李 鵬，袁宇波，黃浩聲，張佳敏，高 磊

(江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103)

變電站二次系統(tǒng)規(guī)模龐大，保護(hù)配置與電流互感器（TA）二次回路比較復(fù)雜，在試驗(yàn)中常發(fā)生TA極性接錯(cuò)等問(wèn)題，對(duì)調(diào)試進(jìn)度和質(zhì)量造成很大影響。變電站二次系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，通常采用回路查線和測(cè)量回路電阻的方法校驗(yàn)TA二次回路的正確性[1]。常規(guī)的檢測(cè)方法利用測(cè)試回路電阻等手段能保證二次回路的連通性等基本要求，但對(duì)于電纜接地或有寄生回路產(chǎn)生分流、TA極性不確定等問(wèn)題無(wú)法可靠檢測(cè)，可能造成啟動(dòng)調(diào)試工作的被動(dòng)。

一次通流是檢查二次回路的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主要目的是為檢驗(yàn)變電站TA變比和校驗(yàn)線路差動(dòng)、母線差動(dòng)、短引線、主變差動(dòng)等保護(hù)用TA及測(cè)量、計(jì)量用TA接線的正確性[1，2]。通過(guò)一次通流的整組試驗(yàn)檢驗(yàn)TA二次回路是很有意義的。高壓直流換流站中，換流變是重要的一次設(shè)備，占換流站總投資的很大部分。換流變保護(hù)（CTP）主要由差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成，而換流變各側(cè)TA變比不盡相同，且有一側(cè)為三角形接法。為保證TA二次回路極性、變比、相序的正確性，在換流站啟動(dòng)試驗(yàn)前對(duì)主變進(jìn)行一次通流是有必要的[1，3-6]。

1 TA同名端及極性

傳統(tǒng)TA與變壓器結(jié)構(gòu)類似，按變壓器原理工作，一次側(cè)和二次側(cè)通過(guò)同一個(gè)磁通鏈路進(jìn)行能量的傳遞和電流/電壓大小的轉(zhuǎn)換。TA同名端定義為在同一交變磁通作用下，在任何瞬間各繞組具有相同的電動(dòng)勢(shì)極性（方向）的端子[7，8]。TA繞組極性是其原副邊繞組感應(yīng)電勢(shì)之間的相位關(guān)系，極性判別屬于同名端問(wèn)題。對(duì)于一臺(tái)TA，原副邊繞組在同一交變磁通的作用下同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向判別基于以下原理：（1）根據(jù)楞次定律，繞組中的電動(dòng)勢(shì)力圖產(chǎn)生一個(gè)與原磁通方向相反的磁通以阻止原磁通的增加；（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與其力圖產(chǎn)生的磁通方向滿足右手螺旋定則。

同名端具有以下特點(diǎn)：（1）原幅邊繞組同名端通入方向相同的電流時(shí)，在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向一致；（2）當(dāng)從一次繞組的極性端通入電流時(shí)，二次繞組回路中感應(yīng)出的電流從極性端流出，以極性端為參考，一、二次電流方向相反，因此也稱為減極性標(biāo)注。

TA同名端或極性的識(shí)別方法一般基于TA工作原理和同名端的定義及特點(diǎn)，利用試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)，常用的方法有直流法和交流法。

2 換流變套管TA極性測(cè)試的直流法

2.1 直流法原理

TA一、二次側(cè)各有2個(gè)引出端，利用直流法進(jìn)行極性校驗(yàn)其實(shí)就是校驗(yàn)一、二次側(cè)的相對(duì)極性。直流法極性檢測(cè)中，先假設(shè)TA極性，并將TA一次引出端與干電池相連，其假設(shè)的一次側(cè)正極性端與電池正極相連；TA二次側(cè)接直流指示表 （mA表），將假設(shè)的二次側(cè)正極性端接直流指示表的正接線柱；通過(guò)開關(guān)K控制電流的通斷。測(cè)試原理接線如圖1所示，其中干電池為6～9 V的電池組，直流指示表為高靈敏度的雙向直流電流表。

圖1 直流法TA極性校驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖

直流法工作原理如下：開關(guān)K閉合時(shí)，在TA一次產(chǎn)生階躍電壓，TA磁路中產(chǎn)生一個(gè)快速上升然后不變的磁通，二次側(cè)由此感應(yīng)出上升后立刻衰減的電流；開關(guān)K打開時(shí)，互感器磁路中的磁通快速衰減，二次側(cè)感應(yīng)出反向的磁通，從而感應(yīng)出反向的電流。因此，閉合/打開開關(guān)K，通過(guò)觀察直流指示表的指針偏轉(zhuǎn)方向可以判斷TA的極性，如開關(guān)K閉合時(shí)，若指示表指針偏向正方向，則假設(shè)極性正確；若指針偏向負(fù)方向，則假設(shè)極性相反。

