基于RTDS仿真试验的变压器缺相故障判断方法研究

南京国电南自轨道交通工程有限公司 沈珂婷

目前国内电气化铁路领域对于牵引变压器失压保护一般仅仅判断变压器三相均失压的情况，却很少考虑进线单相失压的故障情况[1-2]，使得变压器缺相时常规失压保护不动作，继而无法完成备自投动作。实际上变压器缺相运行可能会导致对应相的供电臂失电，造成接触网无压而停车等危害。现有对变压器缺相故障分析大多集中于10kV和35kV的配电系统中[3]，针对110kV以上牵引变压器研究很少，再加上牵引变压器类型较多，不同类型的变压器缺相时的表现特征也不相同，通常只能针对某些结构特殊的变压器使用特定方法分析[4-5]。

1 实时数据仿真系统（RTDS）

实时数据仿真系统是为了实时仿真电力系统暂态过程而专门设计的并行计算机系统，克服了以往非实时仿真系统不能与外部物理设备实时交互试验的问题，以及常规模拟仿真系统搭建费时且价格昂贵的问题，是目前电力系统领域用来研究复杂电力系统现象的先进方法。

为了研究变压器缺相运行状况，利用实时数据仿真系统分别模拟了牵引变电站直供模式供电和AT模式供电，并按照变压器不同接线方式分别进行建模。为了尽可能全面综合地试验，选取了常见的七种变压器类型，分别为Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv和SCOTT类型，仿真测试了不同类型变压器在高压侧A、B、C三相电压分别发生缺相时，变压器高、低压侧的线电压和相电压发生的变化，结合变压器原理和试验数据，综合推导出各类变压器缺相故障的判断条件。

2 RTDS仿真试验数据

以下RTDS仿真试验数据中记录的电压值均为二次值，并且建模时设定高压侧线电压额定值为100V，低压侧相电压额定值为100V。

Vv变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧Ua相电压降为0V；B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧Ua、Ub相电压下降一半；C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V，低压侧Ub相电压降为0V。

Vx变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧UT1、UF1相电压降为0V；B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧UT1、UF1、UT2、UF2相电压下降一半；C相缺相时：高压侧UBC线电压降为0V，低压侧UT2、UF2相电压降为0V。

Ii变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧Ua相电压降为0V；B相缺相时：高压侧UAB线电压下降一半，低压侧Ua相电压下降一半。

Iii变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB线电压降为0V，低压侧UT1、UF1相电压降为0V；B相缺相时：高压侧UAB线电压下降一半，低压侧UT1、UF1相电压下降一半。

YNd11变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半，低压侧Ua相电压降为0V，低压侧Ub相电压下降至倍额定电压；B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧Ua、Ub相电压下降至倍额定电压；C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半，低压侧Ua相电压下降至倍额定电压，低压侧Ub相电压降为0V。

YNv变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半，低压侧Ua相电压降为0V，低压侧Ub相电压下降至倍额定电压；B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧Ua、Ub相电压下降至倍额定电压；C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半，低压侧Ua相电压下降至倍额定电压，低压侧Ub相电压降为0V。

SCOTT变压器缺相数据。A相缺相时：高压侧UAB、UCA线电压下降一半，低压侧UT1、UF1相电压下降一半，低压侧UT2、UF2相电压下降至倍额定电压；B相缺相时：高压侧UAB、UBC线电压下降一半，低压侧UT2、UF2相电压降为0V；C相缺相时：高压侧UBC、UCA线电压下降一半，低压侧UT1、UF1相电压下降一半，低压侧UT2、UF2相电压下降至倍额定电压。

3 缺相故障判断条件

3.1 Vv变压器缺相判据

max{UAB、Ua}UYY；min{UAB、UBC、Ua、Ub}>U1，并且max{UAB、UBC、Ua、Ub}UYY；max{UBC、Ub}UYY。其中，UAB、UBC、UCA为高压侧线电压，UQX指缺相电压定值，UYY指线路有压定值，U1、U2分别指低于1/2倍额定电压和高于1/2倍额定电压的电压定值，构成一个浮动区间（下同）。以上三个判据分别对应变压器A相、B相、C相电压缺相，任意满足一个即可判定Vv变压器缺相故障。

3.2 Vx变压器缺相判据

max{UAB、UT1、UF1}UYY；min{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}>U1，且 max{UAB、UBC、UT1、UF1、UT2、UF2}UYY；max{UBC、UT2、UF2}UYY。以上三个判据分别对应变压器A相、B相、C相电压缺相，任意满足一个即可判定Vx变压器缺相故障。

3.3 Ii变压器缺相判据

max{UAB、Ua}U1，且max{UAB、Ua}

3.4 Iii变压器缺相判据

max{UAB、UT1、UF1}U1，且 max{UAB、UT1、UF1}

3.5 YNd11变压器缺相判据

min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}UYY，且UaU3，且UbU1，且max{UAB、UBC}UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}U1，且max{UBC、UCA}UYY，且UbU3，且Ua

3.6 YNv变压器缺相判据

min{UAB、UCA}>U1，且max{UAB、UCA}UYY，且UaU3，且UbU1，且max{UAB、UBC}UYY，且min{Ua、Ub}>U3，且max{Ua、Ub}U1，且max{UBC、UCA}UYY，且UbU3，且Ua

3.7 SCOTT变压器缺相判据

min{UAB、UCA、UT1、UF1}>U1，且max{UAB、UCA、UT1、UF1}UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}U1，且max{UAB、UBC}UYY，且max{UT2、UF2}U1，且max{UBC、UCA、UT1、UF1}UYY，且min{UT2、UF2}>U3，且max{UT2、UF2}

综上，文提出了一种基于RTDS仿真试验的牵引变压器缺相故障判断方法，结合变压器原理及RTDS仿真试验数据，分别对Vv、Vx、Ii、Iii、YNd11、YNv、SCOTT七种常见变压器进行缺相故障的判据分析。该判据包含了对变压器高、低压侧电压的判断，适用于变压器保护，可更加准确地判断变压器缺相故障。应用于进线自投装置，且只采集了高压侧电压的情况，可根据RTDS仿真数据，得到包含正序、负序、零序电压的缺相故障判据，可较为准确地判断变压器是否发生了缺相故障，正确完成后续的自投动作。本方法在实际应用过程中需要注意的是，参数的设定要规避PT断线的影响。本方法解决了常规失压保护无法检测缺相故障的缺陷，避免变压器带故障运行对整个供电线路产生的不良影响，提高了牵引供电系统运行的可靠性。