专利名称：电炉变压器纵差保护方法
技术领域：
本发明属于电力网系统继电保护领域，涉及电炉变压器纵差保护方法。
背景技术：
各种矿山冶冻企业(如轧钢厂等各种矿石冶炼厂)应用一种特殊性能及结构的电炉变压器，多为Y/△-11/△-11或Y-Y-12/△-11接线方式，高压侧电压为35～220Kv，低压侧输出电压为几十伏至200伏左右直接供电给电弧型电炉，产生高温来冶炼矿石。高压侧电压取自电力系统，基本稳定，低压侧电压可在广泛范围内(约50%)调压。
电炉变压器中有一种称为共铁芯式电炉变压器，其特点是主变压器及调压变压器共用一个铁芯，故称为共铁芯式。这种电炉变压器的保护装置在当前国内外都只是采用简单的过电流保护，保护性能差，当电炉变压器内部短路故障时(绝大多数为匣间短路或单相接地短路)经常出现过流保护拒动现象，致使电炉变压器烧毁，严重影响冶炼企业的安全生产。
电弧炉变压器的纵差保护方案可以采用传统的分侧差动保护方案，但该方案共需18个电流互感器，用户不愿接受，而采用本发明提出的高、中、低压测三点大差动纵差保护方案，可使电流互感器数量减小到9个，并且保护性能并不变差，且低压侧⊿接电流也不需要进行相位校正。该三点大差动纵差保护方案可以有效地反应电炉变压器的单相接地故障及匝间短路故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种保护性能高，需要电流互感器数量小的电炉变压器纵差保护方法。为实现上述目的，本发明的电炉变压器纵差保护方法采用高、中、低压侧三点大差动保护，步骤如下 (1)在电炉变压器的高、中压侧的每一相分别接入电磁式电流互感器，并在该电炉变压器的低压侧的每一相分别接入采用基于Rogowski线圈的电子式电流互感器，且高、中、低压侧电流互感器均为Y接； (2)由电炉变压器的高、中、低压侧电流互感器的测量值计算纵差保护的差动电流
、制动电流
，公式如下
式中IH、I中、IΔ分别为纵差保护高压侧、中压侧、低压侧电流互感器同相侧一次侧电流； (3)纵差保护为比率制动式，三相组成“或”门输出，动作方程为
式中
，启动电流
、拐点电流
、制动系数S为保护的整定值； (4)判断差动电流的大小是否满足制动方程的要求，若差动电流的大小满足制动方程的要求，则保护判定变压器发生区内故障，保护跳闸，若差动电流的大小不满足差动方程的要求，则保护判定变压器无区内故障发生，保护不动作。进一步的，本方法适用于Y/Y-12/△-11型电炉变压器。
进一步的，低压侧一次电流
为其二次输出电压信号的积分
，式中，u为罗氏线圈输出电压信号，K为比例系数，它取决于罗氏线圈的制作参数。
进一步的，所述步骤(3)中取
，
，S＝0.6，
为电炉变压器额定电流。
进一步的，低压侧一次电流
不进行相位校正。
本发明的电炉变压器纵差保护方法，不仅能有效地反应电炉变压器的故障并精确地动作，而且使电流互感器数量减小到9个，用于乐于接受，减少了投入经费，同时，低压侧电流互感器使用Rogowski线圈电流互感器，解决了传统电磁式电流互感器不能测量特别大电流的问题，并且本发明的方法使得电炉变压器的高、中、低压侧电流都不需要进行相位校正，简化了运算。
图1是本发明动作方程的二折线示意图； 图2是纵差保护内部高压绕组单相接地短路电流流动图； 图3是纵差保护范围外部单相接地短路电流流动图； 图4是DLn合闸时纵差保护范围外部d4点单相接地短路电流分布图。
具体实施例方式 本发明的电炉变压器纵差保护方法采用高、中、低压侧三点大差动保护，步骤如下 (1)在电炉变压器的高、中压侧的每一相分别接入电磁式电流互感器，并在该电炉变压器的低压侧的每一相分别接入采用基于Rogowski线圈的电子式电流互感器，且高、中、低压侧电流互感器均为Y接； (2)由电炉变压器的高、中、低压侧电流互感器的测量值计算纵差保护的差动电流
、制动电流
，公式如下
式中IH、I中、IΔ分别为纵差保护高压侧、中压侧、低压侧电流互感器同相侧一次侧电流； (3)纵差保护为比率制动式，三相组成“或”门输出，动作方程为
式中
，启动电流
、拐点电流
、制动系数S为保护的整定值,取
，
，S＝0.6，
为电炉变压器额定电流，可得到差动电流纵差保护的二折线特性曲线，如图1所示； (4)判断差动电流的大小是否满足制动方程的要求，若差动电流的大小满足制动方程的要求，即差动电流位于二折线特性曲线的上方制动区内，则保护判定变压器发生区内故障，保护跳闸，若差动电流的大小不满足差动方程的要求，即差动电流位于二折线特性曲线下方，则保护判定变压器无区内故障发生，保护不动作。
如图2所示，设d点发生高压绕组内部A相单相接地短路，短路电流
流过高压绕组的部分匝数W1(W1为接地点与绕组端部之间的匝数)，磁势
W1在低压侧感生流
，图中
＝
＇+
＂，不会在中压侧感生电流(因为高压绕组B、C相中无电流，牵制着中低压侧b、c相绕组中不容许有电流，故中压侧a相中也无电流)。
由TAH的正极性端流入，
为正值；
由TAL的负极性端流入，
为负值。
与
为幅值不等的穿越性短路电流，必然Ia△＜IAH(指标值)。
纵差A相
＜
，若