2.2 換流變套管TA極性測(cè)試方法

換流變套管TA安裝完成之后，TA的非極性端在變壓器內(nèi)部，無(wú)法按圖1的方式用干電池在TA一次側(cè)兩端直接加電壓進(jìn)行極性測(cè)試。由于TA一次側(cè)串接在變壓器回路中，可采用在變壓器回路中通入直流電流的方法進(jìn)行套管TA極性測(cè)試。

對(duì)于單相雙繞組變壓器，直流一次通流測(cè)試套管TA極性的試驗(yàn)原理即相應(yīng)等值電路如圖2所示。其中，I側(cè)、II側(cè)分別指換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)。若換流變II側(cè)開路，等值回路阻抗主要由變壓器勵(lì)磁阻抗組成，阻抗值很大。由于回路電感很大，在I側(cè)加6～9 V的階躍直流電壓，TA一次電流上升很緩慢，TA二次側(cè)基本無(wú)感應(yīng)電流輸出，回路中mA表偏轉(zhuǎn)非常小，難以準(zhǔn)確判斷TA極性。若將換流變II側(cè)短接，則回路阻抗主要由變壓器I側(cè)、II側(cè)漏抗組成，阻抗很小，在I側(cè)加階躍直流電壓時(shí)，回路電流變化很劇烈，TA二次側(cè)感應(yīng)電流較大，mA表偏轉(zhuǎn)很明顯。因此，試驗(yàn)時(shí)首先需將變壓器II側(cè)短接，然后在I側(cè)加階躍電壓，并用mA表偏轉(zhuǎn)來(lái)檢測(cè)各套管TA的極性。直流法試驗(yàn)可能使變壓器鐵心產(chǎn)生剩磁，因此試驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)行去磁。

圖2 直流法變壓器套管TA測(cè)試原理

2.3 換流變直流法一次通流試驗(yàn)方案

對(duì)于雙極12脈動(dòng)換流站，一般一個(gè)極由6臺(tái)單相雙繞組變壓器分別連接成YnY及YnD接線的兩臺(tái)三相換流變。直流法通流試驗(yàn)時(shí)，對(duì)換流變按相分別進(jìn)行，利用干電池組在換流變網(wǎng)側(cè)某相加階躍直流電壓，實(shí)際為零序電壓，為使換流變回路暫態(tài)零序電流能夠流通，應(yīng)保證試驗(yàn)時(shí)換流變有零序通路[9]。在換流站直流相關(guān)部分投運(yùn)前或停運(yùn)檢修期間，換流變及直流場(chǎng)停電，換流變閥側(cè)地刀 （位于閥廳內(nèi)）處于合位。試驗(yàn)時(shí)，打開換流變網(wǎng)側(cè)接地刀閘，利用干電池組在換流變網(wǎng)側(cè)對(duì)地加階躍直流電壓，對(duì)于YnD接線換流變，D繞組為零序電流提供了通路；而YnY接線換流變閥側(cè)中性點(diǎn)不接地，沒(méi)有零序通路，由于勵(lì)磁阻抗很大網(wǎng)側(cè)暫態(tài)零序電流很小且變化緩慢。因此，進(jìn)行YnY接線換流變?cè)囼?yàn)時(shí)，在其位于閥廳內(nèi)的中性點(diǎn)處加臨時(shí)接地線，同時(shí)閥側(cè)地刀處于合位，構(gòu)成了零序通路。試驗(yàn)接線如圖3所示，零序等值電路與圖2（b）類似。

圖3 直流法試驗(yàn)方案

3 換流變套管TA極性測(cè)試的交流法

3.1 交流法原理

交流法一次通流試驗(yàn)中，將換流變閥側(cè)短接，并視其為純感性負(fù)載，在換流變一次回路中加三相對(duì)稱的交流電壓，回路接線如圖4（a）所示。采用對(duì)稱交流電壓中某一相為參考相量（如以A相電壓作為參考），可驗(yàn)證換流變TA反映出的極性。當(dāng)檢測(cè)的A相電流滯后A相電壓90°時(shí)，TA應(yīng)為減極性（P1，S1）接入方式，當(dāng)電流超前電壓 90°時(shí)，應(yīng)為P1，S2接入方式，如圖 4（b）所示；根據(jù)三相電流與參考電壓的相對(duì)位置可確定二次電流回路的相序，如圖 4（c）所示。

