大功率整流变压器组差动保护方法
【专利摘要】本发明涉及整流变压器组差动保护及继电保护配置，尤其是一种大功率整流变压器组差动保护方法。其特点是，包括如下步骤：第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中转换成FT3格式电流电压信号，接入数字化合并器；第二步：将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保护装置；第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动电流，实现相关计算和判断。本发明保护方法完善了整流变压器组继电保护配置，从而进一步提高保护装置对整流变压器区内外故障和整流机组故障的识别能力。
【专利说明】大功率整流变压器组差动保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及整流变压器组差动保护及继电保护配置，尤其是一种大功率整流变压 器组差动保护方法。
【背景技术】
[0002] 在冶金、电化学企业，生产中一般采用大功率整流装置供电。即将35_500kV电压 等级的高压交流进线，经调压变压器一整流变压器组降压调压，通过硅整流装置供给生产 系统电压可调、电流达数百千安的直流。每套整流机组由1套调压变压器、2套整流变压器、 整流设备及相应的辅助设备构成。
[0003] 整流变压器作为电解铝系列供电的核心设备，在生产中的作用不言而喻，一旦发 生严重故障，不仅直接影响电解系列的正常生产，而且产生的直接和间接损失更是无法估 计的。因此，作为变压器的保护装置显得尤为重要，整流系统的继电保护的配置的不完善直 接影响电网系统的稳定运行。
[0004] 大容量整流电源在冶金行业，特别在铝电解行业具有举足轻重的地位，其正常运 行直接关系到整个生产系列的安全稳定，一个年产15万吨的电解系列，停电5个小时其损 失可达几千万元，因此，要采取一切可能的措施保证整流电源的正常运行，完善、可靠的保 护设置可以及早发现机组异常情况，及时切除故障，防止事故扩大，对保证系统安全运行具 有重要意义。
[0005] 因整流变压器不同于一般的电力变压器，其继电保护的配置要满足整流机组对继 电保护的特殊要求，且由于整流变压器阀侧为多绕组、大电流，无法安装常规电流互感器， 测量非常困难，对整流变压器差动保护的配置造成了困难，因此目前整流变压器未设置差 动保护，仅由瓦斯保护作为变压器内部故障的主保护，同时设置两套过电流保护，第一套电 流保护的电流互感器装设在调压变压器电源侧，保护瞬时动作于机组断路器跳闸。第二套 电流保护的电流互感器装设于调压变压器二次侧即整流变压器一次侧，并安装在变压器油 箱内，保护延时或瞬时动作于机组断路器跳闸。对于在第三绕组进行无功补偿及滤波的配 置形式，还需设置无功补偿及滤波装置（以下简称滤波装置）的继电保护，电流互感器装于 第三绕组出线侧，并安装于变压器油箱内。并且，以上过流保护的定值难于整定，出现过越 级跳闸的情况，影响电网系统的稳定运行。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种大功率整流变压器组差动保护方法，能够完善整流变压 器组的继电保护配置，并且提高整流变压器保护的快速性。
[0007] -种大功率整流变压器组差动保护方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
[0008] 首先将整流变压器组分为一个调压变间隔、两个整流变压器间隔来配置保护装 置，其中调压变间隔保护装置接入调压变压器调压档位控制器的调压信号、一次侧电压电 流信号、三次侧电压电流信号、调压变二次侧电流信号，而整流变间隔保护装置接入整流变 压器网侧电流、阀侧电流；
[0009] 第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中 转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；
[0010] 第二步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为 9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保 护装置；当前调压变压器运行档位信息由档位控制器经码值转换后接入调压变压器保护装 置；
[0011] 第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动 电流，实现调压变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。
[0012] 具体包括如下步骤：
[0013] 第一步：在整流变压器阀侧出线铜排安装电子式电流互感器采集整流变压器阀侧 电流；
