0簡介

斯科特接線平衡干式變壓器(又稱T型接線干式變壓器)是較早的三相兩相平衡干式變壓器，其內(nèi)部由兩個(gè)單相干式變壓器組成。在工業(yè)電力發(fā)展的早期，當(dāng)三相輸電模式剛剛建立時(shí)，人們使用斯科特接線干式變壓器來實(shí)現(xiàn)三相系統(tǒng)和兩相系統(tǒng)(或兩個(gè)單相系統(tǒng))的互聯(lián)。目前，平衡干式變壓器主要用于電氣化鐵路、工頻感應(yīng)爐等大容量單相負(fù)荷接入三相電力系統(tǒng)時(shí)，以減少單相負(fù)荷對(duì)三相電網(wǎng)的負(fù)序影響。與其他平衡干式變壓器相比，斯科特干式變壓器具有接線簡單、易于分接和調(diào)壓、二次側(cè)兩相電氣先立等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用廣泛。

但由于干式變壓器的特殊性，差動(dòng)保護(hù)的電流互感器接線平衡公式不同于傳統(tǒng)的Y/d-11接線電力干式變壓器。早期的晶體管繼電保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)采用兩個(gè)繼電器。在微機(jī)保護(hù)閾值下，根據(jù)斯科特牽引干式變壓器的電流變換關(guān)系，推導(dǎo)出多種差動(dòng)平衡公式。針對(duì)目前主流差動(dòng)保護(hù)方案的不足，提出了一種完整的差動(dòng)保護(hù)方案。

1干式變壓器差動(dòng)保護(hù)

斯科特干式變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線方式如圖1所示。

1.1差分方案

該方案是斯科特干式變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)實(shí)際應(yīng)用中較常見的方案。

1.1.1差動(dòng)電流平衡公式

1.1.2差動(dòng)流量計(jì)算公式

相位差動(dòng)態(tài)電流：

a相制動(dòng)電流：

圖1斯科特干式變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線方式

B相和C相動(dòng)態(tài)電流和制動(dòng)電流的計(jì)算方法相似。其中Kph=1/KXn2/n1為平衡系數(shù)；N 1為干式變壓器高壓側(cè)CT變比；N 2為干式變壓器低壓側(cè)CT變比；K=W1/W2為干式變壓器高低端繞組匝數(shù)比。

1.1.3浪涌制動(dòng)邏輯

涌流制動(dòng)采用二次諧波或邏輯制動(dòng)。

1.2差分方案2

1.2.1差動(dòng)電流平衡公式

1.2.2差動(dòng)流量計(jì)算公式

相位差動(dòng)態(tài)電流：

a相制動(dòng)電流：

b相位差動(dòng)態(tài)電流和制動(dòng)電流的計(jì)算方法類似。

1.3浪涌制動(dòng)邏輯

勵(lì)磁涌流制動(dòng)邏輯采用改進(jìn)的二次諧波制動(dòng)方案，結(jié)合DC升壓原理，根據(jù)干式變壓器空載時(shí)差動(dòng)電流中的DC含量自適應(yīng)調(diào)整二次諧波制動(dòng)系數(shù)。并在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化：

K0=Ido/Idi (7)

k0為10%時(shí)，kxb 2=Kset 2-0.02；

當(dāng)K0為20%時(shí)，kxb 2=kset 2-0.04；

當(dāng)K0為30%時(shí)，kxb 2=kset 2-0.06；

當(dāng)Kxb2=Kset2/2.0時(shí)，kxb 2=Kset 2/2.0。

其中K0是DC分量與基波分量的比值；Kset2為二次諧波制動(dòng)系數(shù)的設(shè)定值；

Kxb2為二次諧波實(shí)時(shí)制動(dòng)系數(shù)。

分段法主要是從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，減少計(jì)算過程中由于波形不規(guī)則導(dǎo)致的二次諧波制動(dòng)系數(shù)的頻繁變化。

1.4比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

比率差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行特性如圖2所示。

圖2比率差動(dòng)保護(hù)的運(yùn)行特性

兩種方案的分析與仿真

2.1理論分析

1)方案1是三相差動(dòng)繼電器，方案2是將差動(dòng)繼電器減為兩相，所以實(shí)現(xiàn)方法要簡單；并且方案1中C的相位差與方案2中A的相位差相同。

2)方案二物理意義明顯，實(shí)際上可以理解為兩臺(tái)單相干式變壓器的特殊差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)整定值可以單先設(shè)定，增加了保護(hù)的靈活性。

3)方案2中，勵(lì)磁涌流制動(dòng)原理采用二次諧波分相制動(dòng)方式，二次諧波系數(shù)采用DC分量輔助的分段取值法，使得差動(dòng)保護(hù)更加可靠

