《電爐變壓器縱差保護方法》是寧夏回族自治區電力公司、許繼電氣股份有限公司和許昌許繼軟體技術有限公司於2010年4月27日申請的發明專利，該專利的申請號為2010101557300，公布號為CN101800415A，公布日為2010年8月11日，發明人是劉志遠、趙國生、李瑞生、劉星、楊恢宏，該專利屬於電力網系統繼電保護領域。
《電爐變壓器縱差保護方法》所採用的高、中、低壓側三點大差動保護，不僅能有效地反應電爐變壓器的故障並精確地動作，而且使電流互感器數量減小到9個，用於樂於接受，減少了投入經費，同時，低壓側電流互感器使用Rogowski線圈電流互感器，解決了傳統電磁式電流互感器不能測量特別大電流的問題，並且該發明的方法使得電爐變壓器的高、中、低壓側電流都不需要進行相位校正，簡化了運算。
2014年11月6日，《電爐變壓器縱差保護方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《電爐變壓器縱差保護方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：電爐變壓器縱差保護方法
- 公布號：CN101800415A
- 公布日：2010年8月11日
- 申請號：2010101557300
- 申請日：2010年4月27日
- 申請人：寧夏回族自治區電力公司、許繼電氣股份有限公司、許昌許繼軟體技術有限公司
- 地址：寧夏回族自治區銀川市南環西路13號
- 發明人：劉志遠、趙國生、李瑞生、劉星、楊恢宏
- 分類號：H02H7/045（2006.01）I
- 代理機構：鄭州睿信智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：陳浩、馬儀成
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
各種礦山冶凍企業（如軋鋼廠等各種礦石冶煉廠）套用一種特殊性能及結構的電爐變壓器，多為Y/Δ-11/Δ-11或Y-Y-12/Δ-11接線方式，高壓側電壓為35～220千伏，低壓側輸出電壓為幾十伏至200伏左右直接供電給電弧型電爐，產生高溫來冶煉礦石。高壓側電壓取自電力系統，基本穩定，低壓側電壓可在廣泛範圍內（約50%）調壓。
電爐變壓器中有一種稱為共鐵芯式電爐變壓器，其特點是主變壓器及調壓變壓器共用一個鐵芯，故稱為共鐵芯式。截至2010年4月，這種電爐變壓器的保護裝置在中國國內外都只是採用簡單的過電流保護，保護性能差，當電爐變壓器內部短路故障時（絕大多數為匣間短路或單相接地短路）經常出現過流保護拒動現象，致使電爐變壓器燒毀，嚴重影響冶煉企業的安全生產。
電弧爐變壓器的縱差保護方案可以採用傳統的分側差動保護方案，但該方案共需18個電流互感器，用戶不願接受，而採用《電爐變壓器縱差保護方法》提出的高、中、低壓測三點大差動縱差保護方案，可使電流互感器數量減小到9個，並且保護性能並不變差，且低壓側⊿接電流也不需要進行相位校正。該三點大差動縱差保護方案可以有效地反應電爐變壓器的單相接地故障及匝間短路故障。
發明內容
專利目的
《電爐變壓器縱差保護方法》的目的是提供一種保護性能高，需要電流互感器數量小的電爐變壓器縱差保護方法。
技術方案
《電爐變壓器縱差保護方法》採用高、中、低壓側三點大差動保護，步驟如下：
（1）在電爐變壓器的高、中壓側的每一相分別接入電磁式電流互感器，並在該電爐變壓器的低壓側的每一相分別接入採用基於Rogowski線圈的電子式電流互感器，且高、中、低壓側電流互感器均為Y接；
（2）由電爐變壓器的高、中、低壓側電流互感器的測量值計算縱差保護的差動電流、制動電流，公式如下：
式中IH、I中、IΔ分別為縱差保護高壓側、中壓側、低壓側電流互感器同相側一次側電流；
