华北电力大学郑涛教授团队提出一种基于电流互感器精简配置的移相变压器新型本体保护方案

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导语

对称双芯移相变压器由串联变压器和励磁变压器两部分构成，常规本体保护由多个差动继电器构成，所需电流互感器数量多且连接关系复杂。为解决该问题，该文提出了一种基于CT精简配置的移相变新型本体保护方案。该方案将电平衡差动保护与磁平衡差动保护进行综合，仅需在移相变三相的输入端与输出端以及某一相串联变压器二次侧配置CT，通过4个差动继电器即可反映移相变所有内部故障。进一步，可通过4个差动继电器的动作组态实现故障定位。

研究背景

为推进“双碳”目标，我国新能源发电发展迅猛，但新能源大规模高比例并网，导致电力系统出现线路传输效率下降、潮流分布不均等问题，亟需灵活的潮流调控装置。移相变压器具有价格低廉、可靠性高等优势，有良好的应用前景，但其结构复杂紧凑，本体保护配置困难。现有保护方案存在电流互感器（CT）配置数量多、接线关系复杂、故障定位困难等问题，任一元件或接线故障都可能导致保护误动或拒动，严重影响移相变压器的安全运行。

论文所解决的问题及意义

现有对称型双芯移相变压器本体保护方案需配置12组 CT、9个差动继电器，接线繁杂，导致保护可靠性降低；同时部分方案无法实现故障定位，且未充分考虑励磁涌流对保护的影响。

该文提出的基于电流互感器精简配置的新型本体保护方案，大幅减少了CT 和差动继电器的使用数量，简化了保护接线，提升了移相变压器本体保护的经济性和可靠性；同时实现了移相变压器内部故障的全覆盖，并能通过继电器动作组态完成故障定位，为移相变压器的工程应用和安全运行提供了基础，保障了新型电力系统的安全稳定运行。

论文方法及创新点

针对目前双芯移相变本体保护CT(电流互感器)配置与接线繁杂、故障定位困难等问题，该文在分析其电磁耦合特性的基础上，提出了一种基于CT精简配置的双芯移相变本体差动保护方案。

1、分析对称型双芯移相变压器串联变与励磁变之间的电磁耦合及磁路耦合关系，推导各绕组间的电流平衡方程。基于此，提出电流互感器精简配置的思想，仅需在某一相（例如A相）串联变二次侧配置CT即可得到三相串联变二次绕组电流信息。

图1 移相变压器电流关系图

2、基于电平衡差动保护和磁平衡差动保护，提出一种综合差动保护的思想，通过配置更少量的CT，能够覆盖同样范围的内部故障。并基于此，构建由 1 个磁平衡差动保护+3个综合差动保护组成的新型本体保护方案。

图2 CT配置及移相变压器本体保护方案构成

图3 综合差动继电器KZD1差动电流推导

表1 差动继电器的动作组态与故障定位

3、基于PSCAD/EMTDC仿真平台，设置区外故障、不同位置的典型区内故障多种工况，验证了该方案能够反映移相变压器所有内部故障。

a)差动电流

b)制动特性

图4 串联变一次绕组匝间故障的相关电流

a)差动电流

b)制动特性

图5 励磁变二次绕组匝间故障的相关电流

结论

该文基于对称型双芯移相变的拓扑结构，在分析其磁路耦合关系的基础上，提出了一种基于电流互感器精简配置的移相变压器新型本体保护方案，所得结论如下：

1）该文在分析串联变与励磁变之间磁路耦合关系的基础上，通过在移相变三相的输入输出端以及A相串联变二次侧配置电流互感器，构造了移相变压器新型本体保护方案，该方案将电平衡差动保护与磁平衡差动保护综合，可覆盖移相变所有内部故障。

2）相较于现有保护方案，该文提出的新型本体保护方案使用的电流互感器数量由12组减少至7组，差动继电器数量从9个减少至4个，精简了CT和保护配置并简化了保护接线，从而提高了保护的可靠性。

3）该文提出的新型本体保护方案中，4个差动继电器保护范围不同且有所重叠。通过各差动继电器的动作组态，可缩小故障判别范围。同时对于移相变压器空载合闸的工况，可以采用二次谐波闭锁方案以防止综合差动保护误动。

团队介绍

电力系统保护与控制研究所是新能源电力系统国家重点实验室所属研究团队之一，主要开展电力系统保护与控制相关研究工作。郑涛教授带领的研究生团队曾获中国电力科学技术进步一等奖、二等奖、三等奖各1项；主持国家自然科学基金项目2项，作为课题负责人承担国家重点研发计划专项课题1项；发表SCI/EI检索学术论文180余篇；授权中国发明专利38项；出版学术专著2部。

郑涛

博士，华北电力大学电气与电子工程学院教授，博导，担任中国能源研究会新能源电力系统保护和控制技术专业委员会第一届委员会委员；宁夏新型电力系统标准化技术委员会委员；IEEE PES中国区电力系统主设备保护分委会副主席；IEEE PES中国区储能技术委员会储能并网与运行技术分委会委员；《电工技术》、《宁夏电力》等期刊编委。主要从事新能源电力系统故障机理和保护新算法研究、交直流输电故障耦合机理研究等。

于佳旭

硕士研究生，研究方向为新能源电力系统继电保护。

本工作成果发表在2026年第5期《电工技术学报》，论文标题为“基于电流互感器精简配置的移相变压器新型本体保护“。本课题为国家自然科学基金联合基金资助项目。

引用本文

郑涛, 于佳旭, 眭程曦, 申由. 基于电流互感器精简配置的移相变压器新型本体保护[J]. 电工技术学报, 2026, 41(5): 1653-1665. Zheng Tao, Yu Jiaxu, Sui Chengxi, Shen You. A Novel Protection Scheme for Phase-Shifting Transformers Based on Simplified CT Configurations. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(5): 1653-1665.

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