張紹久

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

變壓器差動(dòng)保護(hù)是基于基爾霍夫電流定律，利用變壓器各側(cè)電流的向量進(jìn)行計(jì)算比較實(shí)現(xiàn)的。其對(duì)接入差動(dòng)保護(hù)回路的CT極性有著嚴(yán)格要求。在變壓器差動(dòng)保護(hù)投運(yùn)前，必須用一次電流及工作電壓，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)回路中的各組CT的相對(duì)極性關(guān)系及變比進(jìn)行檢驗(yàn)和判定。變壓器差動(dòng)保護(hù)回路必須在經(jīng)過(guò)帶負(fù)荷校驗(yàn)之后才能正式投運(yùn)。否則，若CT回路接線極性不正確，在變壓器帶上負(fù)荷后，就會(huì)在保護(hù)裝置中產(chǎn)生較大差流，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

1 差動(dòng)保護(hù)CT極性校驗(yàn)方法

CT極性主要是用來(lái)標(biāo)識(shí)CT一次電流相位和二次電流相位之間的關(guān)系的。一般的，按照減極性方法標(biāo)注CT一次和二次段子。此時(shí)，流入CT一次同名端的電流相位正好和流出CT二次同名端電流相位一致。假如接線錯(cuò)誤，保護(hù)裝置測(cè)到的二次電流相位和實(shí)際一次電流相位相差180°。在設(shè)備正常帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生較大的差流而誤動(dòng)。CT極性校驗(yàn)是保證差動(dòng)CT回路接線正確的主要措施。CT極性校驗(yàn)一般通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：直流電源點(diǎn)極性法、利用大電流發(fā)生器進(jìn)行一次通流法、變壓器實(shí)際帶負(fù)荷校驗(yàn)法。

1.1 直流電源點(diǎn)極性

見(jiàn)圖1。用1.5-3V干電池將其正極接于互感器的一次線圈L1，L2接負(fù)極，互感器的二次側(cè)K1接毫安表正極，負(fù)極接K2，接好線后，將K合上毫安表指針正偏，拉開(kāi)后毫安表指針負(fù)偏，說(shuō)明互感器接在電池正極上的端頭與接在毫安表正端的端頭為同極性，即L1、K1為同極性即互感器為減極性。如指針擺動(dòng)與上述相反為加極性。

圖1 直流法測(cè)電流互感器極性

直流點(diǎn)極性方法適用于CT安裝之前，可用來(lái)檢測(cè)CT段子極性標(biāo)注是否正確。在CT安裝于一次回路之后，受現(xiàn)場(chǎng)條件所限，難于進(jìn)行點(diǎn)極性測(cè)量。

1.2 一次通流法

一次通流是利用大電流發(fā)生器往CT一次回路中通入電流，通過(guò)測(cè)試一次電流與二次電流相位關(guān)系來(lái)判斷CT極性。該方法可實(shí)現(xiàn)與實(shí)際帶負(fù)荷類(lèi)似的效果，可以檢驗(yàn)CT的極性及二次回路接線的正確性。對(duì)于變壓器而言，其內(nèi)阻抗較大，一次電流要通過(guò)變壓器，則會(huì)產(chǎn)生較大壓降，要求通流儀器具有輸出較大功率的能力。一般的電流發(fā)生器不可能有這么大功率，因此利用變壓器形成通流回路是不現(xiàn)實(shí)的。因此，要對(duì)變壓器差動(dòng)CT進(jìn)行一次通流，則要通過(guò)外接導(dǎo)線繞過(guò)變壓器來(lái)形成通流回路實(shí)現(xiàn)[1]。當(dāng)變壓器高壓側(cè)CT與低壓測(cè)CT安裝位置距離較遠(yuǎn)時(shí)，外接電纜的長(zhǎng)度往往很長(zhǎng)，這也成為變壓器CT一次通流的一個(gè)制約因素。

因此，對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)而言，進(jìn)行實(shí)際帶負(fù)荷校驗(yàn)是最為行之有效的一個(gè)方法。

2 兩臺(tái)變壓器并聯(lián)形成環(huán)流進(jìn)行輔助變差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)要求

（1）輔助變一次接線圖。

圖2 輔助變CT接線圖

（2）試驗(yàn)電流要求。在帶負(fù)荷試驗(yàn)中，為了達(dá)到校驗(yàn)的目的，根據(jù)保護(hù)裝置的測(cè)量及顯示精度，各差動(dòng)保護(hù)CT二次電流應(yīng)為10mA以上，保護(hù)裝置及測(cè)量?jī)x器才能準(zhǔn)確測(cè)量及顯示出來(lái)。根據(jù)某電廠輔助變的參數(shù)計(jì)算得知，CT二次電流為10mA時(shí)，高壓側(cè)一次電流為6A，低壓側(cè)一次電流為40A。為了同時(shí)滿足高、低壓側(cè)CT二次電流大于10mA,高壓側(cè)一次電流應(yīng)大于6A，對(duì)應(yīng)低壓側(cè)一次電流為191A，對(duì)應(yīng)的負(fù)載功率為2286kVA。在220kV倒送電時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法找到如此大功率的負(fù)載。因此，只能利用兩臺(tái)變壓器改變分接頭進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行的方法進(jìn)行變壓器差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)電流計(jì)算

兩臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器，如果分接頭打在不同的檔位，兩臺(tái)變壓器的變比將會(huì)產(chǎn)生差異。根據(jù)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行特性，兩變壓器之間將形成一個(gè)環(huán)流，環(huán)流的大小與變壓器的檔位差有關(guān)。通過(guò)改變變壓器有載調(diào)壓分接頭檔位，可以控制環(huán)形電流的大小，進(jìn)而用此環(huán)流來(lái)（替代一次負(fù)荷電流）校驗(yàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)。

