电流互感器接线方式在发电厂典型设备的应用原理分析

黄必成　谭华　童浪兴　左宇

摘 要：介绍了电流互感器接线方式在发电厂循泵双速电机及变压器差动保护中的应用原理，阐述了循泵双速电机高、低速接线绕组变化时，以及传统继电器和微机型保护Ynd11接法变压器差动保护中高、低压侧绕组的电流互感器的接线方法。通过相量图形象地展示了变压器绕组及电流互感器输出电流的相量关系，并以某发电厂发变组保护为例，验证了分析的正确性。

关键词：电流互感器；双速切换；差动保护；电流补偿

中图分类号：TM452    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）13-0007-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.002

0    引言

电流互感器（CT）是一种根据电磁感应原理将一次侧大电流转换为二次侧小电流的设备，广泛应用于火电厂电力设备的保护、测量、计量等回路，起电流变换和电气隔离作用[1]。电流互感器在三相电路中的常见接线方式主要有一相式接线、不完全星型接线、两相电流差接线以及三相星型和角型接线。其中三相星型和角型接线使用的三相电流互感器能够及时准确地了解发电厂三相负荷的变化情况，可用于测量三相平衡和不平衡电流，故多用于电机（包括变压器）的差动保护接线中[2]。由于三相电流互感器接线较为复杂，且电机绕组接线方式不同，电流互感器二次侧接线也会随之发生变化，故本文将分别对循泵双速电机及变压器这两种典型的发电厂电机设备差动保护回路中电流互感器的应用展开分析。

1    循泵双速电机

循环水泵（以下简称“循泵”）能够将原动机的机械能转换为流体输送的动能，在火电厂中的主要作用是向汽轮机凝汽器提供冷却水[3]。由于季节不同，外界循环水温不同，因此对于循泵电机的出力要求不同，电机转速应能相应变换，以节省用电量。

式中：n为电机的同步转速；f为电源頻率；p为电机的极对数；s为转差率。

同等条件下，极对数p越小，则电机转速越高；反之，则转速越低。因此，可以通过改变电机的极数来改变电机的转速，再加上变极调速节省投资易实现，故一般发电厂均采用基于变极原理的循泵双速电机。

循泵电机高速状态是通过将每相的多个定子绕组并联以减少电机的极数来实现的，改变绕组连接最终会使得电机三相绕组呈现星型连接方式。低速状态则是通过将每相的多个定子绕组串联以增加电机的极数来实现的，改变绕组连接最终会使得电机三相绕组呈现角型连接方式[4]。电机绕组接线方式转换如图1所示。

在图1中，当接线柱取自X、Y、Z点且S1、S2、S3闭合时，则XB与XA间的绕组并联，ZA与ZC间的绕组并联，YB与YC间的绕组并联，最终使电机绕组呈星型连接，旋转磁场只有一对极，即p=1，电机为高速状态。当接线柱取自A、B、C点且S1、S2、S3断开时，AB、BC、CA间绕组均串联，最终使电机绕组呈角型连接，旋转磁场有两对极，即p=2，电机为低速状态。

循泵电机的差动保护是通过高压开关侧的CT及电机绕组中性点侧CT共同实现的。当电机绕组的接线方式不同时，为了使电机正常运行时无差流，绕组侧CT的接线方式也应随之改变。

1.1    循泵电机高速

当循泵电机为高速时，其每相定子绕组由多个绕组并联组成，且呈星型连接方式。当电机定子绕组最终呈星型连接时，为采集差流，高压开关侧CT及电机绕组侧CT也均采用星型连接，此时电流互感器接线方式及电流方向如图2所示。

此时，如循泵电机正常运行，高压开关侧的CT及电机绕组中性侧CT所输出电流大小相等、方向相同，差流为0。而当循泵电机发生接地等故障时，两侧差流若大于定值，则差动保护动作断开开关，对循泵电机起保护作用。

1.2    循泵电机低速

当循泵电机为低速时，其每相定子绕组由多个绕组串联组成，且呈角型连接方式。当电机定子绕组呈角型连接时，为采集差流，高压开关侧CT仍为星型接法，而电机绕组侧CT须切换为角型接法，电流互感器接线方式及电流方向如图3所示。

