電流互感器接線方式在發(fā)電廠典型設(shè)備的應(yīng)用原理分析

黃必成　譚華　童浪興　左宇

摘 要：介紹了電流互感器接線方式在發(fā)電廠循泵雙速電機及變壓器差動保護中的應(yīng)用原理，闡述了循泵雙速電機高、低速接線繞組變化時，以及傳統(tǒng)繼電器和微機型保護Ynd11接法變壓器差動保護中高、低壓側(cè)繞組的電流互感器的接線方法。通過相量圖形象地展示了變壓器繞組及電流互感器輸出電流的相量關(guān)系，并以某發(fā)電廠發(fā)變組保護為例，驗證了分析的正確性。

關(guān)鍵詞：電流互感器；雙速切換；差動保護；電流補償

中圖分類號：TM452? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0007-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.002

0? ? 引言

電流互感器（CT）是一種根據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換為二次側(cè)小電流的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于火電廠電力設(shè)備的保護、測量、計量等回路，起電流變換和電氣隔離作用[1]。電流互感器在三相電路中的常見接線方式主要有一相式接線、不完全星型接線、兩相電流差接線以及三相星型和角型接線。其中三相星型和角型接線使用的三相電流互感器能夠及時準(zhǔn)確地了解發(fā)電廠三相負荷的變化情況，可用于測量三相平衡和不平衡電流，故多用于電機（包括變壓器）的差動保護接線中[2]。由于三相電流互感器接線較為復(fù)雜，且電機繞組接線方式不同，電流互感器二次側(cè)接線也會隨之發(fā)生變化，故本文將分別對循泵雙速電機及變壓器這兩種典型的發(fā)電廠電機設(shè)備差動保護回路中電流互感器的應(yīng)用展開分析。

1? ? 循泵雙速電機

循環(huán)水泵（以下簡稱“循泵”）能夠?qū)⒃瓌訖C的機械能轉(zhuǎn)換為流體輸送的動能，在火電廠中的主要作用是向汽輪機凝汽器提供冷卻水[3]。由于季節(jié)不同，外界循環(huán)水溫不同，因此對于循泵電機的出力要求不同，電機轉(zhuǎn)速應(yīng)能相應(yīng)變換，以節(jié)省用電量。

式中：n為電機的同步轉(zhuǎn)速；f為電源頻率；p為電機的極對數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。

同等條件下，極對數(shù)p越小，則電機轉(zhuǎn)速越高；反之，則轉(zhuǎn)速越低。因此，可以通過改變電機的極數(shù)來改變電機的轉(zhuǎn)速，再加上變極調(diào)速節(jié)省投資易實現(xiàn)，故一般發(fā)電廠均采用基于變極原理的循泵雙速電機。

循泵電機高速狀態(tài)是通過將每相的多個定子繞組并聯(lián)以減少電機的極數(shù)來實現(xiàn)的，改變繞組連接最終會使得電機三相繞組呈現(xiàn)星型連接方式。低速狀態(tài)則是通過將每相的多個定子繞組串聯(lián)以增加電機的極數(shù)來實現(xiàn)的，改變繞組連接最終會使得電機三相繞組呈現(xiàn)角型連接方式[4]。電機繞組接線方式轉(zhuǎn)換如圖1所示。

在圖1中，當(dāng)接線柱取自X、Y、Z點且S1、S2、S3閉合時，則XB與XA間的繞組并聯(lián)，ZA與ZC間的繞組并聯(lián)，YB與YC間的繞組并聯(lián)，最終使電機繞組呈星型連接，旋轉(zhuǎn)磁場只有一對極，即p=1，電機為高速狀態(tài)。當(dāng)接線柱取自A、B、C點且S1、S2、S3斷開時，AB、BC、CA間繞組均串聯(lián)，最終使電機繞組呈角型連接，旋轉(zhuǎn)磁場有兩對極，即p=2，電機為低速狀態(tài)。

循泵電機的差動保護是通過高壓開關(guān)側(cè)的CT及電機繞組中性點側(cè)CT共同實現(xiàn)的。當(dāng)電機繞組的接線方式不同時，為了使電機正常運行時無差流，繞組側(cè)CT的接線方式也應(yīng)隨之改變。

1.1? ? 循泵電機高速

當(dāng)循泵電機為高速時，其每相定子繞組由多個繞組并聯(lián)組成，且呈星型連接方式。當(dāng)電機定子繞組最終呈星型連接時，為采集差流，高壓開關(guān)側(cè)CT及電機繞組側(cè)CT也均采用星型連接，此時電流互感器接線方式及電流方向如圖2所示。

此時，如循泵電機正常運行，高壓開關(guān)側(cè)的CT及電機繞組中性側(cè)CT所輸出電流大小相等、方向相同，差流為0。而當(dāng)循泵電機發(fā)生接地等故障時，兩側(cè)差流若大于定值，則差動保護動作斷開開關(guān)，對循泵電機起保護作用。