在變壓器之間形成環(huán)流大小的計(jì)算方法如下：

為計(jì)算的方便，所有參數(shù)都轉(zhuǎn)換成標(biāo)幺值計(jì)算，如下式：

式中，Ik為環(huán)流大小，UA、UB分別為兩臺(tái)變壓器的電壓，ukA、ukB分別為兩臺(tái)變壓器短路阻抗。如：變壓器A在額定抽頭，變壓器B在-2.5%（8×1.25%變壓器抽頭調(diào)兩檔），則：UA*=1，UB*=0.975。

表1 輔助變帶負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

對(duì)兩容量相同，阻抗電壓相等的變壓器，在上述抽頭下：

IK*=(1-0.975)/（1+0.975.）uk

=0.025/1.975×uk=0.0127/uk

試驗(yàn)時(shí)，#1輔助變調(diào)到220+7×1.25%，#2輔助變調(diào)到220+5×1.25%。按照以上公式，對(duì)于清核電，兩臺(tái)輔助變的短路阻抗值為 11%，則 uk=0.11，IK*=0.025/2.15×0.11=0.1057，也就是環(huán)流為額定電流的10.57%。輔助變高壓側(cè)額定電流In=89A；低壓側(cè)額定電流in=2845A。

由此可以算出在變壓器抽頭調(diào)兩檔的情況下，低壓側(cè)電流：IL=2845×0.1057=300A；

高壓側(cè)電流分別為：

IH1=300×6.9/233.75=8.86A；

IH2=300×6.9/239.25=8.65A。

線路電流：I0=8.86-8.65=0.21A。

對(duì)應(yīng)的二次電流分別為：

Ih1=8.86/600=0.0148A=14.8mA；

Ih2=8.65/600=0.0144A=14.4mA。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)中，1號(hào)輔助變檔位為2檔，電壓變比為239.25/6.9kV；2號(hào)輔助變檔位為4檔，電壓變比為233.75/6.9kV。1、2號(hào)輔助變高低壓側(cè)CT二次電流測(cè)量結(jié)果如表1（相位以220kV母線A相電壓為參考）。

由表2可知，輔助變高、低壓側(cè)CT二次電流相差約180°。輔助變?yōu)閅,y0接線，因此差動(dòng)CT極性滿足輔助變差動(dòng)保護(hù)要求。

3 主變壓器差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷校驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)要求

主變壓器及高壓廠變A、B的參數(shù)及試驗(yàn)要求如表2。

表2 主變帶負(fù)荷試驗(yàn)電流及負(fù)荷要求

經(jīng)計(jì)算，高壓廠變A高壓側(cè)CT變比7000/1A，所需負(fù)荷最小為3MVA；高廠變A低壓側(cè)LGA、LGD分支CT變比4000/1A，所需最小負(fù)荷分別為0.5MVA；高壓廠變B同高壓廠變A；主變高壓側(cè)CT變比5000/1A，所需最小負(fù)荷為46MVA。

綜合考慮，LGA、LGD、LGE、LGF至少各帶一個(gè)大于0.5MVA的負(fù)荷，總負(fù)荷容量需大于46MVA。

3.2 試驗(yàn)方案

受工藝系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)度的制約，在機(jī)組冷試（一回路水壓試驗(yàn)）之前，主變下游負(fù)荷容量很難達(dá)到試驗(yàn)的要求。因此，根據(jù)試驗(yàn)要求，有以下兩個(gè)方案可供選擇。

方案一：一臺(tái)電鍋爐+其他廠用負(fù)荷。功率：26+4+6.5=36.5MVA。優(yōu)點(diǎn)：可以不受核島及常規(guī)島工藝系統(tǒng)制約，較早完成帶負(fù)荷試驗(yàn)。缺點(diǎn)：需要改變系統(tǒng)運(yùn)行方式，修改相關(guān)保護(hù)定值，會(huì)影響輔助電源系統(tǒng)運(yùn)行；另外該方式只適用于1、2號(hào)機(jī)組[2]。

方案二：在冷試（或熱試）期間，利用3臺(tái)主冷卻劑泵加其它廠用負(fù)荷。負(fù)荷總?cè)萘考s35MVA。優(yōu)點(diǎn)：不改變系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，各個(gè)之路都可以驗(yàn)證，適用于所有機(jī)組。缺點(diǎn)：受核島及常規(guī)島工藝系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)度制約，試驗(yàn)之前，主變差動(dòng)保護(hù)長(zhǎng)期不可用。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合以上兩種方案，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)采用了方案二。即在機(jī)組熱試期間利用3臺(tái)主冷卻劑泵滿功率運(yùn)行的負(fù)荷，加上其他一些可用的廠用電負(fù)荷，總負(fù)荷容量約為35MVA，主變高壓側(cè)CT（5000/1A）二次電流約為7mA。試驗(yàn)結(jié)果如表3（相位以500kV母線電壓A相為參考）。

表3 主變帶負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果，主變低壓側(cè)電流為高廠變A及高廠變B高壓側(cè)電流之和。經(jīng)計(jì)算，得主變低壓側(cè)電流為131.6∠178.1°。因?yàn)橹髯優(yōu)閅Nd11接線，理論上，低壓側(cè)電流應(yīng)超前高壓側(cè)電流210°，實(shí)際超前194°。因?yàn)橹髯兏邏簜?cè)至500kV開(kāi)關(guān)站之間有一段充油電纜，其產(chǎn)生了部分容性電流，導(dǎo)致主變低壓側(cè)電流比不考慮電容電流時(shí)滯后了16°左右。因此，主變差動(dòng)保護(hù)CT極性滿足要求。