[0014] 第二步：将采集到的阀侧电流及整流变压器网侧电流经屏蔽电缆接入采集器，将 电信号转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器；
[0015] 第三步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为 9-2报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给整流变压器保护 装置；
[0016] 第四步：将整流变压器各侧电流信号接入整流变压器保护装置，计算差动电流，实 现整流变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。
[0017] 其中调压变压器保护装置接入一次侧、网侧、三次侧电压电流信号，从而实现调压 变压器三侧差动及一次侧、三次侧后备保护，而整流变压器保护装置接入网侧即调压变二 次侧、整流变压器阀侧电流信号，实现整流变压器两侧差动保护。
[0018] 其中调压变保护装置接入调压变档位信息，计算出电压实时随着档位调节而改变 差动保护用平衡系数，从而保证调压变差动电流计算的正确性，具体是：
[0019] 第一步：计算网侧各相绕组电压及B、C相相对A相平衡系数：
[0020] 整流变压器网侧当前A相电压为：Ua= (Umax-Umin)*(N-Xa)/ (N-1)+Umin，整流 变压器网侧当前B相电压为：Ub= (Umax-Umin)*(N-Xb)/ (N-1)+Umin，整流变压器网侧当 前C相电压为：Uc= (Umax-Umin)*(N_Xc)/ (N-1)+Umin;整流变压器网侧B、C相相对A相 平衡系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua ;整流变压器网侧最低电压为Umin，最高电压为Umax ;调压 总档位为N ;Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为整流变压器网侧A相绕组 当前工作电压，Ub为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Uc为整流变压器网侧A相绕 组当前工作电压；
[0021] 第二步：计算各侧额定电流及网侧A相平衡系数：
[0022] 按公式（二乂 *πΜ)计算出的一次侧二次额定电流，其中S n、Un、nTA是 系统参数中的"变压器铭牌额定容量"和"一次侧一次额定线电压"及"一次侧ΤΑ变比"；
[0023] 按公式IA=Sy (3*Ux*nTA)计算出整流变网侧Α相二次额定相电流ΙΑ，其中，S n、ηΤΑ、 Ux是系统参数中的"整流变压器铭牌额定容量"和"网侧ΤΑ变比"及计算所得网侧Α相绕 组电压；
[0024] 可得网侧A相差动保护平衡系数为：kpM=Ie/I A ;
[0025] 第三步计算网侧各相平衡系数：
[0026] 网侧A相差动保护平衡系数为：kpM=Ie/IA ;
[0027] 网侧B相差动保护平衡系数为：kphB=kphA*(Ub/Ua);
[0028] 网侧C相差动保护平衡系数为：kphc=kphA* (Ue/Ua)。
[0029] 其中整流变压器采用移相算法对电流进行相位补偿，从而适应不同移相角的整流 变压器：
[0030] 将整流变压器的接线方式分为三种，Y(移）/Λ-11、Λ (移）/Λ-1〇、Υ(移）/Y-12 ;
[0031] 其中"Υ(移）/Λ-11整流变压器纵差保护ΤΑ二次电流转角方案：网侧ΤΑ不转角， 阀侧ΤΑ转角；
[0032] 导如于问名相4δ)的相角为 3〇 _ α =22. 5 ，ct =+7. 5 ;/Η(?/Δ)不转角， 将Λ)向后转30° -α =22.5°，得式
[0033]
【权利要求】
1. 一种大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于，包括如下步骤： 首先将整流变压器组分为一个调压变间隔、两个整流变压器间隔来配置保护装置，其 中调压变间隔保护装置接入调压变压器调压档位控制器的调压信号、一次侧电压电流信 号、三次侧电压电流信号、调压变二次侧电流信号，而整流变间隔保护装置接入整流变压器 网侧电流、阀侧电流； 第一步：将一次侧、三次侧电压电流、二次侧即整流变网侧电流信号接入采集器中转换 成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器； 第二步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2报 文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给调压变压器保护装置； 当前调压变压器运行档位信息由档位控制器经码值转换后接入调压变压器保护装置； 第三步：调压变压器保护装置接收来自数字化合并器的各侧电流信号，计算差动电流， 实现调压变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。
