華北電力大學(xué)鄭濤教授團(tuán)隊(duì)提出一種基于電流互感器精簡(jiǎn)配置的移相變壓器新型本體保護(hù)方案

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導(dǎo)語(yǔ)

對(duì)稱(chēng)雙芯移相變壓器由串聯(lián)變壓器和勵(lì)磁變壓器兩部分構(gòu)成，常規(guī)本體保護(hù)由多個(gè)差動(dòng)繼電器構(gòu)成，所需電流互感器數(shù)量多且連接關(guān)系復(fù)雜。為解決該問(wèn)題，該文提出了一種基于CT精簡(jiǎn)配置的移相變新型本體保護(hù)方案。該方案將電平衡差動(dòng)保護(hù)與磁平衡差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行綜合，僅需在移相變?nèi)嗟妮斎攵伺c輸出端以及某一相串聯(lián)變壓器二次側(cè)配置CT，通過(guò)4個(gè)差動(dòng)繼電器即可反映移相變所有內(nèi)部故障。進(jìn)一步，可通過(guò)4個(gè)差動(dòng)繼電器的動(dòng)作組態(tài)實(shí)現(xiàn)故障定位。

研究背景

為推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)，我國(guó)新能源發(fā)電發(fā)展迅猛，但新能源大規(guī)模高比例并網(wǎng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)線路傳輸效率下降、潮流分布不均等問(wèn)題，亟需靈活的潮流調(diào)控裝置。移相變壓器具有價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，有良好的應(yīng)用前景，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊，本體保護(hù)配置困難。現(xiàn)有保護(hù)方案存在電流互感器（CT）配置數(shù)量多、接線關(guān)系復(fù)雜、故障定位困難等問(wèn)題，任一元件或接線故障都可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重影響移相變壓器的安全運(yùn)行。

論文所解決的問(wèn)題及意義

現(xiàn)有對(duì)稱(chēng)型雙芯移相變壓器本體保護(hù)方案需配置12組 CT、9個(gè)差動(dòng)繼電器，接線繁雜，導(dǎo)致保護(hù)可靠性降低；同時(shí)部分方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障定位，且未充分考慮勵(lì)磁涌流對(duì)保護(hù)的影響。

該文提出的基于電流互感器精簡(jiǎn)配置的新型本體保護(hù)方案，大幅減少了CT 和差動(dòng)繼電器的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，提升了移相變壓器本體保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了移相變壓器內(nèi)部故障的全覆蓋，并能通過(guò)繼電器動(dòng)作組態(tài)完成故障定位，為移相變壓器的工程應(yīng)用和安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)，保障了新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)目前雙芯移相變本體保護(hù)CT(電流互感器)配置與接線繁雜、故障定位困難等問(wèn)題，該文在分析其電磁耦合特性的基礎(chǔ)上，提出了一種基于CT精簡(jiǎn)配置的雙芯移相變本體差動(dòng)保護(hù)方案。

1、分析對(duì)稱(chēng)型雙芯移相變壓器串聯(lián)變與勵(lì)磁變之間的電磁耦合及磁路耦合關(guān)系，推導(dǎo)各繞組間的電流平衡方程。基于此，提出電流互感器精簡(jiǎn)配置的思想，僅需在某一相（例如A相）串聯(lián)變二次側(cè)配置CT即可得到三相串聯(lián)變二次繞組電流信息。

圖1 移相變壓器電流關(guān)系圖

2、基于電平衡差動(dòng)保護(hù)和磁平衡差動(dòng)保護(hù)，提出一種綜合差動(dòng)保護(hù)的思想，通過(guò)配置更少量的CT，能夠覆蓋同樣范圍的內(nèi)部故障。并基于此，構(gòu)建由 1 個(gè)磁平衡差動(dòng)保護(hù)+3個(gè)綜合差動(dòng)保護(hù)組成的新型本體保護(hù)方案。

圖2 CT配置及移相變壓器本體保護(hù)方案構(gòu)成

圖3 綜合差動(dòng)繼電器KZD1差動(dòng)電流推導(dǎo)

