李本瑜，陳海龍，劉志文，肖志剛，沈燕華，徐立明

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011； 2.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

0 引 言

大型發(fā)變組保護(hù)對(duì)象主要包括發(fā)電機(jī)、主變壓器、勵(lì)磁變、廠用變等，其保護(hù)配置[1]復(fù)雜，CT數(shù)量多，且采用主后一體化模式，雙重化配置。一套保護(hù)裝置內(nèi)的主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)共用一組CT，CT的極性必須同時(shí)滿(mǎn)足主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)的要求。準(zhǔn)確無(wú)誤的電流互感器(CT)極性和保護(hù)方向是確保繼電保護(hù)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)，所有帶負(fù)荷檢測(cè)CT極性和保護(hù)方向的工作都由現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試人員通過(guò)鉗形相位表檢測(cè)電流電壓間的相位，再依據(jù)負(fù)荷的方向進(jìn)行人工分析判斷，其正確性完全依賴(lài)檢測(cè)人員的業(yè)務(wù)技能水平和責(zé)任心，人工校驗(yàn)很容易出錯(cuò)。鑒于發(fā)變組保護(hù)功能配置和CT二次回路的復(fù)雜性，對(duì)檢測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)技能要求較高，由于現(xiàn)場(chǎng)施工人員水平良莠不齊，他們更多的注意力集中在差動(dòng)保護(hù)的CT極性方面，對(duì)于功率方向保護(hù)[2](匝間保護(hù)、失磁保護(hù)、失步保護(hù)等)往往忽略了。多年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，由于CT極性和保護(hù)方向錯(cuò)誤導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的事情屢禁不止，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)外的微機(jī)發(fā)變組保護(hù)還沒(méi)有CT極性自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及功能，因此我們?cè)诎l(fā)變組保護(hù)中增加大型發(fā)變組保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能，主要包括發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)、主變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)、零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)等。在發(fā)變組保護(hù)裝置內(nèi)構(gòu)建了CT極性和保護(hù)方向自動(dòng)檢測(cè)的判據(jù)和功能，進(jìn)一步提升了發(fā)變組保護(hù)的安全性和可靠性，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。

1 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

1.1 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性要求

對(duì)于100 MW及以上容量的發(fā)電機(jī)組，其保護(hù)配置采用雙重化配置，采用主保護(hù)、后備保護(hù)一體化裝置，即發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)與發(fā)電機(jī)后備保護(hù)、異常保護(hù)共用同一組CT，這就要求CT的極性既要滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的要求，也要滿(mǎn)足方向類(lèi)保護(hù)(失磁保護(hù)、失步保護(hù)等)的要求。其中失磁保護(hù)、失步保護(hù)、故障分量負(fù)序方向保護(hù)等的電流取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，其動(dòng)作特性[3-4]都是以電流從發(fā)電機(jī)流出為正方向。發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性要求如圖1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性圖

圖1中，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)CT 繞組極性接法要求CT 一次電流必須以發(fā)電機(jī)流出的電流方向?yàn)檎较颉?/p>

1.2 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

發(fā)電機(jī)組在圖1中K1點(diǎn)三相短路試驗(yàn)[5]或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的參數(shù)瀏覽菜單能夠?qū)崟r(shí)查看各側(cè)電流、差動(dòng)電流的大小、相位。根據(jù)差動(dòng)電流的大小、相位能夠判斷CT極性是否滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的要求。但是要保證機(jī)端側(cè)CT極性也要滿(mǎn)足方向類(lèi)保護(hù)的要求，則要進(jìn)行繪制六角圖，結(jié)合已知的該側(cè)功率方向，根據(jù)六角圖來(lái)判斷機(jī)端側(cè)CT極性正確與否。但是現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)、調(diào)試人員往往只檢查了差動(dòng)保護(hù)CT極性的正確性，忽略發(fā)電機(jī)方向類(lèi)保護(hù)的極性校驗(yàn)，這就給發(fā)電機(jī)保護(hù)安全運(yùn)行帶來(lái)很大的隱患，容易造成發(fā)電機(jī)方向類(lèi)保護(hù)不正確動(dòng)作。因此在發(fā)電機(jī)保護(hù)中增設(shè)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組在圖1中K1點(diǎn)進(jìn)行三相短路試驗(yàn)或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，利用差動(dòng)電流和有功功率方向自動(dòng)校驗(yàn)發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性的正確性。發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)各相差動(dòng)電流計(jì)算如下:

(1)

發(fā)電機(jī)機(jī)端二次有功功率計(jì)算如下:

(2)

圖2 發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)邏輯圖

發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)邏輯如下：

(1)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)任一相差動(dòng)電流大于0.1Ie；

(2)發(fā)電機(jī)機(jī)端任一相有功功率小于零。

滿(mǎn)足上述任一條件時(shí)，報(bào)發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性錯(cuò)誤告警信息。提示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、調(diào)試人員注意檢查、核實(shí)發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性。