（3）縱差保護為比率制動式，三相組成“或”門輸出，動作方程為：
式中
，啟動電流Iop0、拐點電流Ires0、制動係數S為保護的整定值；
（4）判斷差動電流的大小是否滿足制動方程的要求，若差動電流的大小滿足制動方程的要求，則保護判定變壓器發生區內故障，保護跳閘，若差動電流的大小不滿足差動方程的要求，則保護判定變壓器無區內故障發生，保護不動作。
進一步的，該方法適用於Y/Y-12/Δ-11型電爐變壓器。
進一步的，低壓側一次電流IΔ為其二次輸出電壓信號的積分
，式中，u為Rogowski羅氏線圈輸出電壓信號，K為比例係數，它取決於Rogowski羅氏線圈的製作參數。
進一步的，所述步驟（3）中取Iop0=0.4Ie，Ires0=Ie，S＝0.6，Ie為電爐變壓器額定電流。
進一步的，低壓側一次電流IΔ不進行相位校正。
改善效果
《電爐變壓器縱差保護方法》的電爐變壓器縱差保護方法，不僅能有效地反應電爐變壓器的故障並精確地動作，而且使電流互感器數量減小到9個，用於樂於接受，減少了投入經費，同時，低壓側電流互感器使用Rogowski線圈電流互感器，解決了傳統電磁式電流互感器不能測量特別大電流的問題，並且該發明的方法使得電爐變壓器的高、中、低壓側電流都不需要進行相位校正，簡化了運算。
附圖說明
圖1是該發明動作方程的二折線示意圖；
圖2是縱差保護內部高壓繞組單相接地短路電流流動圖；
圖3是縱差保護範圍外部單相接地短路電流流動圖；
圖4是DLn合閘時縱差保護範圍外部d4點單相接地短路電流分布圖。
權利要求
1.《電爐變壓器縱差保護方法》其特徵在於，採用高、中、低壓側三點大差動保護，步驟如下：
（1）在電爐變壓器的高、中壓側的每一相分別接入電磁式電流互感器，並在該電爐變壓器的低壓側的每一相分別接入採用基於Rogowski線圈的電子式電流互感器，且高、中、低壓側電流互感器均為Y接；
（2）由電爐變壓器的高、中、低壓側電流互感器的測量值計算縱差保護的差動電流Iop、制動電流Ires，公式如下：
式中IH、I中、IΔ分別為縱差保護高壓側、中壓側、低壓側電流互感器同相側一次側電流；
（3）縱差保護為比率制動式，三相組成“或”門輸出，動作方程為：
式中，啟動電流Iop0、拐點電流Ires0、制動係數S為保護的整定值；
（4）判斷差動電流的大小是否滿足制動方程的要求，若差動電流的大小滿足制動方程的要求，則保護判定變壓器發生區內故障，保護跳閘，若差動電流的大小不滿足差動方程的要求，則保護判定變壓器無區內故障發生，保護不動作。
2.根據權利要求1所述的電爐變壓器縱差保護方法，其特徵在於：用於Y/Y-12/Δ-11型電爐變壓器。
3.根據權利要求2所述的電爐變壓器縱差保護方法，其特徵在於：低壓側一次電流IΔ為其二次輸出電壓信號的積分，式中，u為Rogowski羅氏線圈輸出電壓信號，K為比例係數，它取決於Rogowski羅氏線圈的製作參數。
4.根據權利要求3所述的電爐變壓器縱差保護方法，其特徵在於：所述步驟（3）中取Iop0=0.4Ie，Ires0=Ie，S＝0.6，Ie為電爐變壓器額定電流。
5.根據權利要求3所述的電爐變壓器縱差保護方法，其特徵在於：低壓側一次電流IΔ不進行相位校正。
實施方式
該發明的電爐變壓器縱差保護方法採用高、中、低壓側三點大差動保護，步驟如下：
（1）在電爐變壓器的高、中壓側的每一相分別接入電磁式電流互感器，並在該電爐變壓器的低壓側的每一相分別接入採用基於Rogowski線圈的電子式電流互感器，且高、中、低壓側電流互感器均為Y接；（2）由電爐變壓器的高、中、低壓側電流互感器的測量值計算縱差保護的差動電流Iop、制動電流Ires，公式如下：
式中IH、I中、IΔ分別為縱差保護高壓側、中壓側、低壓側電流互感器同相側一次側電流；