3.2 換流變交流法一次通流試驗(yàn)方案

圖4 換流變TA極性交流法測(cè)試原理

一次通流前的準(zhǔn)備工作：合上TA端子箱和屏柜內(nèi)端子排上所有連片，并檢查整個(gè)TA回路有無(wú)開路。為確保一次通流安全進(jìn)行，將TA二次回路斷開一點(diǎn)，用萬(wàn)用表檢查二次回路的阻值，以保證TA二次回路連通。將保護(hù)室所有二次裝置電源正常投入，保護(hù)功能壓板投入，保護(hù)出口壓板斷開。換流變交流法一次通流和變壓器短路試驗(yàn)類似。由于系統(tǒng)一次接線已經(jīng)完成，在換流變停電期間，其閥側(cè)地刀（位于閥廳內(nèi)）處于合位。為了接線方便，試驗(yàn)選擇在換流變網(wǎng)側(cè)引線處加三相交流電源，并打開換流變網(wǎng)側(cè)接地刀閘，換流變閥側(cè)由于地刀合位而處于短路狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用三相交流電可直接取自站內(nèi)380 V檢修電源箱。交流法一次通流時(shí)，通流電源為三相正序?qū)ΨQ電源，可通過(guò)換流變單相數(shù)學(xué)模型計(jì)算等值參數(shù)[9，10]，由于勵(lì)磁阻抗數(shù)值很大，試驗(yàn)時(shí)不考慮勵(lì)磁支路的影響。

3.3 換流變差動(dòng)保護(hù)電流回路檢測(cè)

換流變保護(hù)主要由差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成，差動(dòng)電流計(jì)算的正確性受TA變比及二次回路接線等影響。交流法一次通流可對(duì)整個(gè)二次回路進(jìn)行檢查，通流時(shí)應(yīng)特別檢查差動(dòng)保護(hù)相關(guān)電流的大小及極性。換流變差動(dòng)保護(hù)中，電流正方向應(yīng)與區(qū)內(nèi)故障時(shí)電流流向一致。交流法一次通流與換流變的短路試驗(yàn)類似，屬于換流變差動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障，流過(guò)穿越性電流，以A相為例，其電流方向如圖5所示。其中網(wǎng)側(cè)A套管、B套管的TA分別為TA1，TA2，閥側(cè)a套管、b套管的TA分別為TA3，TA4，以下相同。

圖5 交流法一次通流時(shí)換流變電流方向說(shuō)明

無(wú)論TA極性及其二次回路如何接線，要使差動(dòng)保護(hù)能正確反映區(qū)內(nèi)外故障。通流試驗(yàn)中，流入保護(hù)的電流方向應(yīng)滿足如表1所示的要求，其中電流方向?yàn)椤罢北硎続相電流（三相正序電流）滯后參考電壓（取電源A相電壓）約90°，電流方向?yàn)椤柏?fù)”表示A相電流滯后參考電壓約270°。據(jù)此可進(jìn)行TA二次回路接線正確性的整組測(cè)試。

表1 換流變保護(hù)中的電流方向

4 應(yīng)用實(shí)例

在政平換流站換流變保護(hù)改造的調(diào)試工作中，采用本文的直流和交流一次通流方法對(duì)換流變保護(hù)相關(guān)TA二次回路檢驗(yàn)。換流變套管TA二次出線從換流變就地端子箱引至相應(yīng)的接口柜 （TCI柜），并從TCI柜輸出給換流變保護(hù)柜（CTP柜）。通流試驗(yàn)前，通過(guò)二次回路查線，明確了TCI柜至CTP柜的二次接線，如表2所示。其中，引線差與小差共用TA1同一繞組電流，但回路反接。

表2 TCI柜至保護(hù)柜的二次接線方式

4.1 直流法一次通流試驗(yàn)

試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作如下：打開換流變交流側(cè)進(jìn)線接地刀閘；試驗(yàn)用直流電源（干電池組）經(jīng)臨時(shí)開關(guān)用高空接線鉗連接至換流變進(jìn)線隔刀與主變之間的高壓引線；在閥廳內(nèi)將YnY接線換流變閥側(cè)中性點(diǎn)用臨時(shí)接地線連接至閥廳內(nèi)接地銅排，構(gòu)成通流試驗(yàn)接線，如圖6所示為極I換流變A相試驗(yàn)時(shí)的接線圖。

