摘要：　　簡單闡述了阻抗匹配平衡牽引變壓器的一般原理，提出了利用計算機技術實現阻抗匹配平衡牽引變壓器差動保護的方案。
　　關鍵詞：　　阻抗匹配平衡牽引變壓器;差動保護；微型計算機
　　中圖分類號：TM922.3；TM772文獻標識碼：B文章編號：1006-6047(1999)06-0042-03

　　阻抗匹配平衡變壓器(簡稱平衡變壓器)是湖南大學最近研究成功的電氣化鐵道供電變壓器，由云南變壓器廠生產，在我國電氣化鐵道牽引供電中已開始集中采用。該變壓器低壓側接電氣化鐵道上行線和下行線兩相負載，兩相負荷的電流隨列車的運行情況變化而變化；高壓側接三相電力系統。其最大優點是：在低壓側兩相不對稱負荷的各種運行方式下，變壓器高壓側三相電流具有較好的對稱性，減小了負序電流以及負序電流對電力系統的影響，提高了系統的電能質量。隨著電氣化鐵道的迅速發展，阻抗匹配平衡變壓器具有廣闊的應用前景。
　　阻抗匹配平衡變壓器在結構性能上與Y/△-11電力變壓器有很大的不同，變壓器低壓側兩相電流相位差為90°，高壓側電流與低壓側電流相位差隨列車運行方式的變化在0°～90°之間變化。上述特點給設計平衡變壓器的差動保護帶來了困難。本文在研究平衡變壓器高低壓側電流變化規律的基礎上，不經輔助TA變換和常規差動繼電器，采用計算機技術，實現差動保護，滿足了平衡變壓器繼電保護的需要。
　　1平衡變壓器　　
　　阻抗匹配平衡牽引變壓器原邊應接成星形聯結并抽出中性點，副邊接成三角形并在B相外延兩個支臂，如圖1所示。
　　
　　圖1變壓器繞組圖
　　圖1中，W₁為變壓器原邊相繞組匝數，W₂為副邊相繞組匝數，ΔW為支臂匝數。通過推算可得到：
　　
　　在副邊三角形內，設阻抗Z_ac=Z_bc=Z₂,而Z_ab=K_z^.Z₂。按照I_α，I_β在三角形內各支路上的電流分配關系，在各支路上應用疊加原理得到各支路的總電流。再應用各芯柱上的磁勢平衡原理，略去勵磁電流I_O，可以寫出副邊I_α，I_β與原邊I_A，I_B，I_C的線性映射關系式如下：
　　 (1)
　　如強制要求三相一次側中性點電流I_N=0(即零序電流無條件為零)，可以推出。
　　當且令時上列陣式(1)可轉化為
　　 (2)
　　當I_α≠I_β時，原邊三相電流為平衡系，I_N=0，即無零序，并滿足方程(2)式。
　　當副邊兩臂負載相等，即I_α=I_β=I₂時原邊三相電流將組成三相對稱系，即
　　 (3)
　　 (4)
　　 (5)
　　而副邊三角形內的電流為
　　 (6)
　　 (7)
　　如平衡變壓器原邊輸入三相電壓為110kV,而副邊反相輸出電壓為27.5kV時，其變化為
　　 (8)
　　 (8)式中K值是差動保護中的一個整定項。
　　2保護原理　　
　　以(2)式為數學模型，把低壓側α，β相電流轉換成高壓側的三相電流。阻抗匹配平衡變壓器的高壓側(110kV)是三相對稱系統(三相電壓大小相等，相位相差120°)，低壓側(27.5kV)輸出，為使27.5kV側電流與110kV側電流的作用相當于幅值相等，相位一致，故需將27.5kV側電流在程序中用軟件進行兩相—三相變換，得到三相電流。
　　按下式,i_α和i_β進行矢量運算，得到：

　　I_A，I_B，I_C分別與高壓側三相電流做差動計算，上式的計算先差分后，再用傅氏算法以消除直流分量。
　　3MCu插件　　
　　3.1主板
　　　主要實現模擬量的變換采集，保護計算處理，鍵盤和顯示的處理，串行通信及動作元件啟動，功能框圖如圖2。
　　
　　圖2主板功能圖
　　保護回路的5個模擬量經無源低通濾波電路接到多路模擬轉換開關，和2路自檢用直流+5V，-5V共7路經多路轉換開關切換至AD1674，AD1674將模擬量轉換成數字量。