此时，如循泵电机正常运行，高压开关及电机绕组中性两侧差流为0。当循泵电机发生接地等故障时，两侧差流若大于定值，则差动保护动作断开开关。

2    发变组变压器

发变组是发电机变压器组的简称，指的是单元式发电系统，即发电机出线直接接至变压器。变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，是输配电的主设备。

发变组变压器（主变）为升压变压器，由于我国110 kV以上系统多为中性点直接接地系统，因此与母线相连的高压侧绕组连接方式为星型接地[5]；而为了消除三次谐波，防止引起电网电压波形畸变，与发电机直接相连的低压侧绕组连接方式为角型连接。常采用的绕组连接组别为Ynd11接线，如图4所示。

2.1    三相变压器连接组别

三相变压器绕组连接组别多使用钟表法，即通过字母及时序数表示高低压侧绕组的连接方式。以Ynd11接线为例，其表示变压器一次绕组为星型接地接法，二次绕组为角型接法，且二次绕组的电势相量滞后于一次绕组相量30°，形象地表示低压侧电势相量指向钟表时针11点位置。

使用钟表法，以A相为例展开分析，假设高压侧A与低压侧a等电位，由于图4中变压器高低压侧绕组的绕向相反，同名端标号亦相反，故变压器高低压侧A相的相电势方向相同，均从末端指向首端。则高低压侧相量图如图5所示。

由图5可得，低压侧绕组线电势超前高压侧绕组线电势30°，为Ynd11点接线。

2.2    变压器传统CT接法

Ynd11接线变压器传统差动电流保护是直接通过继电器实现其动作，差电流是直接通过CT二次接线方式来实现的。由于变压器高低压侧绕组接线方式不同，若两侧绕组所接CT接线方式相同，则正常运行情况下将存在差电流进入继电器，差动保护继电器可能误动作。因此，Ynd11接线变压器电流互感器接线方式如图6所示。

2.3    变压器新式CT接法

随着继电保护技术的发展，现在微机型继电保护装置早已全面应用。由于微机型保护装置能进行自我运算，对于不同连接组别的变压器差动保护的高、低压侧CT接法方式不再做特殊要求，而是通过软件算法补偿实现差动保护计算。现在变压器高、低压侧CT一般均采用星型连接，仍以Ynd11接线变压器为例，其电流互感器接线方式如图8所示。

3    算例分析

根据上文中所得微機型保护装置计算补偿遵循原理，以某电厂发变组差动保护为例，分析CT在现代发变组保护中的应用。

4    结束语

电流互感器在电力系统中运用广泛，可将大电流转换为小电流运用于设备计量、测量、保护等。为适用于现场繁杂的设备状况，其接线形式也多种多样，但大多较为简单直接。本文选择电厂中较为复杂的两类设备——双速电机及变压器，对其采用的电流互感器接线方法及原理进行了详细论述，并通过算例分析介绍了南瑞发变组PCS-985型差动保护的校验方法，验证了本文对于电流互感器接线方法分析的正确性，对于行业内电流互感器使用时的接线方法采用及故障分析具有良好的指导作用。

[参考文献]

[1] 刘刚，熊小伏，廖瑞金，等.泄漏电流对电流互感器误差特性的影响及分析[J].电工技术学报，2018，33（3）：697-704.

[2] 王煜.电流互感器及其在差动保护中应用的研究[D].淮南：安徽理工大学，2019.

[3] 陈华杰，金金铭.发电厂大型双速电机的差动保护配置与整定[J].神华科技，2017，15（6）：50-53.

[4] 杜靖宇，陈华杰，李少波.发电厂循环水泵双速改造分析[J].浙江电力，2016，35（9）：49-52.

[5] 丁网林，骆健，刘强.零序电流对数字变压器差动保护Y，d矢量变换的影响及对策[J].电力系统自动化，2004，28（5）：56-58.

收稿日期：2023-03-21

作者简介：黄必成（1995—），男，江西抚州人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：电力系统继电保护。