圖3 給出某發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)的波形及發(fā)電機(jī)差動(dòng)各相差動(dòng)電流和有功功率。

圖3 發(fā)電機(jī)差動(dòng)電流、有功功率圖示

負(fù)荷電流對(duì)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō)是穿越性電流，各相差動(dòng)電流應(yīng)該為零，且電流方向?yàn)閺陌l(fā)電機(jī)流出。圖3中計(jì)算顯示，發(fā)電機(jī)差動(dòng)各相差動(dòng)電流基本為零，機(jī)端側(cè)二次有功功率為20 W，發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性符合圖1中的要求，采用圖2中的邏輯能夠有效識(shí)別發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性的正確性。

2 主變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

2.1 變壓器保護(hù)CT極性要求

對(duì)于220 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，其保護(hù)配置采用雙重化配置，主保護(hù)、后備保護(hù)一體化裝置，即變壓器差動(dòng)保護(hù)與后備保護(hù)共用同一組CT，這就要求CT的極性既要滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的要求，也要滿(mǎn)足方向類(lèi)后備保護(hù)(高壓側(cè)復(fù)壓方向過(guò)流、阻抗保護(hù)等)的要求。其中高壓側(cè)復(fù)壓方向過(guò)流、阻抗保護(hù)的動(dòng)作特性都是以電流從母線(xiàn)流出為正方向，變壓器保護(hù)CT極性要求如圖4所示。

圖4 變壓器保護(hù)CT極性圖

圖4中，變壓器保護(hù)裝置對(duì)CT繞組極性接法有如下要求：

(1)差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)后備保護(hù)要求CT一次電流必須以從母線(xiàn)流出的方向?yàn)檎较颍?/p>

(2)差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)用CT采用全星形接線(xiàn)，由保護(hù)軟件自動(dòng)對(duì)各側(cè)電流實(shí)現(xiàn)相位和幅值補(bǔ)償。

2.2 變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

發(fā)電機(jī)組在圖4中K1點(diǎn)三相短路試驗(yàn)或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)變壓器保護(hù)裝置的參數(shù)瀏覽菜單能夠?qū)崟r(shí)查看各側(cè)電流、差動(dòng)電流的大小、相位。根據(jù)差動(dòng)電流的大小、相位能夠判斷CT極性是否滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的要求。但是要保證高壓側(cè)CT極性也要滿(mǎn)足方向類(lèi)保護(hù)的要求[6-7]，則要進(jìn)行繪制六角圖，結(jié)合已知的該側(cè)功率方向，根據(jù)六角圖來(lái)判斷出高壓側(cè)CT極性正確與否。但是現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)、調(diào)試人員往往只檢查了差動(dòng)保護(hù)CT極性的正確性，忽略變壓器方向類(lèi)保護(hù)的極性校驗(yàn)，這就給變壓器保護(hù)安全運(yùn)行帶來(lái)很大的隱患，容易造成變壓器方向類(lèi)保護(hù)不正確動(dòng)作。因此在變壓器保護(hù)中增設(shè)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組在圖4中K1點(diǎn)進(jìn)行三相短路試驗(yàn)或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，利用差動(dòng)電流和有功功率方向自動(dòng)校驗(yàn)變壓器保護(hù)CT極性的正確性。

變壓器差動(dòng)各相差動(dòng)電流計(jì)算如下:

(3)

短路試驗(yàn)或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，變壓器機(jī)端側(cè)二次有功功率計(jì)算同式(2)。

帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，計(jì)算變壓器高壓側(cè)二次有功功率如下:

(4)

圖5 變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)邏輯圖

變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)邏輯如下：

(1)變壓器差動(dòng)保護(hù)任一相差動(dòng)電流大于0.1Ie；

(2)機(jī)端任一相有功功率小于零；

(3)主變高壓側(cè)任一相有功功率大于零(帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí))。

滿(mǎn)足上述任一條件時(shí)，報(bào)變壓器保護(hù)CT極性錯(cuò)誤告警報(bào)文。提示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、調(diào)試人員注意檢查、核實(shí)變壓器保護(hù)CT極性。

圖6 給出某變壓器帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)的波形及變壓器差動(dòng)各相差動(dòng)電流和高壓側(cè)有功功率圖示。

圖6 變壓器差動(dòng)電流、有功功率圖示

負(fù)荷電流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō)是穿越性電流，各相差動(dòng)電流應(yīng)該為零，且電流方向?yàn)閺淖儔浩髁飨蚰妇€(xiàn)。負(fù)荷電流對(duì)機(jī)端CT二次電流來(lái)說(shuō)是電流的正方向，對(duì)高壓側(cè)CT二次電流來(lái)說(shuō)是電流的反方向，因此，機(jī)端側(cè)二次有功功率應(yīng)該為正，主變高壓側(cè)二次有功功率應(yīng)該為負(fù)。圖6中計(jì)算顯示，變壓器差動(dòng)各相差動(dòng)電流基本為零，高壓側(cè)二次有功功率為-42 W，機(jī)端側(cè)二次有功功率為45 W，變壓器保護(hù)CT極性符合圖4中的要求，采用圖5中的邏輯能夠有效識(shí)別變壓器保護(hù)CT極性的正確性。