表1 差動(dòng)繼電器的動(dòng)作組態(tài)與故障定位

3、基于PSCAD/EMTDC仿真平臺(tái)，設(shè)置區(qū)外故障、不同位置的典型區(qū)內(nèi)故障多種工況，驗(yàn)證了該方案能夠反映移相變壓器所有內(nèi)部故障。

a)差動(dòng)電流

b)制動(dòng)特性

圖4 串聯(lián)變一次繞組匝間故障的相關(guān)電流

a)差動(dòng)電流

b)制動(dòng)特性

圖5 勵(lì)磁變二次繞組匝間故障的相關(guān)電流

結(jié)論

該文基于對(duì)稱(chēng)型雙芯移相變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在分析其磁路耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了一種基于電流互感器精簡(jiǎn)配置的移相變壓器新型本體保護(hù)方案，所得結(jié)論如下：

1）該文在分析串聯(lián)變與勵(lì)磁變之間磁路耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)在移相變?nèi)嗟妮斎胼敵龆艘约癆相串聯(lián)變二次側(cè)配置電流互感器，構(gòu)造了移相變壓器新型本體保護(hù)方案，該方案將電平衡差動(dòng)保護(hù)與磁平衡差動(dòng)保護(hù)綜合，可覆蓋移相變所有內(nèi)部故障。

2）相較于現(xiàn)有保護(hù)方案，該文提出的新型本體保護(hù)方案使用的電流互感器數(shù)量由12組減少至7組，差動(dòng)繼電器數(shù)量從9個(gè)減少至4個(gè)，精簡(jiǎn)了CT和保護(hù)配置并簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，從而提高了保護(hù)的可靠性。

3）該文提出的新型本體保護(hù)方案中，4個(gè)差動(dòng)繼電器保護(hù)范圍不同且有所重疊。通過(guò)各差動(dòng)繼電器的動(dòng)作組態(tài)，可縮小故障判別范圍。同時(shí)對(duì)于移相變壓器空載合閘的工況，可以采用二次諧波閉鎖方案以防止綜合差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

團(tuán)隊(duì)介紹

電力系統(tǒng)保護(hù)與控制研究所是新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所屬研究團(tuán)隊(duì)之一，主要開(kāi)展電力系統(tǒng)保護(hù)與控制相關(guān)研究工作。鄭濤教授帶領(lǐng)的研究生團(tuán)隊(duì)曾獲中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)；主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，作為課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)課題1項(xiàng)；發(fā)表SCI/EI檢索學(xué)術(shù)論文180余篇；授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利38項(xiàng)；出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著2部。

鄭濤

博士，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授，博導(dǎo)，擔(dān)任中國(guó)能源研究會(huì)新能源電力系統(tǒng)保護(hù)和控制技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第一屆委員會(huì)委員；寧夏新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員；IEEE PES中國(guó)區(qū)電力系統(tǒng)主設(shè)備保護(hù)分委會(huì)副主席；IEEE PES中國(guó)區(qū)儲(chǔ)能技術(shù)委員會(huì)儲(chǔ)能并網(wǎng)與運(yùn)行技術(shù)分委會(huì)委員；《電工技術(shù)》、《寧夏電力》等期刊編委。主要從事新能源電力系統(tǒng)故障機(jī)理和保護(hù)新算法研究、交直流輸電故障耦合機(jī)理研究等。

于佳旭

碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。

本工作成果發(fā)表在2026年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于電流互感器精簡(jiǎn)配置的移相變壓器新型本體保護(hù)“。本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金資助項(xiàng)目。

引用本文

鄭濤, 于佳旭, 眭程曦, 申由. 基于電流互感器精簡(jiǎn)配置的移相變壓器新型本體保護(hù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2026, 41(5): 1653-1665. Zheng Tao, Yu Jiaxu, Sui Chengxi, Shen You. A Novel Protection Scheme for Phase-Shifting Transformers Based on Simplified CT Configurations. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(5): 1653-1665.

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