基于2次硬件移相的新型變壓器差動保護電流相位補償方案

陳永明，湯大海，劉 昶，孫東杰，姜正馳，馬駿毅，笪 濤

(國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司，江蘇 鎮江，212001)

0 引 言

傳統的變壓器差動保護電流相位補償方案有2種：一是基于硬件移相的電流相位補償方案[1-2]，比如YNd11變壓器三角側電流互感器(TA)的二次采用Y-12接線形式，同時星側TA的二次繞組采用d-11接線形式；二是通過軟件移相實現目標情況的電流相位補償，變壓器各側的TA二次繞組采用星形接法，利用算式和軟件程序來完成電流相位補償。文獻[3]和文獻[4]提出了一種新型變壓器相位補償方案：即先采用1次硬件補償，將YNd系列變壓器接線組別的相位補償問題轉化為現已實現的YNd11或YNd1接線的變壓器差動保護電流相位補償問題，再應用軟件相位補償，實現變壓器YNd類接線的差動保護電流相位補償。該文通過進一步分析YNd系列變壓器接線組別的特點，提出2種基于2次硬件補償的新型變壓器差動保護電流相位補償方案。

1 變壓器YNd接線組別分類

將YNd接線變壓器中的1、3、5、7、9和11點接線，分成YNd11系列和YNd1接線系列兩類[5]。其中，11點接線組別系列包括了3、7和11點3種形式，見圖1，(a)即11點接線系列的接線示意圖，(b)即11點接線形式的接線示意圖，(c)即3點接線形式的接線示意圖，(d)即7點接線形式的接線示意圖；1點接線組別系列包括了1、5和9點3種形式，見圖2，其中(a)即1點接線系列的接線示意圖，(b)即1點接線形式的接線示意圖，(c)即5點接線形式的接線示意圖，(d)即9點接線形式的接線示意圖。

圖1 YNd11系列變壓器接線圖Fig.1 YNd11 series transformer wiring diagram

圖2 YNd1系列變壓器接線圖Fig.2 YNd1 series transformer wiring diagram

2 新型變壓器相位補償方案1

2.1 YNd11與YNd3變壓器相位補償方案

結合圖1和圖2接線圖可知， 若將YNd1變壓器與YNd5變壓器的高壓側A、B、C各相電流看作同相，則YNd1變壓器與YNd5變壓器的低壓側繞組a、b、c各相電流對應相位關系為相差120°。同理，YNd11變壓器與YNd5變壓器的低壓側繞組a、b、c各相電流對應相位關系為反相，即相差180°，具體對應相位見表1。由表1可間接得到YNd11變壓器低壓側繞組與YNd1變壓器的低壓側繞組各相電流相位對應關系。

表1 YNd1、YNd5與YNd11變壓器低壓側繞組對應相位關系Table 1 Phase relationship of low voltage side winding of YNd1, YNd5 and YNd11 transformer

同理， YNd9與YNd3接線變壓器低壓側繞組各相電流相位關系是反相，即相差180°。YNd1接線變壓器與YNd9接線變壓器的低壓側繞組相電流關系，見表2。以YNd9為中間過渡，可得到YNd3接線變壓器與YNd1接線變壓器低壓側的繞組各相電流相位關系。

表2 YNd1、YNd9與 YNd3變壓器低壓側繞組對應相位關系Table 2 Phase relationship of low voltage side winding of YNd1, YNd9 and YNd3 transformer

結合表1和表2可得出YNd11接線變壓器與YNd3接線變壓器差動保護電流相位補償方案。即 由YNd11變壓器相位補償轉換為YNd5變壓器相位補償，再由YNd5變壓器相位補償轉換為YNd1變壓器相位補償；由YNd3變壓器相位補償轉換為YNd9變壓器相位補償，再由YNd9變壓器相位補償轉換為YNd1變壓器相位補償，通過這2次硬件相位補償的轉換，將3點或11點接線的變壓器差動保護電流相位補償問題轉變為1點接線變壓器差動保護電流相位補償問題，通過1點接線形式的微機變壓器差動保護裝置軟件相位補償，實現3點和11點接線情況的相位補償，圖3為具體原理接線示意。

圖3 YNd11和YNd3接線變壓器差動保護電流相位補償原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of current phase compensation principle for differential protection of YNd11 and YNd3 connected transformer

2.2 YNd1與YNd9變壓器相位補償方案

同理，將YNd1與YNd7接線變壓器高壓側繞組對應的各相電流同相，由圖1和圖2的接線形式可知YNd1與YNd7接線變壓器低壓側繞組各相電流相位關系為反相，即相差180°。再由YNd11與 YNd7接線的變壓器低壓側繞組各相電流關系，得到YNd1和 YNd11接線變壓器低壓側繞組的各相電流相位關系，見表3。

表3 YNd11、YNd7和YNd1變壓器低壓側繞組對應相位關系Table 3 Phase relationship of low voltage side winding of YNd11, YNd7 and YNd1 transformer

同理，由YNd9與YNd3接線變壓器低壓側繞組各相電流相位關系是反相，即相差180°。再由YNd11與YNd3接線的變壓器低壓側繞組各相電流關系，可得到YNd9接線與YNd11接線變壓器低壓側繞組的各相電流關系，見表4。