1.2? ? 循泵電機低速

當(dāng)循泵電機為低速時，其每相定子繞組由多個繞組串聯(lián)組成，且呈角型連接方式。當(dāng)電機定子繞組呈角型連接時，為采集差流，高壓開關(guān)側(cè)CT仍為星型接法，而電機繞組側(cè)CT須切換為角型接法，電流互感器接線方式及電流方向如圖3所示。

此時，如循泵電機正常運行，高壓開關(guān)及電機繞組中性兩側(cè)差流為0。當(dāng)循泵電機發(fā)生接地等故障時，兩側(cè)差流若大于定值，則差動保護動作斷開開關(guān)。

2? ? 發(fā)變組變壓器

發(fā)變組是發(fā)電機變壓器組的簡稱，指的是單元式發(fā)電系統(tǒng)，即發(fā)電機出線直接接至變壓器。變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，是輸配電的主設(shè)備。

發(fā)變組變壓器（主變）為升壓變壓器，由于我國110 kV以上系統(tǒng)多為中性點直接接地系統(tǒng)，因此與母線相連的高壓側(cè)繞組連接方式為星型接地[5]；而為了消除三次諧波，防止引起電網(wǎng)電壓波形畸變，與發(fā)電機直接相連的低壓側(cè)繞組連接方式為角型連接。常采用的繞組連接組別為Ynd11接線，如圖4所示。

2.1? ? 三相變壓器連接組別

三相變壓器繞組連接組別多使用鐘表法，即通過字母及時序數(shù)表示高低壓側(cè)繞組的連接方式。以Ynd11接線為例，其表示變壓器一次繞組為星型接地接法，二次繞組為角型接法，且二次繞組的電勢相量滯后于一次繞組相量30°，形象地表示低壓側(cè)電勢相量指向鐘表時針11點位置。

使用鐘表法，以A相為例展開分析，假設(shè)高壓側(cè)A與低壓側(cè)a等電位，由于圖4中變壓器高低壓側(cè)繞組的繞向相反，同名端標(biāo)號亦相反，故變壓器高低壓側(cè)A相的相電勢方向相同，均從末端指向首端。則高低壓側(cè)相量圖如圖5所示。

由圖5可得，低壓側(cè)繞組線電勢超前高壓側(cè)繞組線電勢30°，為Ynd11點接線。

2.2? ? 變壓器傳統(tǒng)CT接法

Ynd11接線變壓器傳統(tǒng)差動電流保護是直接通過繼電器實現(xiàn)其動作，差電流是直接通過CT二次接線方式來實現(xiàn)的。由于變壓器高低壓側(cè)繞組接線方式不同，若兩側(cè)繞組所接CT接線方式相同，則正常運行情況下將存在差電流進入繼電器，差動保護繼電器可能誤動作。因此，Ynd11接線變壓器電流互感器接線方式如圖6所示。

2.3? ? 變壓器新式CT接法

隨著繼電保護技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在微機型繼電保護裝置早已全面應(yīng)用。由于微機型保護裝置能進行自我運算，對于不同連接組別的變壓器差動保護的高、低壓側(cè)CT接法方式不再做特殊要求，而是通過軟件算法補償實現(xiàn)差動保護計算。現(xiàn)在變壓器高、低壓側(cè)CT一般均采用星型連接，仍以Ynd11接線變壓器為例，其電流互感器接線方式如圖8所示。

3? ? 算例分析

根據(jù)上文中所得微機型保護裝置計算補償遵循原理，以某電廠發(fā)變組差動保護為例，分析CT在現(xiàn)代發(fā)變組保護中的應(yīng)用。

4? ? 結(jié)束語

電流互感器在電力系統(tǒng)中運用廣泛，可將大電流轉(zhuǎn)換為小電流運用于設(shè)備計量、測量、保護等。為適用于現(xiàn)場繁雜的設(shè)備狀況，其接線形式也多種多樣，但大多較為簡單直接。本文選擇電廠中較為復(fù)雜的兩類設(shè)備——雙速電機及變壓器，對其采用的電流互感器接線方法及原理進行了詳細論述，并通過算例分析介紹了南瑞發(fā)變組PCS-985型差動保護的校驗方法，驗證了本文對于電流互感器接線方法分析的正確性，對于行業(yè)內(nèi)電流互感器使用時的接線方法采用及故障分析具有良好的指導(dǎo)作用。

[參考文獻]

[1] 劉剛，熊小伏，廖瑞金，等.泄漏電流對電流互感器誤差特性的影響及分析[J].電工技術(shù)學(xué)報，2018，33（3）：697-704.

[2] 王煜.電流互感器及其在差動保護中應(yīng)用的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2019.

[3] 陳華杰，金金銘.發(fā)電廠大型雙速電機的差動保護配置與整定[J].神華科技，2017，15（6）：50-53.

[4] 杜靖宇，陳華杰，李少波.發(fā)電廠循環(huán)水泵雙速改造分析[J].浙江電力，2016，35（9）：49-52.

[5] 丁網(wǎng)林，駱健，劉強.零序電流對數(shù)字變壓器差動保護Y，d矢量變換的影響及對策[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（5）：56-58.

收稿日期：2023-03-21

作者簡介：黃必成（1995—），男，江西撫州人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護。