王霏霏

(清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠(yuǎn)511853)

利用勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性的可行性研究與實(shí)踐

王霏霏

(清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠(yuǎn)511853)

以清蓄電廠為例介紹利用主變壓器充電時(shí)的勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性的可行性分析和實(shí)踐過程，該方法克服電廠負(fù)荷低的困難，利用勵(lì)磁涌流電流導(dǎo)相偏置的特點(diǎn)開展帶負(fù)荷檢查，具有實(shí)際工程意義，可供新并網(wǎng)廠站校核差動(dòng)保護(hù)極性作參考。

勵(lì)磁涌流；差動(dòng)保護(hù)；TA；極性

根據(jù)南方電網(wǎng)電力調(diào)度管理規(guī)程的規(guī)定，500 kV線路不允許無主保護(hù)運(yùn)行，電網(wǎng)內(nèi)大多數(shù)的電廠或電站都采用光纖差動(dòng)保護(hù)作為設(shè)備主保護(hù)，在新建電廠或電站首次充電時(shí)，往往受到條件所限，沒有足夠的負(fù)荷電流來校核差動(dòng)保護(hù)極性。變壓器在充電瞬間會(huì)產(chǎn)生6～8倍額定電流大小的勵(lì)磁涌流，在充電時(shí)，可以利用沖擊變壓器時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流來校核光纖差動(dòng)保護(hù)極性〔1〕。文中以清蓄電廠為例，介紹利用主變壓器充電時(shí)通過錄波的方式對勵(lì)磁涌流進(jìn)行對比分析，從而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)極性校核的可行性分析和實(shí)踐過程。

1 勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性的必要性

清蓄電廠500 kV GIS設(shè)備采用四角形接線方式，全廠僅有1條500 kV出線，無其他電壓等級的輸電設(shè)備。500 kV GIS設(shè)備通過2條長距離高壓電纜與地下廠房4臺(tái)發(fā)變組相連接，電廠地下廠房單臺(tái)可逆式機(jī)組額定容量為320 MW，單臺(tái)主變壓器額定容量為380 MW。電廠用電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，由主變壓器低壓側(cè)供電，廠用電系統(tǒng)主變壓器額定容量6 300 kVA。機(jī)組勵(lì)磁采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁變壓器由主變壓器低壓側(cè)供電，額定容量1 950 kVA。全廠安裝1套靜止變頻器(SFC)，SFC系統(tǒng)由1號(hào)和3號(hào)主變壓器低壓側(cè)供電，SFC輸入變壓器額定容量為28.576 MW。而電廠500 kV高壓設(shè)備采用的主保護(hù)均為差動(dòng)保護(hù)，因此，在1號(hào)主變壓器充電過程中，必須校核差動(dòng)保護(hù)極性。

由于1號(hào)機(jī)組調(diào)試的需要，1號(hào)主變壓器須先行投運(yùn)。電廠廠內(nèi)負(fù)荷通過清花甲線、500 kV GIS設(shè)備、1號(hào)高壓電纜、1號(hào)主變壓器由電網(wǎng)供電。在1號(hào)主變壓器充電范圍內(nèi)，全廠僅有1條500 kV出線清花甲線，無其他電壓等級的輸電設(shè)備，不能通過多條出線形成環(huán)流來校核差動(dòng)保護(hù)極性；廠內(nèi)無電容器組，無法通過電容電流校核差動(dòng)保護(hù)極性；1號(hào)主變壓器投運(yùn)時(shí)，廠內(nèi)廠用電負(fù)荷尚未完全投入，且容量較小，無法提供足夠的負(fù)荷電流來校核500 kV設(shè)備主保護(hù)。因此，在1號(hào)主變充電過程中，僅能采用勵(lì)磁涌流來校核差動(dòng)保護(hù)極性。

