栗 磊，宋小會(huì)，劉 星，梁亞波，李國(guó)斌，姜睿智，郭志忠

（1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川750001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；3.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

0 引言

當(dāng)前運(yùn)行中的電爐變壓器大多數(shù)為串變調(diào)壓的電爐變壓器[1]及共鐵芯式主調(diào)合一的電爐變壓器[1]。從結(jié)構(gòu)上看，電爐變壓器有些為三個(gè)單相電爐變壓器（每個(gè)單相變?yōu)橐粋€(gè)油箱）組成一臺(tái)三相電爐變，3 個(gè)單相電爐變壓器多達(dá)105 級(jí)的有載調(diào)壓檔位，不僅調(diào)壓范圍寬，而且頻繁，在電爐變壓器運(yùn)行過程中每相的檔位還允許不相同。如果差動(dòng)保護(hù)采用變壓器一、二次繞組固定變比計(jì)算出的平衡系數(shù)參與差動(dòng)電流的計(jì)算，則勢(shì)必會(huì)在電爐變調(diào)壓過程中引起差動(dòng)保護(hù)裝置的誤動(dòng)，因此，用于電爐變壓器的差動(dòng)保護(hù)裝置必須實(shí)時(shí)地根據(jù)變壓器有載調(diào)壓檔位計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的平衡系數(shù)。

2010年以前國(guó)內(nèi)外電爐變壓器的保護(hù)都只是簡(jiǎn)單的過電流保護(hù)，2010年許繼電氣公司研制成功含有縱差的電爐變壓器成套保護(hù)[1]。本文對(duì)串變調(diào)壓電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)檔位實(shí)時(shí)調(diào)整各相平衡系數(shù)進(jìn)行電流補(bǔ)償，增加電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)[2-4]的靈敏度及可靠性。

1 串變調(diào)壓的單相電爐變壓器

原理接線見圖1[1]，含主變壓器及串聯(lián)變壓器，主變及串變各自有獨(dú)立的鐵芯，每相的兩個(gè)鐵芯及有關(guān)繞組裝在一個(gè)油箱內(nèi)。

圖1 串變調(diào)壓的單相電爐變壓器原理接線圖Fig.1 Elementary wiring diagram of the single-phase furnace transformer connected by a tandem on-load-tap-changing transformer

圖1中：Wgz為主變高壓繞組；Wdz為主變低壓繞組；WT為主變調(diào)壓繞組；Wgc為串變高壓繞組；Wdc為串變低壓繞組。

1.1 額定分接

K(+)通，WT的分接頭活動(dòng)端（圖1中的n 點(diǎn)）移至WT的最下端，為中間值。

1.2 正分接

K(+)通，WT的分接頭置于任何位置，忽略主變、串變的二次與一次間相角誤差，Ud高于中間值。

1.3 負(fù)分接

K(-)通，WT的分接頭置于任何位置，為負(fù)，Ud低于中間值。

可見，依靠K(+)通或K(-)通以及分接頭的不同位置，可使電爐變低壓側(cè)輸出電壓Ud在廣泛范圍內(nèi)變化，實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓效果。

2 根據(jù)串變調(diào)壓電爐變壓器當(dāng)前檔位實(shí)時(shí)調(diào)整平衡系數(shù)

見圖2，有載調(diào)壓控制器可把有載調(diào)壓檔位轉(zhuǎn)換為BCD 碼，通過多芯電纜連接到繼電保護(hù)控制室中的差動(dòng)保護(hù)裝置。

圖2 差動(dòng)保護(hù)設(shè)備中檔位采集模塊接線圖Fig.2 Wiring diagram of the transformer tap information collection of protection equipment

差動(dòng)保護(hù)裝置按開關(guān)量方式如表1所示接入變壓器A 相BCD 碼制信息，按照以下方法進(jìn)行解碼：每相檔位信息用6（A7A6A5A4A3A2A1）個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示，其中最高三位（A7A6A5最大為7）8421 碼表示檔位的十位數(shù)，低四位（A4A3A2A1最大為9）8421碼表示檔位的個(gè)位數(shù)。

表1 電爐變壓器檔位信息編碼Table 1 Transformer tap information coding of furnance transformer

按同樣的辦法處置B、C 相，分別得到電爐變壓器實(shí)際運(yùn)行三相檔位信息，根據(jù)各相當(dāng)前檔位信息計(jì)算當(dāng)前檔位下各相低壓側(cè)工作電壓，并計(jì)算出低壓側(cè)B、C 相相對(duì)低壓側(cè)A 相平衡系數(shù)。