大，
小，则
小，
，保护动作；当然也可能
，保护拒动，两种情况都可能。
接地短路前正常运行中磁势IAHWH=Ia△WL，WH、WL为每相高低压绕组的匝数，
=
=NBy(正)，NBy(正)为正常运行时变压器高低压侧之间的变比。接地短路后，磁势IAHW1=Ia△WL，
=
=NBy(短)，NBy(短)为接地短路后变压器的变比。Ia△=IAHNBy(短)，高压绕组接地点位置改变，W1改变，随着接地点位置的改变改变了变压器的变比，W1＜WH，NBy(短)＜NBy(正)，短路后变比小了，Ia△减小，而平衡系数未变，则不平衡电流增大，Iop增大，使保护动作。
接地短路点越靠近变压器高压侧的端部，W1越小，NBy(短)越小，Ia△越小，Iap=IAH-Ia△越大，保护动作灵敏度越高。当在变压器高压绕组端部长(保护范围以内)单相接地短路时，W1=0，Ia△=0，Iop=IAH，保护动作灵敏度最高。反之，接地短路点越靠近变压器中性点时，W1越大，NBy(短)越大，Ia△越大，Iop=IAH-Ia△越小，保护灵敏度越低而拒动。
图3中，电炉变压器正常运行时高压绕组中性点不接地，若在正常运行中在保护范围外部(图中的d1点)发生A相单相接地短路，短路电流IAH虽然很大，但其不通过纵差保护的TAH，流经TAH一次侧的三相电流
为流经电炉变压器三相绕组的电流，该电流的零序分量为零(中性点不接地)，其感应到中压侧、低压侧的零序电流都为零，三点大差动保护的差动电流为其不平衡电流Iunb，小于其设定值，保护不动作。
图4中，DLN合闸过程中电炉变压器高压侧纵差保护外部输电线路d4点A点单相接地短路，流经TAH一次侧的三相电流
为流经电炉变压器三相绕组的电流，此电流只含零序电流
，无正序也无负序分量，它自TAH的负极性端流入，故为负值，即
。中压侧无零序电流流通的路径，因此感应到中压侧的三相电流
。感应到低压侧的三相电流
也只含零序电流，无正序也无负序分量，它自TAL的正极端流入，为正值；又TAL与TAH的变化关系为
,由
所以
a.△=
b.△=
c.△=
λON
Ag(标么值) 纵差保护的IOP、Ires三相完全相同，如故障相A相 lop.A=|
A.H+
a.中+
a.△|=|
A.H+0+
a.△| =|-
|=0 理论上为零，实为不平衡电流Iunb， Ires.A=
=
=
=
B、C相纵差保护的Iop、Ires与Iop.A、Ires.A分别相同。可见，DLn合闸过程中若伴随纵差保护外部单相接地短路，纵差保护三相均可靠地不动作，式中零序电流分配系数的定义为
=
，
=
， 0＜
＜1，0＜
＜1，
+
=1；
——单相接地短路点K与M侧之间的零序阻抗；
——单相接地短路点K与N侧之间的零序阻抗。
权利要求
1.一种电炉变压器纵差保护方法，其特征在于，采用高、中、低压侧三点大差动保护，步骤如下
(1)在电炉变压器的高、中压侧的每一相分别接入电磁式电流互感器，并在该电炉变压器的低压侧的每一相分别接入采用基于Rogowski线圈的电子式电流互感器，且高、中、低压侧电流互感器均为Y接；
(2)由电炉变压器的高、中、低压侧电流互感器的测量值计算纵差保护的差动电流
、制动电流
，公式如下
式中IH、I中、IΔ分别为纵差保护高压侧、中压侧、低压侧电流互感器同相侧一次侧电流；
(3)纵差保护为比率制动式，三相组成“或”门输出，动作方程为
式中
，启动电流
、拐点电流
、制动系数S为保护的整定值；
(4)判断差动电流的大小是否满足制动方程的要求，若差动电流的大小满足制动方程的要求，则保护判定变压器发生区内故障，保护跳闸，若差动电流的大小不满足差动方程的要求，则保护判定变压器无区内故障发生，保护不动作。
2.根据权利要求1所述的电炉变压器纵差保护方法，其特征在于用于Y/Y-12/△-11型电炉变压器。
3.根据权利要求2所述的电炉变压器纵差保护方法，其特征在于低压侧一次电流
为其二次输出电压信号的积分
，式中，u为罗氏线圈输出电压信号，K为比例系数，它取决于罗氏线圈的制作参数。
4.根据权利要求3所述的电炉变压器纵差保护方法，其特征在于所述步骤(3)中取
，
，S＝0.6，
为电炉变压器额定电流。
5.根据权利要求3所述的电炉变压器纵差保护方法，其特征在于低压侧一次电流
不进行相位校正。
全文摘要
本发明涉及电炉变压器纵差保护方法，所采用的高、中、低压侧三点大差动保护，不仅能有效地反应电炉变压器的故障并精确地动作，而且使电流互感器数量减小到9个，用于乐于接受，减少了投入经费，同时，低压侧电流互感器使用Rogowski线圈电流互感器，解决了传统电磁式电流互感器不能测量特别大电流的问题，并且本发明的方法使得电炉变压器的高、中、低压侧电流都不需要进行相位校正，简化了运算。
文档编号H02H7/045GK101800415SQ201010155730
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者刘志远, 赵国生, 李瑞生, 刘星, 杨恢宏 申请人:宁夏回族自治区电力公司, 许继电气股份有限公司, 许昌许继软件技术有限公司