2 利用主變壓器勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性的可行性分析

清蓄電廠主變壓器采用無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，額定容量380 MW，連接組別YNd11型。鐵心剩磁－1.0 T，高壓額定檔合閘，其沖擊電流約為1 303.82 A，沖擊倍數(shù)約為3.12倍，從沖擊電流大小來看，此電流足夠校核500 kV設(shè)備主保護(hù)極性。變壓器勵(lì)磁涌流包含有很大成分的非周期分量〔2〕，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)，波形中含有大量高次諧波，并以二次諧波為主，勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與合閘角有關(guān)且呈衰減態(tài)勢，單純的勵(lì)磁涌流波形與工頻電流波形有很大區(qū)別〔3〕，因此，利用勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性不能單純使用畫相量圖的方法來判定保護(hù)TA極性。由于勵(lì)磁涌流持續(xù)時(shí)間很短，并且勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與合閘角有關(guān)，所以需要借助故障錄波裝置來采集保護(hù)TA回路的電流波形，從波形中獲取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)極性的判定〔4〕。

變壓器為感性負(fù)載，電流應(yīng)滯后電壓90°。在1號(hào)主變壓器充電過程中，若不考慮損耗，可以認(rèn)為電廠側(cè)僅有1號(hào)主變感性負(fù)載。1號(hào)主變充電過程中，通過1號(hào)主變的電流應(yīng)滯后電壓約90°，那么，1號(hào)主變高壓側(cè)電流應(yīng)滯后1號(hào)主變高壓側(cè)電壓90°。1號(hào)主變充電過程中，電流從系統(tǒng)流向1號(hào)主變，1號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)的TA極性應(yīng)指向主變壓器，主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)TA采集的電流波形應(yīng)滯后電壓波形約90°。利用這一特點(diǎn)，可以首先確認(rèn)參考電流方向，然后，結(jié)合TA配置圖中各個(gè)TA極性的設(shè)計(jì)情況，通過保護(hù)TA回路錄波圖來判定其他各個(gè)TA的方向是否與設(shè)計(jì)相符，進(jìn)而確定所有1號(hào)主變充電范圍內(nèi)的500 kV設(shè)備差動(dòng)保護(hù)TA極性。

3 差動(dòng)保護(hù)電流回路錄波接線方式

根據(jù)南方電網(wǎng)反措要求，保護(hù)設(shè)備均雙重化配置，僅單套保護(hù)TA并未接入故障錄波裝置，所以必須采用人為試驗(yàn)接線的方式將所有保護(hù)TA回路接入故障錄波裝置。電流回路試驗(yàn)接線的原則是，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，盡量簡化TA回路試驗(yàn)接線方式，盡可能降低 TA斷線風(fēng)險(xiǎn)〔5〕。根據(jù)電廠保護(hù)TA實(shí)際接線情況，試驗(yàn)接線可采用以下3種方式:

1)若接入保護(hù)裝置的電流為差流，則拆除裝置電流回路尾部短接線，將故障錄波裝置串入差流回路中，錄波裝置采集該保護(hù)差流波形。

2)若接入保護(hù)裝置的電流為各TA電流，則分別拆除裝置各個(gè)電流回路尾部短接線，將故障錄波裝置串入每個(gè)TA回路中，錄波裝置采集該保護(hù)各個(gè)TA回路電流波形。

3)當(dāng)故障錄波屏內(nèi)備用TA回路模塊數(shù)量不足時(shí)，采用試驗(yàn)接線改接差動(dòng)電流，將差流接入故障錄波的接線方式。圖1中2號(hào)高壓電纜不在此次充電范圍內(nèi)，將2號(hào)高壓電纜保護(hù)TA回路斷開，分別將短引線保護(hù)TA回路A，B，C三相短接形成差流回路后再逐相接入故障錄波裝置。

圖1 第1次充電電流流向圖

4 1號(hào)主變充電時(shí)保護(hù)TA極性校核

電廠首臺(tái)主變 (1號(hào)主變)充電時(shí)，將500 kV GIS解環(huán)運(yùn)行，調(diào)整電流流向，使充電時(shí)的電流分別流經(jīng)各個(gè)保護(hù)TA，采錄電流波形。

4.1 第1次沖擊

第1次沖擊通過合5002開關(guān)，電流從清花甲線、5002開關(guān)流向 1號(hào)主變，如圖1所示。通過觀察錄波波形校核安裝在5002開關(guān)間隔內(nèi)的TA極性、1號(hào)高壓電纜保護(hù)主變高壓側(cè)TA極性、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)TA極性。

第1次充電時(shí)，錄波記錄下的TA情況如下:

