自耦變壓器公共繞組及低壓側套管電流計算

王子奕，李燕飛，鄒曉虎，肖俊先

（湖南省湘電試驗研究院有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引 言

自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，其具有造價低、損耗低、體積小、重量輕等顯著優點[1]，已在我國電力系統的高壓、超高壓、特高壓領域中得到了廣泛的應用[3]。但由于自耦變壓器與傳統變壓器的結構不同，自耦變壓器存在公共繞組，其繼電保護要求需分相將公共繞組套管引出并配有電流互感器，用于自耦變壓器公共繞組過負荷保護[7]與變壓器分側差動保護。同時由于我國500 kV及以上變電站自耦變壓器大量采用（Yn，a0，d11）結構，需要低壓（d11）側套管分相引出并安裝電流互感器在其回流母線之前，用于小區差動保護。在自耦變壓器投運現場，高、中壓側帶低壓側電容器組運行時，很多繼電保護調試人員往往只記錄了投運過程中分側差動保護與小區差動保護差流接近為0 A，而不太重視此時公共繞組CT與低壓側套管CT電流的幅值及相位的正確性，將不利于當在投運現場萬一發生電氣故障或安裝接線錯誤時的故障分析。而本文則將介紹與總結當單相自耦變壓器在投運過程中，繼電保護調試人員在自耦變壓器高、中壓側帶低壓側電容器組運行時，如何利用電容器組電容電流檢驗公共繞組CT與低壓側套管CT的電流幅值與相位的正確性，確保自耦變壓器安全投入運行。

1 自耦變壓器公共繞組電流分析

自耦變壓器的一次繞組AX是由其二次繞組aX和Aa串聯所組成的，如圖1所示。其中，繞組aX是一次繞組和二次繞組所共有的，一、二次繞組它們不但有磁的聯系，還有電的聯系[6]，其aX為公共繞組，也叫串聯繞組。

現場單相自耦變壓器在投運過程中的方案通常會先以高壓側帶低壓側電容器組運行，利用電容器組的無功功率電流來校驗變壓器高低壓側斷路器CT，套管CT及公共繞組CT電流的幅值及相位的正確性。在圖1，以A相為例，當高壓側單獨帶低壓側電容器組運行時無功功率電流流過高壓側斷路器CT1與公共繞組CT5，此時變壓器中壓側斷路器為斷開狀態，無電流經過中壓側斷路器CT2，因此變壓器一次繞組AX與二次繞組aX、Aa流過的無功功率電流實際上為同一電流，所以其幅值相等，相位相同，則：

圖1 高壓側帶低壓側電容器組運行

因分側差動保護由高壓側斷路器CT、中壓側斷路器CT、公共繞組CT構成[2]，它們的極性相反，所以：

由式（2）得出此時變壓器保護分側差動保護的差流為0 A，調試人員所測得的高壓側斷路器CT1與公共繞組CT5的二次電流應幅值相等，相位相差180°。

同理，當變壓器高壓側帶低壓側電容器組運行檢查完畢后，以變壓器中壓側帶低壓側電容器組運行時，其無功功率電流流過中壓側斷路器CT與公共繞組CT，因此時高壓側斷路器為斷開狀態無電流經過，所以也為同一電流，其幅值相等，相位相同，則：

同樣因中壓側斷路器CT與公共繞組CT極性相反，所以：

由式（4）得出此時變壓器分側差動保護差流為0 A，調試人員所測得的中壓側斷路器CT2與公共繞組CT5的二次電流應幅值相等，相位相差180°。

2 自耦變壓器低壓側套管CT電流分析

低壓側小區差動保護是由低壓側三角形兩相繞組內部TA和一個反映兩相繞組差電流的外附TA構成的差動保護。以A相為例，小區差動保護由圖2中TA2、TA5和TA3構成[5]。

圖2 自耦變壓器高低壓側接線圖

在現場實際接線中，由于自耦變壓器低壓側會有一個回流母線（見圖3），（Yn，a0，d11）自耦變壓器低壓側是在引線引出套管后在回流母線上繞接成三角形接線，圖2中低壓側TA3、TA6、TA9斷路器CT安裝位置在回流母線之后，根據（Y，d11）變壓器相位關系可知，流過低壓側任意電流的相位將超前高壓側電流30°[4]。

變壓器低壓側可以單獨看作為一個三角形接線系統，當低壓側電流方向為流出變壓器流入低壓側母線時，線電流的瞬時值或向量等于相應兩個相電流的瞬時值或向量之差，即：

圖3 （Yn，a0，d11）結構自耦變壓器

正常情況下，低壓側電流基本上為對稱的正弦負載電流，三角形接線方式中線電流與相電流的關系則如圖4所示。

圖4 三角形連接電流向量圖

由圖4得：

3 計算舉例

某變電站三側自耦變壓器容量為33 400 kVA，其高、中、低壓側的額定電壓分別為525 kV、230 kV與36 kV，設投運電容器組的額定無功功率容量為60 120 kvar時，求當自耦變壓器高、中壓側帶此電容器組運行，其低壓側套管CT與低壓側斷路器CT電流的幅值大小及相位關系，及公共繞組CT與高壓側斷路器CT、中壓側斷路器CT電流的幅值大小及相位關系。

因低壓側電容器組為向變壓器方向側發出無功功率，此時高中壓側帶電容器組運行時低壓側電流方向如圖5所示。

圖5 高中壓側帶電容器組運行時無功電流流向圖

圖6 三角形連接電流流向圖

由式（8）可畫出圖7：

圖7 低壓側電流相位關系

4 結 論

本文的分析結論為大型自耦變壓器投運過程中，由高壓側及中壓側單獨帶低壓側電容器組運行時，現場繼電保護作業人員計算并校驗公共繞組CT與高壓側斷路器CT、中壓側斷路器CT電流的幅值大小及相位的正確性，及低壓側套管CT與低壓側斷路器CT電流的幅值大小及相位的正確性關系上提供了指導，便于在投運過程中迅速判斷自耦變壓器各側CT二次回路的電流的準確性及萬一變壓器發生故障及接線錯誤時的分析提供了參考，且有利于幫助現場繼電保護作業人員判斷分側差動保護、小區差動保護的準確性，確保自耦變壓器的安全穩定運行，對現場作業具有指導意義。