5)電力機(jī)車在分區(qū)空載啟動(dòng)投入運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的和應(yīng)涌流，其中含有較大的二次諧波分量。如果此時(shí)牽引干式變壓器出現(xiàn)輕微內(nèi)部故障，會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。此時(shí)有兩種情況：如果機(jī)車運(yùn)行階段與故障階段相同，則方案；1.移動(dòng)速度與方案二相同；如果機(jī)車運(yùn)行階段與故障階段不同，方案2的動(dòng)作速度比方案1快。

6)當(dāng)M座線圈發(fā)生匝間短路或高壓側(cè)A、C相區(qū)發(fā)生接地時(shí)，方案1的C相位差和方案2的A相位差都能反映出這種故障，兩種方案的靈敏度相同。

7)當(dāng)T型座線圈發(fā)生匝間短路或高壓側(cè)B相區(qū)域發(fā)生接地時(shí)，方案1中的A相和B相以及方案2中的B相可以反映此故障。但由于方案二采用線路電流模式，其整定值一般比方案一的相電流模式根數(shù)低3倍。但對(duì)于同樣的故障電流，定值低時(shí)靈敏度更高。

根據(jù)以上分析，方案2的靈敏度總體上優(yōu)于方案1

2.2REDS仿真模型

斯科特干式變壓器實(shí)際上可以理解為兩個(gè)特殊的單相干式變壓器，所以這個(gè)模型是通過結(jié)合兩個(gè)自耦干式變壓器模型直接實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。

圖3斯科特干

干式變壓器高壓側(cè)額定容量75MVA，電壓等級(jí)11-KV/27.5KV;短路阻抗：Xac=1.452 ，Xb=26.136 繞組電阻RA=1.452 ，RB=RC=0.968歐姆，Ra=Rb=0.242 牽引網(wǎng)為直供模式。

2.3 REDS仿真

模擬在調(diào)整干式變壓器分接頭時(shí)，帶負(fù)荷情況下發(fā)

生低壓側(cè)區(qū)外AB相經(jīng)過渡電阻短路，故障波形如圖4。

表1根據(jù)該波形，列出了故障前后兩個(gè)方案差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的比較數(shù)據(jù)。

正常情況下，如果發(fā)生區(qū)外故障，制動(dòng)電流會(huì)變大，但是從波形數(shù)據(jù)分析可得：

注：電流10A/div;時(shí)間38ms/div

圖4 區(qū)外故障波形圖

表1差動(dòng)電流與制動(dòng)電流比較數(shù)據(jù)

方案1，在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，B相差動(dòng)電流變大為0.47，但是制動(dòng)電流反而由1.06A變小為0.72A。此時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況，取決于差動(dòng)保護(hù)的門檻定值和較好個(gè)拐點(diǎn)電流定值，如果差動(dòng)門檻較高，拐點(diǎn)電流較小，則保護(hù)不容易誤動(dòng)。但是當(dāng)差動(dòng)門檻定值整定較低(0.40A)、較好個(gè)拐點(diǎn)電流較大(0.70A)的時(shí)候，差動(dòng)保護(hù)僅靠差動(dòng)門檻來進(jìn)行制動(dòng)，差動(dòng)保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。如果要躲避該故障時(shí)誤動(dòng)的可能性，需提高差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻，此方法將影響差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。#p#分頁標(biāo)題#e#

而方案2，在發(fā)生該故障時(shí)，B相差動(dòng)電流變化不大，都很小，而制動(dòng)電流明顯增大，與正常預(yù)期相符，肯定不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)。

此外還對(duì)變壓區(qū)內(nèi)、外故障，空充干式變壓器、及空充于故障等各種情況進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，差動(dòng)方案2的整體表現(xiàn)良好，且優(yōu)于方案1。典型的仿真結(jié)果見表2

2.4適用范圍

牽引網(wǎng)無論是直接供電(DF)方式、帶回流線的直接供電(DN)方式、自耦干式變壓器供電(AT)方式，對(duì)于牽引干式變壓器而言都可以理解為負(fù)載，不會(huì)影響干式變壓器差流平衡公式，故此差動(dòng)保護(hù)方案2對(duì)于負(fù)載為AT方式的牽引網(wǎng)也同樣適用。

表2典型的仿真結(jié)果

3結(jié)論

1)方案2采用兩相差動(dòng)方式，結(jié)合自適應(yīng)調(diào)整二次諧波制動(dòng)系數(shù)的分相制動(dòng)原理，大大提高了差動(dòng)保護(hù)的整體性能。

2)從理論分析和RTDS數(shù)字仿真的結(jié)果看，方案2完全滿足Scott干式變壓器差動(dòng)保護(hù)的要求，且

在靈敏度和可靠性方面都要優(yōu)于方案1。