楊洪濤，景 城

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田438600）

抽水蓄能電站主變壓器差動保護CT極性校驗方法探討

楊洪濤，景 城

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田438600）

從主變壓器差動保護原理出發(fā)，探討了主變壓器差動保護CT極性校驗方法，詳細分析了蓄能電站主變壓器差動保護CT極性校驗新方法的原理、試驗設備容量計算及設備選型方法和試驗程序，解決了蓄能電站主變倒受電前其差動保護CT極性校驗難題，并對兩種試驗方法的優(yōu)缺點進行了對比分析。

主變壓器；差動保護；極性校驗；方法

0 引言

主變壓器作為電站的輸變電設備，是電站的重要設備之一，差動保護為變壓器主保護，在電站變壓器投入正式運行之前，調度要求必須對差動保護CT極性進行校驗，確保其極性正確后才能投入使用。如果其極性得不到正確校驗，在變壓器投入運行后，如果變壓器內部有故障，差動保護拒動，可能會導致變壓器燒毀事故發(fā)生，同時可能會對電網造成巨大危害，甚至會導致局部電網崩潰。因此變壓器差動保護CT極性校驗是每一臺主變壓器投運前必須要完成的檢測項目之一。

1 主變差動保護原理

變壓器差動保護，是變壓器內部及引出線上短路故障的主保護，它能反應變壓器內部及引出線上的相間短路、變壓器內部匝間短路及大電流系統(tǒng)側的單相接地短路故障。變壓器差動保護，按比較變壓器各側同名相電流之間的大小及相位構成。以二卷變壓器為例，其一相差動的交流接入回路示意圖如圖1。

變壓器正常運行時，I1與I2流入差動保護裝置的電流大小相等，方向相反，在差動保護裝置內不產生差流，保護裝置不動作，但是當變壓器內部故障時，變壓器高低壓側一次電流均向變壓器內部流動，此時，CT二次側電流I1與I2流入差動保護裝置的電流方向相同，差動保護裝置內差流很大，保護裝置迅速動作，切斷變壓器高、低壓側斷路器，故障電流消失，起到保護變壓器作用。但是，當CT1與CT2的極性接反時，則正好產生相反的效果，變壓器差動保護將不能正確動作，特別是由于變壓器高低壓側經過了Y/△變化后，高低壓側CT的極性校驗難度會更大，因此變壓器差動保護CT極性校驗必須經過一次通流校驗后才能最終確定。

圖1 變壓器差動交流回路接入示意圖

2 主變差動保護CT極性校驗的一般方法

電站主變壓器差動保護CT極性校驗一般方法是高壓側短路零起升流法。即利用主變高壓側出口的接地刀閘形成三相短路接地，通過與其相連機組提供短路電源（如圖2所示），首先將機組手動開機至發(fā)電工況，合上相應斷路器和隔離開關，通過調節(jié)勵磁電流的大小，逐步增加定子電流至額定電流的10%左右，從而達到檢測主變差動保護CT極性目的。使用該方法時必須具備下列條件：

