摘  要：采用三相变四相的电力变压器可以实现四相输电方式，也可以用作电气化铁道的AT供电方式，但这种变压器的差动保护研究未见报道。根据该变压器三相侧与四相侧的电流变换关系，提出了两种简单实用的差动保护接线，并比较分析了这两种接线的优劣，给出了变压器三相侧采用三相电流互感器接成△形的差动保护接线方案更优的结论。

关键词：三相变四相电力变压器；差动保护；接线

1  接线平衡变压器
    接线平衡变压器的接线图如图1所示^{[1, 2]}。图中的变压器采用等截面三柱式铁心，绕组W_A 、W_a1、W_a2、W_a3、W_a4绕在A相铁心柱上，绕组W_B、W_b1、W_b2绕在B相铁心柱上，绕组W_c、W_c1、W_c2、W_c3、W_c4绕在C相铁心柱上。各绕组的匝数关系为

式中 K 为变压器电压比，即三相侧与四相侧相电压之比。按此接线，变压器四相侧的各相电压大小相等，相位依次滞后90°。
    接线平衡变压器四相侧的a、b、c、d端子分别接电力系统四相输电方式的四相，也可将四相侧的a、c端子和b、d 端子分别接电气化铁道AT供电方式上行和下行接触网的接触线与正馈线。
    变压器三相侧和四相侧的电流变换矩阵为

将高压侧三相电流改写成线电流的形式，电流变换关系如式(4)所示。

2  接线平衡变压器差动保护接线
    若变压器差动保护采用微机实现，式(3)、(4)的变换系数可以方便地得到，差动保护的原理与常规三相电力变压器没有大的差异，四相侧仅需要增加1路交流输入电流即可。
    （1）接线方案1
    根据式(3)，A、B、C三相差动继电器的平衡方程如式(5)所示。

式中  为辅助电流变换器的变比。
    方案1的差动保护接线如图2所示。变压器三相侧选用三相电流互感器并接成△形，变比取n_A=n_B=n_C，变压器四相侧选用单相电流互感器，变比取n_a=n_b=n_c=n_d；增加1个辅助电流变换器n_T。变压器三相侧、四相侧的电流互感器和辅助电流变换器的变比按如下关系选择

    当三相侧线路单相接地故障发生时，采用接线方案1构成的差动保护不会误动作^[3]，变压器三相侧的电流互感器可采用三相电流互感器并接成△形。
    （2）接线方案2
    根据式(2)，A、B、C三相差动继电器的平衡方程如式(8)所示。

方案2的差动保护接线如图3所示。由于流过每只差动继电器线圈的电流都是由几个电流的叠加实现的，因此，变压器三相侧选用三相电流互感器接成Y形，变比取n_A=n_B=n_C，变压器四相侧选用四台单相电流互感器，变比取n_a=n_b=n_c=n_d；增加2个辅助电流变换器n_T1和n_T2。变压器三相侧、四相侧的电流互感器和辅助电流变换器的变比按如下关系选择

    当三相侧线路单相接地故障发生时，采用接线方案2构成的差动保护将会误动作^[3]。

3  对比分析与结论
    通过上面的讨论，可以看出：
    （1）接线方案1仅需增加1个辅助变流器，接线方案2需要增加2个辅助变流器。
    （2）当变压器三相侧输电线路发生单相接地故障时，接线方案1构成的差动保护不会误动作，而接线方案2将会误动作。
    （3）对于接线方案1，变压器三相侧的电流互感器选用三相电流互感器接成△形；四相侧选用单相电流互感器，且电流互感器的2个输出端都不能接地。对于接线方案2，变压器三相侧选用三相电流互感器接成Y形；四相侧的电流互感器需选用单相电流互感器，且电流互感器的2个输出端都不能接地。
    上述比较分析表明，选用接线方案1构成接线平衡变压器差动保护接线是适宜的。

参考文献

[1]     Μамошин Р Р，Вородулин Б М．具有高对称效应的牵引变电所变压器[J]．电气化铁道（Electric Railway），1994，(3)：20-22．
[2]     罗信芝，周有庆，等（Luo Xinzhi，Zhou Youqing et al）．三相变四相新型平衡变压器等值电路的研究（Discussion on equivalent circuit of a new balanced transformer connected in ）[J] ．电工技术学报（Transactions of China Electrotechnical Society），2001，16(6)：50-54．
周有庆，刘湘涛，等（Zhou Youqing，Liu Xiangtao et al）．阻抗匹配平衡变压器的几种差动保护接线方式剖析（Analysis on some types of differential protective wiring for impedance matching balance transformer）[J]．铁道学报（Journal of the China Railway Society），1997，19(4)：40-45．