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　　摘要：在微機(jī)保護(hù)條件下，根據(jù)Scott牽引變壓器的電流變換關(guān)系，衍生出了多種差動(dòng)平衡公式。本文針對(duì)目前主流差動(dòng)方案的不足，提出了一套完整的差動(dòng)保護(hù)方案。

        引言
　　
　　Scott接線平衡變壓器（又稱T形接法變壓器）是zui早出現(xiàn)的三相-兩相平衡變壓器，內(nèi)部由兩臺(tái)單相變壓器構(gòu)成）。在電力工業(yè)發(fā)展初期，三相輸電方式剛剛確立時(shí)，人們就利用Scott接線變壓器實(shí)現(xiàn)三相系統(tǒng)與兩相系統(tǒng)（或兩個(gè)單相系統(tǒng)）之間的互聯(lián)?，F(xiàn)在，平衡變壓器主要用于大容量單相負(fù)荷接入三相電力系統(tǒng)的場(chǎng)合，如電氣化鐵道、工頻感應(yīng)爐等，用以減少單相負(fù)荷對(duì)三相電網(wǎng)造成的負(fù)序影響。同其它接線形式的平衡變壓器相比，Scott變壓器具有接線簡(jiǎn)單、便于分接調(diào)壓、二次側(cè)兩相電氣獨(dú)立等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用廣泛。
　　
　　但是由于該變壓器的特殊性，其差動(dòng)保護(hù)的電流互感器接線平衡公式與傳統(tǒng)的Y/d-11接線方式的電力變壓器不同，在早期的晶體管繼電保護(hù)中，差動(dòng)保護(hù)采用兩繼電器方式。在微機(jī)保護(hù)條件下，根據(jù)Scott牽引變壓器的電流變換關(guān)系，衍生出了多種差動(dòng)平衡公式。本文針對(duì)目前主流差動(dòng)方案的不足，提出了一套完整的差動(dòng)保護(hù)方案。
　　
　　1、Scott變壓器差動(dòng)保護(hù)
　　
　　Scott變壓器差動(dòng)保護(hù)接線方式如圖1所示。
　　
　　1.1差動(dòng)方案
　　
　　該方案為現(xiàn)場(chǎng)Scott變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)實(shí)際應(yīng)用中zui普遍的一種。
　　
　　1.1.1差流平衡公式　　
　　1.1.2差流計(jì)算公式
　　
　　A相差動(dòng)電流：　　
　　A相制動(dòng)電流：　　　　
　　B相、C相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流計(jì)算方法類似。式中：Kph=1/KXn2/n1為平衡系數(shù);n1為變壓器高壓側(cè)CT變比;n2為變壓器低壓側(cè)CT變比;K=W1/W2為變壓器高低側(cè)繞組匝數(shù)比。
　　
　　1.1.3涌流制動(dòng)邏輯
　　
　　涌流制動(dòng)采用2次諧波“或”邏輯制動(dòng)。
　　
　　1.2差動(dòng)方案2
　　
　　1.2.1差流平衡公式　　
　　1.2.2差流計(jì)算公式
　　
　　A相差動(dòng)電流：　　
　　A相制動(dòng)電流：　　
　　B相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流計(jì)算方法類似。
　　
　　1.3涌流制動(dòng)邏輯
　　
　　涌流制動(dòng)邏輯采用改進(jìn)型的2次諧波制動(dòng)方案，該方案結(jié)合直流助增原理，在變壓器空充時(shí)，根據(jù)差動(dòng)電流中的直流含量自適應(yīng)調(diào)節(jié)2次諧波制動(dòng)系數(shù)。并在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化：
　　
　　K0=Ido/Idi（7）
　　
　　當(dāng)K0>10%時(shí)，Kxb2=Kset2-0.02;
　　
　　當(dāng)K0>20%時(shí)，Kxb2=Kset2-0.04;
　　
　　當(dāng)K0>30%時(shí)，Kxb2=Kset2-0.06;
　　
　　當(dāng)Kxb2<Kset2/2.0時(shí)，Kxb2=Kset2/2.0.