（1）已知變壓器低壓側(cè)標(biāo)稱最低電壓為Umin，標(biāo)稱最高電壓為Umax，調(diào)壓總檔位數(shù)為N。設(shè)A 相檔位為Xa，B 相檔位為Xb，C 相檔位為Xc，Ua為低壓側(cè)A 相繞組當(dāng)前工作電壓，Ub為低壓側(cè)B 相繞組當(dāng)前工作電壓，Uc為低壓側(cè)C 相繞組當(dāng)前工作電壓。則

低壓側(cè)當(dāng)前A 相電壓為

低壓側(cè)當(dāng)前B 相電壓為

低壓側(cè)當(dāng)前C 相電壓為

（2）以高壓側(cè)額定電流為基準(zhǔn)電流，結(jié)合電爐變壓器參數(shù)計(jì)算低壓側(cè)A 相平衡系數(shù)。

其中，Sn、Un、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“高壓側(cè)一次線電壓”及“高壓側(cè)CT 變比”。

其中，Sn、UM、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“中壓側(cè)一次線電壓”及“中壓側(cè)CT 變比”。

其中，Sn、Ux、nCT是系統(tǒng)參數(shù)中的“變壓器銘牌最大容量”和“A 相低壓側(cè)繞組電壓”及“低壓側(cè)CT 變比”。

可得低壓側(cè)A 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)為

（3）低壓側(cè)A 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)分別與低壓側(cè)B、C 相相對(duì)A 相平衡系數(shù)相乘得到低壓側(cè)B、C 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)。

低壓側(cè)A 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)為

低壓側(cè)B 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)為

低壓側(cè)C 相差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)為

電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置根據(jù)式（1）計(jì)算各相差動(dòng)電流，根據(jù)式（2）計(jì)算各相制動(dòng)電流。

其中：

縱差保護(hù)為比率制動(dòng)式，如圖3，三相式組成“或”門輸出，動(dòng)作方程為

圖3 電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性Fig.3 Operating characteristics of differential protection

式中：Iop為差動(dòng)電流；Iop.0為縱差保護(hù)啟動(dòng)電流定值；Ires為制動(dòng)電流；Ires.0為最小制動(dòng)電流值，取0.8 倍的基準(zhǔn)電流；S為比率制動(dòng)系數(shù)值，取0.5；各側(cè)電流的方向都以指向變壓器為正方向，Ie為變壓器額定電流。

3 結(jié)語(yǔ)

串變調(diào)壓式電爐變壓器根據(jù)當(dāng)前檔位實(shí)時(shí)計(jì)算低壓側(cè)各相平衡系數(shù)的縱差保護(hù)既簡(jiǎn)單可靠又動(dòng)作靈敏度高，是電爐變最重要的主保護(hù)。

本文所述平衡系數(shù)修正方法對(duì)文獻(xiàn)[1]所述電爐變壓器保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)計(jì)算進(jìn)行了完善。產(chǎn)品在寧夏、陜西、四川、新疆等礦熱爐使用企業(yè)進(jìn)行推廣，良好地應(yīng)對(duì)電爐變壓器頻繁調(diào)壓，差動(dòng)保護(hù)計(jì)算隨檔位調(diào)節(jié)而實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證了保護(hù)裝置差動(dòng)電流計(jì)算正確性且2012年在陜西某電石冶煉企業(yè)快速、正確跳閘，減少了企業(yè)燒毀電爐變壓器的可能，大大降低了企業(yè)損失。

[1]姚晴林,李瑞生,劉星,等.電爐變壓器成套保護(hù)裝置研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012,36(17):95-102,118.

YAO Qing-lin,LI Rui-sheng,LIU Xing,et al.Development of micropressor-based assembly protection equipment for furnance transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2012,36(17):95-102,118.

[2]鄧茂軍,吳起,陳亮,等.基于電子式電流互感器的電爐變壓器差動(dòng)保護(hù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2011,39(9):114-118,124.

DENG Mao-jun,WU Qi,CHEN Liang,et al.Development of micropressor-based assembly protection equipment for furnance transformer[J].Power System Protection and Control,2011,39(9):114-118,124.

[3]李瑞生,姚晴林,劉志遠(yuǎn),等.Y0 /△-11 (或Y/△-11）變壓器保護(hù)的低電壓?jiǎn)?dòng)新方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2012,40(2):111-115,140.

LI Rui-sheng,YAO Qing-lin,LIU Zhi-yuan,et al.Comment on the research of electronic current transformers[J].Power System Protection and Control,2012,40(2):111-115,140.

[4]鄧茂軍,姚東曉,倪傳坤,等.基于電子式互感器的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(18):149-153.

DENG Mao-jun,YAO Dong-xiao,NI Chuan-kun,et al.Inrush current recognition in power transformer based on electronic transformer[J].Power System Protection and Control,2013,41(18):149-153.