圖2 主變差動保護CT極性校驗一般方法接線圖

（1）機組發(fā)電工況空載試驗已基本完成；

（2）勵磁系統(tǒng)、調速器系統(tǒng)空載試驗已基本完成；

（3）勵磁變高壓側與一次系統(tǒng)的連接線解開，并做好安全防護措施；

（4）從廠用電系統(tǒng)通過臨時高壓電纜接入勵磁變高壓側，并將勵磁變保護跳閘回路通過臨時電纜連接至相應的廠用電斷路器；

（5）上水庫仍有足夠水源，機組水頭在合適范圍之內，可保證機組發(fā)電工況空載穩(wěn)定運行。

3 主變差動保護CT極性校驗新方法

由于抽水蓄能電站具有的特殊性，①絕大多數抽水蓄能電站在首臺機組啟動前，上庫沒有天然來水，即便有些蓄能電站上庫有水，也僅能滿足機組發(fā)電工況部分試驗，上庫存水很難滿足通過機組帶主變零起升流來校驗主變差動保護CT極性；②機組在水泵工況啟動時必須有外來電源拖動機組。因此，蓄能電站在首臺機組啟動前，一般須完成主變倒受電操作。而主變倒受電的必要條件之一是要確保主變差動保護CT極性已經過一次通流（即在主變高低壓側CT一次回路均同時流過電流）校驗。由于主變差動保護兩組CT是分別接在主變高低壓側，且因CT變比很大（CT變比選擇與主變及機組容量有關），一次側電流如果達不到一定值，反應在CT二次側電流將很小，主變差動保護CT極性將無法確定。因而必須要尋求一種新的方法來校核主變差動保護CT極性。下面將以一臺容量為360 MVA 500 kV主變?yōu)槔榻B主變壓器差動保護極性校驗新方法——主變低壓側短路升流法（外施電源法）。

3.1 基本原理

試驗主接線如圖3所示。將變壓器低壓側利用接地開關將其三相短路，而從高壓側加入額定頻率的三相交流電壓，通過調節(jié)三相調壓器輸出，使短路范圍內CT二次側電流達到滿足極性校驗的要求值，通過差動保護裝置（或高精度相位測試儀器），檢驗三相差流的大小和相位是否正確。

圖3 主變差動保護CT極性校驗新方法接線簡圖

3.2 已知試驗條件

主變容量Sn為360 MVA；額定電壓為525 kV/ 15.75 kV（中間檔位）；額定電流為396A/13 197A；聯(lián)結組標號為YNd11；短路阻抗Uk為14%；

主變高壓側地刀最高可承受電壓為10 kV（該值可查詢GIS設備手冊）；

主變高壓側GIS套管已安裝試驗合格，且GIS內已充合格的SF6氣體；

主變高壓側CT變比1 500 A/1 A；

主變低壓側CT變比15 000 A/1 A；

差動動保護裝置（或高精度相位測試儀器）最小測量二次電流為5mA(即當二次側輸入電流達到5mA以上時，可準確反應其電流和相位，該值可通過廠家技術說明書得知)。

3.3 試驗設備選型計算

（1）試驗所需電流計算

為了確保主變差動保護CT極性可靠校驗，一般考慮主變高壓側CT二次電流（I1）應達到10 mA以上，則主變高壓側一次電流Ik1為：

則主變低壓側一次電流為：

保護裝置側低壓側二次電流I2為：

從上述計算可知，保護裝置CT二次側電流均滿足差動保護CT極性校驗（或高精度相位測試儀）要求。

（2）試驗所需電源容量計算

試驗所需電源容量可按下式計算：

式中：Sn、Un——分別為變壓器額定容量和額定電壓；In、Ik1——分別為變壓器額定電流和變壓器高壓側一次試驗電流；

Uk——變壓器短路阻抗百分數（%）；

S、U——分別為所需試驗電源視在功率和變壓器高壓側試驗電壓。

代入相關數據，根據公式（1）計算得知所需電源的視在功率S≥72.3 kVA；

根據公式（2）計算得知變壓器高壓側試驗電壓U=2.78 kV。

（3）試驗設備選擇

從上述計算可知，當主變一次側電流通入15 A時，所需外加電壓為3 kV左右，滿足主變高壓側地刀最高可承受電壓為10 kV條件，且有較大余量，不會對該地刀造成影響。

考慮三相試驗變壓器及主變短路負載損耗，試驗三相變壓器和三相調壓器容量可選大于100 kVA試驗設備。

現場實際試驗過程中，根據實際情況，按如下選擇試驗設備：

試驗電力變壓器選擇為電站檢修用三相電力變壓器，容量及變比分別為：

三相試驗調壓器從中試所借用，容量及變比分別為：

S=1 000 kVA，原邊與副邊電壓為：400 V/650 V；

400V開關從電站公用400 V開關上選擇備用400 A開關。

3.4 主變小差保護極性校驗試驗步驟

從圖3可知：主變小差保護所用CT為CT 9與CT17。試驗原理接線如圖4所示，具體試驗程序如下：

（1）斷開0461、0462隔離開關，合上主變低壓側接地刀04617地刀；

（2）斷開50046隔離開關，合上主變高壓側500467地刀，并將每相接地連接片斷開；

（3）連接好試驗變壓器、試驗調壓器及調壓器控制柜之間的連接線；

（4）整定三相調壓器輸出電壓保護，按200 V整定，對應三相變壓器輸出電壓為5 kV,并做好保護跳閘測試；

（5）將調壓器調至最小位，合上400 V開關，緩慢調節(jié)調壓器輸出，監(jiān)測試驗變壓器低壓側電壓和高壓側電流，同時從主變差動保護裝置上檢查主變高低壓側CT電流是否正常。

