保護(hù)接線方式，在正常運(yùn)行和發(fā)生外部故障時(shí)，兩差動(dòng)臂的電流相位相同的大小相近，流入差動(dòng)繼電器的電流僅為電流互感器的不平衡電流，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變壓器發(fā)生各種內(nèi)部短路故障時(shí)，差動(dòng)繼電器流入短路電流的二次值，差動(dòng)繼電器靈敏地動(dòng)作，切除短路故障，實(shí)現(xiàn)了可靠保護(hù)變壓器之目的。
上述差動(dòng)保護(hù)電路中變壓器高低側(cè)電流互感器1LH、2LH、3LH的變比選擇如下(1)首先按大于額定電流的原則選擇高壓側(cè)電流互感器1LH的變比nL1;
(2)按nL3/nL1=3]]>K確定電流互感器3LH的計(jì)算變比nL3，再按接近計(jì)算變比原則選擇實(shí)際變比nL3;
(3)按nL2/nL1＝K確定電流互感器2LH的計(jì)算變比nL2，再按接近計(jì)算變比的原則選擇實(shí)際變比;
由于電氣化鐵道經(jīng)常出現(xiàn)短時(shí)過載運(yùn)行，2LH的計(jì)算也可按大于計(jì)算變比的原則選擇實(shí)際變比nL2。由此，電流互感器不匹配(nL2/nL1≠K)而產(chǎn)生的不平衡電流可由差動(dòng)繼電器采取措施消除其影響。
差動(dòng)保護(hù)短路電流計(jì)算1.在差動(dòng)保護(hù)整定動(dòng)作電流時(shí)，外部故障最大短路電流計(jì)算(α，c，β三相短路)①低壓側(cè)短路電流計(jì)算
式中Ea為高壓側(cè)A相電勢(shì)拆合到低壓側(cè)對(duì)應(yīng)a相繞組的電勢(shì);
為系統(tǒng)最大運(yùn)行方式的阻抗
拆合到低壓側(cè)的值;
Z′I為變壓器高壓側(cè)繞組阻抗拆合到低壓側(cè)的值;
ZI為變壓器低壓側(cè)ac相和bc相的相繞組阻抗。
②高壓側(cè)短路電流計(jì)算
式中K為變壓器高低壓相繞組之比2.在校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)時(shí)，變壓器內(nèi)部故障最小短路電流的計(jì)算(α，β兩相間短路)①低壓側(cè)最小短路電流
式中
為系統(tǒng)最小運(yùn)行方式阻抗
拆算到低壓側(cè)的值，其它符號(hào)含義同上。
②高壓側(cè)短路電流
對(duì)本發(fā)明的接線方式及短路電流計(jì)算方法進(jìn)行了全面的動(dòng)模試驗(yàn)，內(nèi)容包括①各種正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)模試驗(yàn);
②各種外部故障時(shí)的動(dòng)模試驗(yàn);
③各種內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)模試驗(yàn);
④各種換相接入電源時(shí)的動(dòng)模試驗(yàn)。
各項(xiàng)目的動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果均獲得了理想的結(jié)果，充分證明所發(fā)明的保護(hù)接線方式原理正確，理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相符，實(shí)施方便，所用元件少、經(jīng)濟(jì)性好。電源采用各種換相接入變壓器時(shí)，差動(dòng)保護(hù)接線方式不需改變，且能滿足差動(dòng)保護(hù)的所有要求。
本發(fā)明的變壓器差動(dòng)保護(hù)接線方式短正方式計(jì)算方法，可用于電氣化鐵道供電系統(tǒng)阻抗匹配平衡變壓器的差動(dòng)保護(hù)的接線和整定計(jì)算。


附圖1中1-低壓側(cè)電流互感器2LH，其變比為nL2;
2-低壓側(cè)電流互感器3LH，變比為nL3;
3-阻抗匹配平衡變壓器高低壓繞組，其高壓側(cè)相繞組與低壓側(cè)三角形相繞組匝數(shù)之比為K;
4-高壓側(cè)電流互感器1LH，變比為nL1;
5、6-差動(dòng)繼電器1CJ、2CJ;
7、8-變壓器低壓側(cè)電流Iβ、Iα;
9、10、11-變壓器高壓側(cè)三相電流IA、IB、IC;
12、13-互感器1LH的二次側(cè)電流-IB/nL1，(IA-IC)/nL1;
14-互感器3LH的二次側(cè)電流(Iα+Iβ)/nL315-互感器2LH的二次側(cè)電流(Iα-Iβ)nL2;
16、17-差動(dòng)繼電器1CJ、2CJ的電流IJ1、IJ2。
附圖2中1-低壓側(cè)電流互感器2LH，其變比為nL2;
2-低壓側(cè)電流互感器3LH;變比為nL3;
3-阻抗匹配平衡變壓器繞組，變比為K;
4-高壓側(cè)電流互感器1LH，變比為nL1;
5、6-差動(dòng)繼電器1CJ、2CJ;
7、8、9-變壓器低壓側(cè)三相電流Iα、IC＝(Iα-Iβ)、Iβ;
10、11、12-變壓器高壓側(cè)三相電流IA、IB、IC13、14-互感器1LH的二次側(cè)電流(-IB/nL1)、(IA-IC)/nL1;