（3）縱差保護為比率制動式，三相組成“或”門輸出，動作方程為：
（4）判斷差動電流的大小是否滿足制動方程的要求，若差動電流的大小滿足制動方程的要求，即差動電流位於二折線特性曲線的上方制動區內，則保護判定變壓器發生區內故障，保護跳閘，若差動電流的大小不滿足差動方程的要求，即差動電流位於二折線特性曲線下方，則保護判定變壓器無區內故障發生，保護不動作。
如圖2所示，設d點發生高壓繞組內部A相單相接地短路，短路電流
流過高壓繞組的部分匝數W1（W1為接地點與繞組端部之間的匝數），磁勢W1在低壓側感生流
，圖中
，不會在中壓側感生電流（因為高壓繞組B、C相中無電流，牽制著中低壓側b、c相繞組中不容許有電流，故中壓側a相中也無電流）。由TAH的正極性端流入，為正值；由TAL的負極性端流入，為負值。與為幅值不等的穿越性短路電流，必然IaΔ＜IAH（指標值）。
縱差A相：
IaΔ＜IAH，若Iop大，Ires小，則Iop.est小，Ires＞Iop.est，保護動作；當然也可能Ires＜Iop.est，保護拒動，兩種情況都可能。
接地短路前正常運行中磁勢IAHWH=IaΔWL，WH、WL為每相高低壓繞組的匝數，
，NBy（正）為正常運行時變壓器高低壓側之間的變比。接地短路後，磁勢IAHW1=IaΔWL，
，NBy（短）為接地短路後變壓器的變比。IaΔ=IAHNBy（短），高壓繞組接地點位置改變，W1改變，隨著接地點位置的改變改變了變壓器的變比，W1＜WH，NBy（短）＜NBy（正），短路後變比小了，IaΔ減小，而平衡係數未變，則不平衡電流增大，Iop增大，使保護動作。
接地短路點越靠近變壓器高壓側的端部，W1越小，NBy（短）越小，IaΔ越小，Iap=IAH-IaΔ越大，保護動作靈敏度越高。當在變壓器高壓繞組端部長（保護範圍以內）單相接地短路時，W1=0，IaΔ=0，Iop=IAH，保護動作靈敏度最高。反之，接地短路點越靠近變壓器中性點時，W1越大，NBy（短）越大，IaΔ越大，Iop=IAH-IaΔ越小，保護靈敏度越低而拒動。
圖3中，電爐變壓器正常運行時高壓繞組中性點不接地，若在正常運行中在保護範圍外部（圖中的d1點）發生A相單相接地短路，短路電流IAH雖然很大，但其不通過縱差保護的TAH，流經TAH一次側的三相電流IAH、IBH、ICH為流經電爐變壓器三相繞組的電流，該電流的零序分量為零（中性點不接地），其感應到中壓側、低壓側的零序電流都為零，三點大差動保護的差動電流為其不平衡電流Iunb，小於其設定值，保護不動作。
圖4中，DLN合閘過程中電爐變壓器高壓側縱差保護外部輸電線路d4點A點單相接地短路，流經TAH一次側的三相電流IAH、IBH、ICH為流經電爐變壓器三相繞組的電流，此電流只含零序電流
，無正序也無負序分量，它自TAH的負極性端流入，故為負值，即
。中壓側無零序電流流通的路徑，因此感應到中壓側的三相電流
。感應到低壓側的三相電流IaΔ、IbΔ、IcΔ也只含零序電流，無正序也無負序分量，它自TAL的正極端流入，為正值；又TAL與TAH的變化關係為
,由
所以
(標么值)。
縱差保護的IOP、Ires三相完全相同，如故障相A相：
理論上為零，實為不平衡電流Iunb，
B、C相縱差保護的Iop、Ires與Iop.A、Ires.A分別相同。可見，DLn合閘過程中若伴隨縱差保護外部單相接地短路，縱差保護三相均可靠地不動作，式中零序電流分配係數的定義為：
，
，0＜λOM＜1，0＜λON＜1，λOM+λON=1；ZMKO—單相接地短路點K與M側之間的零序阻抗；ZNKO—單相接地短路點K與N側之間的零序阻抗。
榮譽表彰
2014年11月6日，《電爐變壓器縱差保護方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
