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地特三等申論題 108年 [電力工程] 電力系統

第 一 題

📖 題組:
五、一個額定為三相、三線、345(Y)/34.5(∆) kV、60 MVA、60 Hz 之電力變壓器,採用電力變壓器繞組兩側比流器二次側與差動電驛之適當接線,以達成保護該變壓器之功能。已知該電力變壓器在 34.5 kV 側所採用之比流器具有 1000/5 A 之標準變流比。試求:(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

電力變壓器運轉在滿載條件下,345/34.5 kV 兩側之繞組電流大小與線電流大小。

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本題為三相變壓器基本滿載電流計算。首先利用三相視在功率公式 S = √3 × V_L × I_L 計算出兩側的線電流大小,接著再根據高壓側 Y 接線與低壓側 ∆ 接線的物理特性(Y接:線電流=相電流;∆接:線電流=√3倍相電流),求得繞組電流。

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【解題關鍵】利用三相視在功率公式 $S = \sqrt{3} V_{L} I_{L}$ 計算線電流,再依據 Y 及 ∆ 接線特性轉換為繞組電流。 【解答】 計算:

小題 (二)

電力變壓器 345/34.5 kV 兩側比流器二次側之接線方式。

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解決變壓器差動保護的 CT 接線問題,首要考量是「相位補償」。因為變壓器 Y-∆ 接線會導致一次側與二次側線電流產生 30 度的相位差,為了抵消此相角差以避免差動電驛誤動作,CT 二次側的接線方式必須與變壓器該側繞組的接線方式相反。

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【解題思路】利用差動保護之相位補償原則,比流器 (CT) 二次側接線需與主變壓器對應側繞組接線相反,以消除線路電流之 30 度相角移位。 【詳解】 已知條件:電力變壓器接線為 345(Y) / 34.5(∆) kV。

小題 (三)

電力變壓器 345 kV 側採用比流器之變流比。

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解決變壓器差動保護問題,首要原則是消除變壓器 Y/Δ 接線造成的相角差,以及平衡兩側進入電驛的電流大小。先依據主變壓器接線決定兩側 CT 的二次側接線方式(Y接配Δ接,Δ接配Y接),再透過已知側的 CT 變比推算進入電驛的電流,最後利用兩側電驛電流相等的條件反推未知側的 CT 變比。

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【解題關鍵】變壓器差動保護須將 CT 二次側採與主變壓器相反之接線(Y/Δ對應Δ/Y)以補償相角差,且進入電驛之兩側電流大小必須相等。 【解答】 計算:

小題 (四)

電力變壓器運轉在半載條件下,345/34.5 kV 兩側比流器二次側之輸出電流大小。

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看到此題先計算出變壓器半載時兩側之一次側線電流。接著,留意到變壓器為 Y-Δ 接法,差動保護為消除相位移需將比流器 (CT) 接成相對應的 Δ-Y 接法。利用已知的 34.5 kV 側 CT 變流比算出該側二次側電流,再依據差動電驛的電流平衡條件,反推 345 kV 側 CT 二次繞組的輸出電流大小。

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【解題關鍵】計算出半載條件下兩側的線電流後,利用變壓器與比流器 (CT) 的接線相位補償原理 (Y-Δ變壓器需搭配Δ-Y比流器),並在差動電驛平衡條件下推求比流器二次側電流。 【解答】 計算:

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