2. 如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于，具体包括如 下步骤： 第一步：在整流变压器阀侧出线铜排安装电子式电流互感器采集整流变压器阀侧电 流； 第二步：将采集到的阀侧电流及整流变压器网侧电流经屏蔽电缆接入采集器，将电信 号转换成FT3格式电流电压信号，再经光纤接入数字化合并器； 第三步：数字化合并器将各侧FT3格式电压电流信号进行多路合并，并且转换为9-2 报文，同时将采集器输入的电流、电压信息经同步处理后经光纤发送给整流变压器保护装 置； 第四步：将整流变压器各侧电流信号接入整流变压器保护装置，计算差动电流，实现整 流变压器差动保护及后备保护相关计算和判断。
3. 如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中调压变 压器保护装置接入一次侧、网侧、三次侧电压电流信号，从而实现调压变压器三侧差动及一 次侧、三次侧后备保护，而整流变压器保护装置接入网侧即调压变二次侧、整流变压器阀侧 电流信号，实现整流变压器两侧差动保护。
4. 如权利要求1所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中调压变 保护装置接入调压变档位信息，计算出电压实时随着档位调节而改变差动保护用平衡系 数，从而保证调压变差动电流计算的正确性，具体是： 第一步：计算网侧各相绕组电压及B、C相相对A相平衡系数： 整流变压器网侧当前A相电压为：Ua= (Umax-Umin)*(N-Xa)/ (N-1)+Umin，整流变压 器网侧当前B相电压为：Ub= (Umax-Umin)*(N-Xb)/ (N-1)+Umin，整流变压器网侧当前C 相电压为：Uc= (Umax-Umin)*(N_Xc)/ (N-1)+Umin;整流变压器网侧B、C相相对A相平衡 系数分别为：Ub/Ua、Uc/Ua ;整流变压器网侧最低电压为Umin，最高电压为Umax ;调压总档 位为N ;Xa为A相档位，Xb为B相档位，Xc为C相档位，Ua为整流变压器网侧A相绕组当前 工作电压，Ub为整流变压器网侧A相绕组当前工作电压，Uc为整流变压器网侧A相绕组当 前工作电压； 第二步：计算各侧额定电流及网侧A相平衡系数： 按公式乙=心=^?)计算出的一次侧二次额定电流，其中Sn、Un、nTA是系统 参数中的"变压器铭牌额定容量"和"一次侧一次额定线电压"及"一次侧ΤΑ变比"； 按公式IA=Sy (3*Ux*nTA)计算出整流变网侧Α相二次额定相电流ΙΑ，其中，S n、nTA、Ux是 系统参数中的"整流变压器铭牌额定容量"和"网侧ΤΑ变比"及计算所得网侧A相绕组电 压； 可得网侧A相差动保护平衡系数为：kpM=Ie/IA ; 第三步计算网侧各相平衡系数： 网侧A相差动保护平衡系数为：kpM=Ie/IA ; 网侧B相差动保护平衡系数为：kphB=kpM*(Ub/Ua); 网侧C相差动保护平衡系数为：kpM=kpM*(uyua)。
5.如权利要求2所述的大功率整流变压器组差动保护方法，其特征在于：其中整流变 压器采用移相算法对电流进行相位补偿，从而适应不同移相角的整流变压器： 将整流变压器的接线方式分为三种，Y(移）/Λ-11、Λ (移）/Λ-1〇、Υ(移）/Y-12 ; 其中"Υ(移）/Λ-11整流变压器纵差保护ΤΑ二次电流转角方案：网侧ΤΑ不转角，阀侧 ΤΑ转角； 导如于冋名相Ιημι?的相角为30 _ ct =22. 5 ，a =+7. 5 ;/rau 不转角，将 向后转 30° _α=22·5°，得式
4η > 4η . Lm--'"γ(移）/Λ"整流变压器阀侧ΤΑ二次侧三相电流即转角前电 流； Kq ^ hj > Lj' 参与差流计算的二相电流即转角后电流； 其中" Λ (移）/Λ-10"整流变压器纵差保护，TA二次电流转角方案，网侧TA不转角， 阀侧ΤΑ转角； /Μ(Δ/Δ)导前于'(Δ/Δ)的相角差为60。-α，得：
L阀、4阀、t阀一 Δ (移）/ Δ整流变阀侧TA二次侧三相电流即转角前电流； ian 4，icj--参与差流计算的三相电流即转角后电流； α--整流变压器移相角度； 其中"Y(移）/Y-12整流变压器纵差保护ΤΑ二次电流转角方案：网侧ΤΑ不转角，阀侧 ΤΑ转角；
式中后移α为正，前移α为负。
【文档编号】H02H7/045GK104065038SQ201310655534
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】刘志远, 栗磊, 黄鸣宇, 王小立, 温靖华, 梁亚波, 徐丽娟, 刘星, 姜睿智 申请人:国家电网公司, 国网宁夏电力公司电力科学研究院, 许昌许继软件技术有限公司