　　
　　式中：K0為直流分量與基波分量的比值;Kset2為2次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值;
　　
　　Kxb2為2次諧波實(shí)時(shí)制動(dòng)系數(shù)。
　　
　　采用分段方式，主要是從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，減少計(jì)算過(guò)程中由于波形不規(guī)則導(dǎo)致二次諧波制動(dòng)系數(shù)的頻繁變化。
　　
　　1.4比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性
　　
　　比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性如圖2所示。　　　　
　　2、兩種方案分析與仿真
　　
　　2.1理論分析
　　
　　1）方案1為3相繼電器差動(dòng)，方案2為將差動(dòng)繼電器減化為2相，因此在實(shí)現(xiàn)方式上要簡(jiǎn)單;且方案1中的C相差動(dòng)，與方案2中的A相差動(dòng)相同。
　　
　　2）方案2物理意義明顯，實(shí)際上可以理解為特殊的兩個(gè)單相變壓器差動(dòng)保護(hù)，可以分開(kāi)整定保護(hù)定值，增加了保護(hù)的靈活性。
　　
　　3）方案2涌流制動(dòng)原理采用2次諧波分相制動(dòng)方式，且2次諧波系數(shù)采用直流分量助增的分段取值法，使差動(dòng)保護(hù)在空充故障變壓器時(shí)能快速動(dòng)作，同時(shí)又保證了空充正常變壓器時(shí)可靠不誤動(dòng)。
　　
　　4）在正常運(yùn)行過(guò)程中，傳統(tǒng)的交直電力機(jī)車會(huì)產(chǎn)生較大的3、5、7次諧波，而交直交型的動(dòng)車組，17~21、41~51次區(qū)域諧波明顯，但此時(shí)流過(guò)變壓器的電流為穿越性電流，對(duì)兩個(gè)差動(dòng)保護(hù)方案影響都不大。
　　
　　5）在電力機(jī)車啟動(dòng)與過(guò)分區(qū)空載投入時(shí)，可能產(chǎn)生較大的和應(yīng)涌流，含有較大的二次諧波分量，如果此時(shí)牽引變壓器發(fā)生內(nèi)部輕微故障，會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。此時(shí)分兩種情況：如果機(jī)車運(yùn)行相與故障相相同，方案;1與方案2的動(dòng)作速度相同;如果機(jī)車運(yùn)行相與故障相不相同，則方案2的動(dòng)作速度要快于方案1。
　　
　　6）當(dāng)M座線圈發(fā)生匝間短路或者高壓側(cè)A、C相區(qū)內(nèi)接地時(shí)，方案1的C相差動(dòng)與方案2的A相差動(dòng)都可反應(yīng)此故障，兩個(gè)方案的靈敏度相同。
　　
　　7）當(dāng)T座線圈發(fā)生匝間短路或者高壓側(cè)B相區(qū)內(nèi)接地時(shí)，方案1的A、B相和方案2的B相差動(dòng)都可以反應(yīng)此故障，但由于方案2采取了線電流方式，定值整定一般為方案1中相電流方式的根號(hào)下3倍。而對(duì)于相同大小的故障電流，定值低的靈敏度要高。
　　
　　根據(jù)以上分析，方案2的靈敏度在整體上要優(yōu)于方案1
　　
　　2.2REDS仿真模型
　　
　　Scott變壓器實(shí)際上可以理解為特殊的兩個(gè)單相變壓器，因此該模型直接通過(guò)兩個(gè)自耦變壓器模型組合實(shí)現(xiàn)，如圖3。　　　　
　　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=1.452Ω，Xb=26.136Ω;繞組電阻RA=1.452Ω，RB=RC=0.968歐姆，Ra=Rb=0.242Ω;牽引網(wǎng)為直供模式。
　　
　　2.3REDS仿真
　　
　　模擬在調(diào)整變壓器分接頭時(shí)，帶負(fù)荷情況下發(fā)
　　
　　生低壓側(cè)區(qū)外AB相經(jīng)過(guò)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：
　　　　
　　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*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）、*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(lái)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。
　　
　　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(jiàn)表2
　　
　　2.4適用范圍
　　
　　牽引網(wǎng)無(wú)論是直接供電（DF）方式、帶回流線的直接供電（DN）方式、自耦變壓器供電（AT）方式，對(duì)于牽引變壓器而言都可以理解為負(fù)載，不會(huì)影響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。
　　　　
　　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*Scott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。