1)參考波形的選取

1號(hào)主變在充電過程中，相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，電流應(yīng)滯后電壓90°。從錄波波形來看，主變高壓側(cè)電壓尖峰時(shí)刻與主變高壓側(cè)TA電流尖峰時(shí)刻間的時(shí)差為5 ms，工頻1個(gè)周波時(shí)差為20 ms，波形顯示主變高壓側(cè)電流滯后電壓約為90°(如圖2—3所示)，說明主變高壓側(cè)TA電流流向?yàn)镻1指向P2，與設(shè)計(jì)相符。

圖2 第1次充電時(shí)主變高壓側(cè)三相電壓波形

圖3 第1次充電時(shí)主變高壓側(cè)三相電流波形

2)差動(dòng)保護(hù)TA波形的對比分析

以主變高壓側(cè)TA電流波形為參考波形 (定義為正方向，主變勵(lì)磁涌流A相偏向負(fù)半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負(fù)半軸)。將其他位置的TA波形與之相對比，確定其它各TA的極性。以清花甲線差動(dòng)保護(hù)極性的判斷為例，清花甲線差動(dòng)保護(hù)的差流回路接入了錄波裝置，第1次充電時(shí)，差流為清花甲線縱差保護(hù)流經(jīng)5002開關(guān)間隔時(shí)的波形，如圖4所示。對比參考方向，該組電流方向與主變高壓側(cè)TA電流方向相反 (P2指向P1)，對照設(shè)計(jì)圖可以看到，清花甲線光纖差動(dòng)保護(hù)安裝于5002開關(guān)間隔的TA極性正確。

圖4 清花甲線清蓄側(cè)主一保護(hù)三相差流波形

清花甲線主二保護(hù)差流 (清花甲線短引線保護(hù)二)，如圖5所示。對比參考方向，該組電流方向與參考電流方向相反，為P2指向P1，TA極性正確。

圖5 清花甲線清蓄側(cè)主二保護(hù)三相差流波形

清花甲線對側(cè)站 (花都變電站)主保護(hù)差流波形 (與電廠側(cè)電流方向相反，與設(shè)計(jì)相符)。如圖6所示。

圖6 清花甲線花都站側(cè)主二保護(hù)三相差流波形

清花甲線光纖差動(dòng)保護(hù)位于5002開關(guān)間隔內(nèi)的TA極性校核完畢。同樣的方法，可以對第1次充電時(shí)，電流流經(jīng)的各個(gè)TA的極性進(jìn)行校核。

4.2 第2次沖擊

第2次沖擊通過合5001，5004，5003開關(guān)來調(diào)整潮流流向，電流從清花甲線、5001開關(guān)、5004開關(guān)、5003開關(guān)流向1號(hào)主變，如圖7所示。通過觀察錄波波形校核安裝在這3個(gè)開關(guān)間隔內(nèi)的TA極性、1號(hào)高壓電纜保護(hù)主變高壓側(cè)TA極性、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)TA極性。

圖7 第2次充電電流流向圖

第2次充電時(shí)，選擇1號(hào)主變保護(hù)高壓側(cè)TA電流波形 (圖8)為參考波形，電流通過該TA的流向?yàn)閰⒖颊较?。其波形如圖9所示，1號(hào)主變保護(hù)高壓側(cè)TA電流波形 (主變勵(lì)磁涌流A相偏向負(fù)半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負(fù)半軸)。

圖8 第2次充電時(shí)主變高壓側(cè)電流波形

圖9 第2次充電清花甲線清蓄側(cè)主一保護(hù)三相差流波形圖

以主變高壓側(cè)TA電流波形為參考波形 (定義為正方向，主變勵(lì)磁涌流A相偏向負(fù)半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負(fù)半軸)。將其他位置的TA波形與之相對比，來確定其它各TA的極性。第2次充電時(shí)，差流為清花甲線縱差保護(hù)流經(jīng)5001開關(guān)間隔時(shí)的波形，對比參考方向，該組電流方向與主變高壓側(cè)TA電流方向相反 (P2指向P1)，對照設(shè)計(jì)圖可以看到，清花甲線光纖差動(dòng)保護(hù)安裝于5001開關(guān)間隔TA極性正確。