15-互感器3LH的二次側(cè)電流(Iα+Iβ)/nL3;
16-互感器2LH的二次側(cè)電流(Iα-Iβ)/nL2;
17、18-差動(dòng)繼電器電流IJ1、IJ2。
實(shí)施舉例1)被保護(hù)阻抗匹配變壓器的型號(hào)及參數(shù)型號(hào)SFY-20000/110-GY額定容量2000KVA高壓側(cè)額定電壓110KV±2×2.5%低壓側(cè)額定電壓27.5KV高壓側(cè)額定一次電流104.975A低壓側(cè)額定一次電流363.636A高壓相繞組與低壓三角形相繞組之比K＝2.8282)采用圖2所示差動(dòng)保護(hù)接線方式，設(shè)備選擇及注意事項(xiàng)①確定1LH的變比nL1一次額定電流 IA＝105A選取nL2＝50/5 型號(hào)LCWD-110 150/5②確定2LH的變比nL2計(jì)算變化 nL2＝KnL1＝423/5實(shí)際變化nL2400/5 型號(hào)選∠RD-35 400/5也可選擇實(shí)際變化nL2＝600/5，型號(hào)選LRD-35 600/5③確定3LH的變比nL3計(jì)算變比nL3＝3]]>KnL1＝734.996/5選取實(shí)際變比nL3＝ 750/5 型號(hào) LRD-35 750/權(quán)利要求
1.一種電氣化鐵道供電變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)，其特點(diǎn)是以阻抗匹配平衡變壓器低壓側(cè)電流Iα為參數(shù)向量，推導(dǎo)出變壓器高低壓側(cè)各相電流的關(guān)系為
在此基礎(chǔ)上研究出了平衡變壓器的差動(dòng)保護(hù)接線方式和差動(dòng)保護(hù)短路電流的計(jì)算方法，所研究的差動(dòng)保護(hù)接線方式中，變壓器的高低壓側(cè)接有適當(dāng)變比的電流互感器1LH、2LH、3LH，使得變壓器高壓側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流(IA-IC)/nL1及2LH的二次側(cè)電流(Iα-I2)/nL3大小相等相份相同，使(-IB/nL1)與3LH二次電流(Iα+Iβ)/nL3大小相等相位相同，以(IA-IC)/nL1與(Iα-Iβ)/nL2為差動(dòng)臂接差動(dòng)繼電器1CJ，以(-IB/nL1)與(Iα+Iβ)/nL3為差動(dòng)臂接差動(dòng)繼電器2CJ構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求Ⅰ所述的供電變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)，其特征是低壓側(cè)差動(dòng)臂電流(Iα-Iβ)/nL2既可由α相和β相兩個(gè)電流互感器獲得，也可由一個(gè)電流互感器2LH接入變壓器低壓側(cè)C相引線中獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求Ⅰ所述的供電變壓器繼電保護(hù)技術(shù)，其特征是電流互感器1LH，2LH，3LH的變化選擇原則如下(1)首先按大于額定電流的原則選擇高壓側(cè)電流互感器1LH的變比nL1;(2)按 (nL2)/(nL1) =K確定電流互感器2LH的計(jì)算變比nL2，再按接近或大于計(jì)算變比的原則選擇實(shí)際變比nL2;(3)按 (nL3)/(nL1) =3]]>K確定電流互感器3LH的計(jì)算變比nL3，再按接近計(jì)算變比的原則選擇實(shí)際比nL3。
4.根據(jù)權(quán)利要求Ⅰ所述的供電變壓器繼電保護(hù)技術(shù)，其特征是差動(dòng)保護(hù)短路電流的計(jì)算為(1)α、c、β三相短路時(shí)最大短路電流計(jì)算(a)低壓側(cè)短路電流
(b)高壓側(cè)短路電流
(2)α，β兩相短路最小短路電流的計(jì)算(a)低壓側(cè)最小短路電流
(b)高壓側(cè)短路電流
全文摘要
一種電氣化鐵道供電變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)。理論上推導(dǎo)了阻抗匹配平衡變壓器高低壓側(cè)各電流的大小和相位關(guān)系。只要選取合適變比的三組電流互感器1LH、2LH和3LH，可保證變壓器在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器可靠不動(dòng)作，而發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器能靈敏動(dòng)作切除短路故障。
文檔編號(hào)H02H3/34GK1078829SQ9210693
公開日1993年11月24日 申請(qǐng)日期1992年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月22日
發(fā)明者周有慶, 劉福生, 聶光前 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)