（6）當確認主變高低壓側CT電流正常后，緩慢調節(jié)試驗調壓器輸出，直到試驗變壓器高壓側電流達到15 A，保持穩(wěn)定。檢查主變高低壓所有CT電流是否正常，主變差動保護CT極性是否正確，當確認所有結果滿足要求后，降低調壓器輸出，并斷開400V開關。

圖4 試驗原理接線圖

3.5 試驗中實測數據分析

試驗中，現場實測電流數據如表1。

表1 現場實測電壓、電流數據

從上述實測數據可知，現場實際測量值與3.3.(2)中計算值接近，在測量誤差范圍之內，同時通過主變差動保護裝置可清晰讀取主變高低側一次電流值，且相位正確，差流均接近為0，主變小差保護極性正確。

3.6 試驗方法進一步推廣使用

（1）主變大差保護CT極性校驗

從圖3可以看出，主變大差保護所用CT為CT18和CT5,因CT5為發(fā)電機出口電流互感器，要想在CT5二次側有電流，則圖3中的短路點應設在發(fā)電機出口。解開發(fā)電機出口與IPB（封閉母線）的連接銅排，臨時加裝一組短路線（可承受短路電流1 000 A即可），主變低壓側接地刀閘均在分閘位置，合上圖3中的0461隔離開關（發(fā)電換相隔離開關）和04斷路器，同時斷開04斷路器的跳閘電源（防止04斷路器誤跳閘）。

主變高壓側接線仍如圖3所示，試驗方法同3.4中的第（3）至第（6）步。利用此方法可順利完成主變大差保護中CT極性校驗。

（2）500 kV母線及高壓電纜差動保護CT極性檢驗

圖5 電站500 kV系統(tǒng)母線及高壓電線差動保護CT配置圖

圖5為電站500 kV母線及高壓電纜差動保護CT配置圖。盡管母線及高壓電纜差動保護CT極性可以利用高壓電纜充電電流和主變沖擊合閘過程中錄波方式來檢驗。但是也可以利用主變差動保護極性校驗新方法，在一次設備正式受電前，完成母線及高壓電纜差動保護CT極性校驗。方法與3.4中方法基本相同，試驗設備容量僅需要考慮加上高壓電纜的充電電流即可，加壓點可選擇在圖5中的A點，所加電壓不受圖3中接地開關電壓限制，合上相應的斷路器及隔離開關（對斷路器采取相應的防跳措施），即可形成一次電流的通路，校驗母線及高壓電纜保護CT極性。

4 結語

主變高壓側短路零起升流法在常規(guī)電站和蓄能電站非首臺主變差動保護極性校核中應用較為普遍，該方法比較復雜，使用條件苛刻，且需要臨時高壓電纜，占用機組有水調試直線工期。但該方法校驗CT極性效果較好、直觀，能更全面檢查電流互感器特性及二次回路接線中存在的問題。

外施電源法解決了蓄能電站機組啟動前，主變倒受電時相關差動（主變差動、母線差動及高壓電纜差動等）保護CT極性無法校驗問題，確保主變倒受電的安全、可靠。該方法操作及使用條件簡單，節(jié)省臨時高壓電纜投資，不占用機組有水調試直線工期。但該方法由于使用的是外施電源，受電源容量限制，通入電流較小，不能全面檢查電流互感器特性及二次回路接線中可能存在的問題，因此在機組并網后，需對CT及其二次回路進一步檢驗。

[1]李建明，朱康.高壓電氣設備試驗方法[M].（第二版）.中國電力出版社，2001.

book=16,ebook=39

TM774

B

1672-5387（2010）04-0016-04

2010-05-08

楊洪濤（1968-），男，教授級高級工程師，從事抽水蓄能電站機電安裝管理工作。