清花甲線主二保護(hù)差流 (清花甲線短引線保護(hù)二)，波形如圖10所示。該組電流方向與參考電流方向相反，為P2指向P1，TA極性正確。

圖10 第2次充電清花甲線清蓄側(cè)主二保護(hù)三相差流波形圖

清花甲線光纖差動(dòng)保護(hù)位于5001開關(guān)間隔內(nèi)的TA極性校核完畢。同樣的方法，可以對第2次充電時(shí)，電流流經(jīng)的各個(gè)TA的極性進(jìn)行校核。

5 結(jié)論

從利用主變壓器充電時(shí)的勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)TA極性的分析過程來看，這種帶負(fù)荷極性校核方法不受電廠或電站的接線方式以及建設(shè)完成情況的影響，對實(shí)際工程條件要求較低，可以解決大多數(shù)無負(fù)荷電流情況下，差動(dòng)保護(hù)極性校核的需求。利用變壓器為感性負(fù)載的特性，通過變壓器高壓側(cè)電壓及流經(jīng)變壓器高壓側(cè)的電流之間的相位關(guān)系確定變壓器高壓側(cè)TA的極性，再將電流流經(jīng)該TA的方向作為參考方向，然后，利用勵(lì)磁涌流波形往往偏向時(shí)間軸的一側(cè)這一特點(diǎn)，觀察電流流經(jīng)的各個(gè)TA錄波圖形，對照TA設(shè)計(jì)圖紙判定TA極性是否與設(shè)計(jì)相符〔6〕。

清蓄電廠機(jī)組投運(yùn)后，通過負(fù)荷電流來進(jìn)一步復(fù)核差動(dòng)保護(hù)TA的極性，與依靠勵(lì)磁涌流錄波判定的TA極性情況完全一致。利用涌流波形判斷差動(dòng)保護(hù)TA極性的方法，可以準(zhǔn)確判斷差動(dòng)保護(hù)的TA極性是否符合設(shè)計(jì)要求，并可推廣應(yīng)用到所有保護(hù)或測量TA極性的校核。這種勵(lì)磁涌流判斷差動(dòng)保護(hù)TA極性的方法，滿足實(shí)際工程需求，可以解決部分新投運(yùn)廠站沒有足夠負(fù)荷電流校核差動(dòng)保護(hù)極性的問題，為新設(shè)備可靠并網(wǎng)提供了技術(shù)保障，具有一定的參考意義。

〔1〕安曉龍，王樹達(dá)，陳亮，等.變壓器勵(lì)磁涌流對差動(dòng)保護(hù)的影響及解決方法的探討 〔J〕.電氣開關(guān)，2011，49(3):10-12.

〔2〕國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答〔M〕.北京:中國電力出版社，1999.

〔3〕賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理 〔M〕.北京:中國電力出版社，1994.

〔4〕安曉龍，王樹達(dá)，陳亮，等.變壓器勵(lì)磁涌流對差動(dòng)保護(hù)的影響及解決方法的探討 〔J〕.電氣開關(guān)，2011，49(3):10-12.

〔5〕趙博.變壓器勵(lì)磁涌流對差動(dòng)保護(hù)影響的研究 〔D〕.保定:華北電力大學(xué)，2014.

〔6〕姚東曉，鄧茂軍，倪傳坤，等.變壓器多側(cè)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生機(jī)理及對差動(dòng)快速動(dòng)作區(qū)影響研究 〔J〕.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44(5):36-41.

Feasibility study and practice of checking the polarity of differential protection by using the inrush current

WANG Feifei

(Qingyuan pumped storage power generation Co.，Ltd.，Qingxin 511853，Guangdong)

Taking Qingyuan power plant as an example，the feasibility analysis and practice are introduced using the main transformer charging excitation inrush current to check the polarity.The methed can overcome the difficuties of low load and check polarity of the differential protectin with load by the characteristics of inrush current pilot bias.The result illustrate this method has engineering significance，and it can be a reference for new power plant to check the polarity of the differential protection.

inrush current；differential protection；TA；polarity

TM773.4

B

1008－0198(2016)06－0026－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.007

王霏霏(1983)，女，工程師，主要研究方向電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

2016－04－28 改回日期:2016－07－01