由表3和表4可得出YNd1接線變壓器和YNd9接線變壓器差動保護電流的相位補償方案。即由YNd1變壓器相位補償轉換為YNd7變壓器相位補償，再由YNd7變壓器相位補償轉換為YNd11變壓器相位補償；或由YNd9變壓器相位補償轉換為YNd3變壓器相位補償，再由YNd3變壓器相位補償轉換為YNd11變壓器相位補償，通過這2次硬件相位補償的轉換，將1點或9點接線變壓器的差動保護電流相位補償問題轉變為了11點接線變壓器差動保護電流相位補償問題，通過11點接線微機變壓器差動保護裝置軟件相位補償，實現1點和9點接線變壓器差動保護電流的相位補償，圖4為具體原理接線示意圖。

表4 YNd11、YNd3與YNd9變壓器低壓側繞組對應相位關系Table 4 Phase relationship of low voltage side winding of YNd11, YNd3 and YNd9 transformer

圖4 YNd1和 YNd9接線變壓器差動保護電流相位補償原理示意圖Fig.4 Schematic diagram of current phase compensation principle for differential protection of YNd1 and YNd9 connected transformer

3 新型變壓器相位補償方案2

3.1 YNd3與YNd7變壓器相位補償方案

YNd11變壓器接線圖如圖5(a)所示，若把YNd11變壓器接線圖的高壓側A、B、C各相樁頭變為C、B、A，低壓側繞組a、b、c各相樁頭變為c、b、a，如圖5(b)示。則會發現YNd11變壓器接線就變為了YNd1變壓器接線，由此可知YNd11變壓器與YNd1變壓器高壓側A、B、C和低壓側繞組a、b、c各相電流的對應相位關系，見表5。

圖5 YNd11和YNd1變壓器接線示意圖Fig.5 Wiring diagram of YNd11 and YNd1 transformer

表5 YNd11與YNd1變壓器繞組對應相位關系Table 5 Phase relationship between YNd11 and YNd1 transformer winding

利用上文YNd11變壓器與YNd3、YNd7變壓器的高壓側、低壓側各相電流相位關系，結合表5可分別得到YNd1變壓器與YNd11系列變壓器的高壓側、低壓側繞組相位關系，見表6。

表6 YNd1變壓器與YNd11系列變壓器繞組對應相位關系Table 6 Phase relationship between YNd1 transformer and YNd11 series transformer winding

由表6可得出YNd3和YNd7接線變壓器差動保護電流相位補償方案，即由YNd3或YNd7變壓器相位補償轉換為YNd11變壓器相位補償，再由YNd11變壓器相位補償轉換為YNd1變壓器相位補償，通過這2次硬件相位補償的轉換，將YNd3或YNd7變壓器的差動保護電流相位補償問題轉變為了1點接線的變壓器相位補償，通過該接線形式的微機變壓器差動保護裝置軟件相位補償，實現3點和7點接線情況的相位補償，圖6為具體原理接線示意圖。

圖6 YNd3和 YNd7接線變壓器差動保護電流相位補償原理示意圖Fig.6 Schematic diagram of current phase compensation principle for differential protection of YNd3 and YNd7 connected transformer

3.2 YNd5與YNd9變壓器相位補償方案

同理由上文可得到YNd1、YNd5與YNd9變壓器的高壓側、低壓側各相電流相位關系。結合表5可分別得到YNd11變壓器與YNd1系列變壓器的高壓側、低壓側繞組相位關系，見表7。

表7 YNd11變壓器與YNd1系列變壓器繞組對應相位關系Table 7 Phase relationship between YNd11 transformer and YNd1 series transformer winding

由表7可得出YNd5或YNd9接線變壓器差動保護電流相位補償方案。即由YNd5或YNd9變壓器相位補償轉換為YNd1變壓器相位補償，再由YNd1變壓器相位補償轉換為YNd11變壓器相位補償，通過這2次硬件相位補償的轉換，將YNd5或YNd9接線變壓器差動保護電流相位補償問題轉變為了11點接線情況，通過該接線形式的微機變壓器差動保護裝置軟件相位補償，實現5點和9點接線情況的相位補償，圖7為具體原理接線示意圖。

圖7 YNd5和YNd9接線變壓器差動保護電流相位補償原理示意圖Fig.7 Schematic diagram of current phase compensation principle for differential protection of YNd5 and YNd9 connected transformer

4 后備保護相關影響分析

YNd系列接線變壓器保護裝置的三角側電流回路為星型接線，符合后備保護對電流回路星型接法的需要，因此對實現被保護設備三角側后備保護電流測量無影響。方案1情況中，其變壓器保護裝置三角側電流回路通過變換相位接入差動保護裝置，此時，變壓器保護裝置的三角側各相電流回路與原相電流回路不對應，同時各相電流均為反相接入保護裝置，在此類情況中，方向元件的正確測量方向及故障錄波的各相電流標注均受影響，因此需要通過轉換電流相位，使電流恢復之前的各相對應關系。方案2情況中，由于改變接線形式使得YNd系列接線變壓器的星側和三角側的各相電流接入YNd1或YNd11微機變壓器差動保護裝置非原來的A、B、C或a、b、c各相電流回路，對后備保護來說，也需要還原原來相序的電流，才不影響保護裝置和方向元件的正確測量[6-8]。

5 結 語

YNd系列接線變壓器差動保護裝置的電流相位補償問題，由接入該保護裝置的相電流2次硬件實現移相轉換， 化簡歸類成YNd1或 YNd11接線情況下的問題，因此可利用現有的YNd1或 YNd11接線微機變壓器差動保護裝置的電流相位補償方案，實現YNd全系列接線的電流相位補償方案，該方案通過變壓器差動保護2次硬件補償加常用變壓器差動保護軟件補償共同實現，該方案不需要改動現有保護裝置內部的電流相位補償方案，且對二次回路改動小，實用便捷。