試驗(yàn)時(shí)，在TCI柜中相應(yīng)端子串接mA表觀察其偏轉(zhuǎn)，極I換流變A相試驗(yàn)操作步驟為：（1）打開被測(cè)TA二次回路中TCI柜端子排至換流變保護(hù)的電纜接線；（2）將mA表串接入該端子，其中TCI輸出給換流變保護(hù)的電流端子接mA表正極；（3）開關(guān)A相閉合時(shí)，觀察開關(guān)閉合時(shí)mA表的偏轉(zhuǎn)方向；（4）恢復(fù)TCI至換流變保護(hù)的二次回路接線；（5）重復(fù)上述過(guò)程，對(duì)極I兩臺(tái)換流變A相所有套管TA的極性進(jìn)行測(cè)試。

圖6 極I換流變A相直流法測(cè)試接線

對(duì)于極I的B相、C相及極II三相，試驗(yàn)方法及步驟類似。極I換流變A相TA繞組試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，B相、C相相同。

表3 極I換流變A相TA試驗(yàn)結(jié)果

4.2 交流法一次通流試驗(yàn)

試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作如下：打開換流變交流側(cè)接地刀閘；試驗(yàn)用380 V電源取自站內(nèi)380 V檢修電源箱，經(jīng)空開連接至換流變進(jìn)線隔刀與主變之間的高壓引線。利用相位表進(jìn)行電流相量測(cè)量，以電源A相電壓作為參考，由于換流變保護(hù)屏位于主控室3樓，距離試驗(yàn)電源較遠(yuǎn)且接線不便，同時(shí)考慮到TCI柜至換流變保護(hù)的二次電纜接線在回路查線時(shí)已經(jīng)明確，故在TCI柜端子處進(jìn)行電流相量測(cè)量，將試驗(yàn)電源的A相電壓用接線板引入TCI柜，極I換流變交流法一次通流試驗(yàn)接線圖如圖7所示。

政平站換流變網(wǎng)側(cè)套管TA變比為2000/1，YnY換流變電壓及其閥側(cè)TA變比分別為500/200.4和3000/1，YnD換流變電壓及其閥側(cè)TA變比分別為 500/（1.732×200.4）和 2000/1。通流試驗(yàn)時(shí)，利用鉗形電流表測(cè)的380 V交流電源輸出電流有效值約6.7 A。極I換流變一次通流結(jié)果如表4所示。其中，測(cè)量的電流相量為TCI柜端子輸出給換流變保護(hù)的電流，以A相電壓為參考，電流角度為A相電壓超前電流的角度。

圖7 極I換流變交流法一次通流接線

表4 極I換流變一次通流結(jié)果 mA

根據(jù)表4試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合表2中TCI柜與CTP柜間的二次電纜接線，可檢驗(yàn)二次電流回路接線極性及相序。試驗(yàn)中，進(jìn)一步利用相位表在保護(hù)屏、故障錄波等處測(cè)量各TA的二次回路電流，檢查是否有多點(diǎn)接地或寄生回路產(chǎn)生分流，并檢查保護(hù)裝置顯示的模擬量測(cè)量值、差流等是否正確。試驗(yàn)結(jié)果表明交流一次通流方案能對(duì)換流變二次回路進(jìn)行整組檢測(cè)，有助于確定TA二次回路極性，并驗(yàn)證TA二次回路的相序、接線及TA變比等的正確性。如果以上項(xiàng)目都符合設(shè)計(jì)要求，就可斷定換流變TA二次回路接線正確，且回路完整，具備啟動(dòng)條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

一次通流試驗(yàn)可在高壓直流換流站調(diào)試過(guò)程中有效地檢查二次回路接線的正確性和完整性。本文主要介紹了利用直流法和交流法一次通流進(jìn)行換流變套管TA二次回路檢查的原理、方法及實(shí)現(xiàn)方案。直流法通流能用于檢驗(yàn)TA極性，其相對(duì)靈活簡(jiǎn)單，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制較小。交流法一次通流試驗(yàn)受現(xiàn)場(chǎng)條件、工程進(jìn)度等限制，但能對(duì)二次回路的接線、極性、相序、TA變比等進(jìn)行整組測(cè)試。在政平換流站調(diào)試工程的應(yīng)用，證明了該方法的可行性和有效性。

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