　　80C196KC是MCS96微控器中的增強型產品。除具有MCS96系列基本功能外，還具有多窗口結構的特殊功能寄存器，PTS服務器，附加片內256字節RAM，功能增強的全雙工串行通信接口UART等功能。具有低功耗，運算速度快等優點。
　　PSD311為一無粘合接口芯片，內含EPROM，RAM，PLD端口擴展等功能，PSD311的使用使整個板可靠性提高，功耗降低。
　　MCu通過I/O線與串行E²PROM相連，將定值系數等重要信息保存在E²PROM中。E²PROM具有體積小，保存信息安全等優點。
　　MCu的全雙工串行通信接口(UART)通過MAX1480至RS-485總線上，或通過MAX202E與RS-232接口，實現與通信管理單元的通信。
　　MAX705為本CPU插件提供加電、掉電及降壓情況下的復位輸出和獨立的看門狗輸出，以確保CPU插件的安全工作。
　　所有的開出量經MCu的高速輸出口輸出。所有的開入經PSD311開入。開入、開出均經光電耦合器隔離。
　　3.2顯示板
　　　顯示板設有電源指示燈、運行指示燈和12位LCD液晶顯示器。可對系統的運行狀態、故障信息和定值設置等信息進行顯示，通過與鍵盤配合可以方便地進行定值改寫和讀內部標志及出口傳動等功能。
　　3.3接口板
　　　接口板為模擬量、開入量和開出量的輸入、輸出通道，有5個保護TA、跳閘繼電器和故障閉鎖繼電器，可完成模擬信號的變換，開關信號的采集和保護信號的出口功能等。
　　4突變量起動元件　　
　　裝置每相一個突變量起動元件，其算法如下(以A相為例)：
　　
　　式中i_k為某一瞬間差電流采樣值；i_k-n為20ms前同相差電流的采樣值；i_k-2n為40ms前同相差電流的采樣值。
　　采用上式可以補償由于電網頻率偏離50Hz時產生的不平衡輸出，三個突變量元件中任一個起動，就起動保護計算，開放差動速斷保護和差動保護。
　　4.1差動速斷元件
　　　本裝置的差動電流為
　　 I_cd=|I_n-I₁|
　　式中I_n為高壓側A，B，C任一相電流；I₁為對應低壓側二相變三相后，A，B，C中一相電流。
　　差動速斷元件采用一次差分濾波后，用半波傅氏算法計算，采用分相式。差動速斷定值按躲過外部故障時的最大不平衡電流和可能出現的最大勵磁涌流整定，其動作判據為I_cd>I_cdset。
　　4.2差動元件
　　　三相式，具有比例制動和諧波制動特性。差動保護采用一次差分濾波后，用全波傅氏算法，計算I_cd,I_zd,I₂,其中，差動電流I_cd=|I_h-I₁|,制動電流I_zd=|I_h+I₁|/2，二次諧波電流I₂為三相差動電流中含二次諧波最大相的二次諧波值。差動保護動作判據為
　　 I₂<K₂^.Icd
　　 I_cd>I_cdset+K₁(I_zd-I_zdset)
　　式中K₂為二次諧波制動系數，調整范圍0.12～0.40；K₁為比例制動系數，一段0.3，二段0.7；I_cdset為差動電流的門檻。
　　整定原則為I_cdset躲過正常運行時的最大不平衡差流，數據處理模塊軟件框圖如圖3所示。
　　
　　圖3數據處理程序框圖
　　 5結論　　
　　阻抗匹配平衡牽引變壓器已在電氣化鐵道中廣泛采用。用常規差動繼電器實現該變壓器差動保護時必須增加輔助變流器，給施工安裝帶來了困難，使用微機阻抗平衡變差動保護，可以省去輔助變流器，其變換在裝置內部由軟件完成，減輕了現場調試工作和時間，并且相間保護靈敏系數也均為1，提高了可靠性和靈敏度。
　　作者簡介：　　宋永明(1966-)，男，工程師，從事電氣化鐵道繼電保護和監控自動化裝置的設計研究工作；
　　袁德柱(1966-)，男，高級工程師，從事電力系統繼電保護及電氣化鐵道牽引變電所保護和監控等自動化裝置的設計和研究工作。
　　作者單位：　　(阿城繼電器股份有限公司，黑龍江阿城150302)
　　參考文獻　　
　　〔1〕王維儉，劉俊宏.試論變壓器差動保護的現狀與發展［J］.電力自動化設備，1996，16(4)：8～13