3 零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

3.1 零序差動(dòng)保護(hù)原理

對(duì)于Yn /Δ變壓器，變壓器縱差保護(hù)一般采用Y→Δ轉(zhuǎn)換，以調(diào)整兩側(cè)的相位差及保證保護(hù)外部單相接地短路時(shí)不誤動(dòng)，通過(guò)Y→Δ轉(zhuǎn)換后使高壓側(cè)零序電流分量不再作為差動(dòng)電流動(dòng)作量，這導(dǎo)致變壓器內(nèi)部接地故障時(shí)縱差保護(hù)靈敏度降低，不能可靠保護(hù)內(nèi)部單相高阻接地故障[8-9]。為了提高變壓器區(qū)內(nèi)單相高阻接地故障的靈敏度，目前在電廠變壓器保護(hù)中配置有零序差動(dòng)保護(hù)。

零序差動(dòng)保護(hù)的原理圖如圖7所示，由高壓側(cè)三相自產(chǎn)零序電流與中性點(diǎn)零序電流構(gòu)成零序差動(dòng)保護(hù)。

圖7 零序差動(dòng)保護(hù)原理圖

零序差動(dòng)動(dòng)作方程如下:

(5)

式(5)中:

(6)

(7)

3.2 零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)

正常運(yùn)行時(shí)，變壓器零序電流基本為零，零序差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流也為零，該保護(hù)的CT極性，特別是中性點(diǎn)零序CT的極性是否正確就難以正確判斷，導(dǎo)致該保護(hù)因中性點(diǎn)零序CT極性、接線(xiàn)等問(wèn)題造成誤動(dòng)率較高。這樣的事故隱患非常隱蔽，靠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、維護(hù)人員來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題存在很大困難[10]，因此在變壓器保護(hù)中增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能。

正常變壓器空載合閘時(shí)，由于三相電流不對(duì)稱(chēng)，必然產(chǎn)生零序電流，勵(lì)磁涌流對(duì)于零序差動(dòng)保護(hù)是穿越性電流，如果零序差動(dòng)保護(hù)CT極性正確，高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流和中性點(diǎn)零序電流的大小應(yīng)相等，相位應(yīng)相反[11]。

因此利用變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流來(lái)自動(dòng)校驗(yàn)零序差動(dòng)保護(hù)CT極性的正確性。零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)方案如圖8所示。

零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)邏輯如下：

(1)變壓器空載合閘狀態(tài)；

(2)勵(lì)磁涌流中的二次諧波電流與基波電流比值大于設(shè)定值；

(3)變壓器縱差保護(hù)未動(dòng)作；

(4)高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流與中性點(diǎn)零序電流相位差小于設(shè)定值；

(5)零序差動(dòng)電流大于設(shè)定值。

上述條件都滿(mǎn)足時(shí)，報(bào)零序差動(dòng)保護(hù)CT極性錯(cuò)誤告警報(bào)文。提示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、調(diào)試人員注意檢查、核實(shí)零序差動(dòng)保護(hù)CT極性。

圖9 給出某變壓器空載合閘時(shí)的波形及高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流和中性點(diǎn)零序電流相位圖示。

勵(lì)磁涌流對(duì)零序差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō)是穿越性電流，高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流與中性點(diǎn)零序電流應(yīng)該反向且零序差動(dòng)電流應(yīng)該為零。圖9中計(jì)算顯示，高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流與中性點(diǎn)零序電流的相位差為180°，相位反向，且零序差動(dòng)電流很小，基本為零，零序差動(dòng)保護(hù)CT極性符合圖7中的要求，采用圖8中的邏輯能夠有效識(shí)別零序差動(dòng)保護(hù)CT極性的正確性。

圖9 零序差動(dòng)電流、相位圖示

為了不影響發(fā)變組保護(hù)的正常功能，設(shè)計(jì)中增加極性校驗(yàn)硬壓板用于此功能的投退。發(fā)電機(jī)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能、變壓器保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能僅在發(fā)電機(jī)組短路試驗(yàn)或帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)投入，發(fā)電機(jī)組正常投運(yùn)后應(yīng)退出。零序差動(dòng)保護(hù)CT極性自動(dòng)檢測(cè)輔助功能僅在變壓器投運(yùn)前空載合閘試驗(yàn)時(shí)投入，變壓器正常運(yùn)行后應(yīng)退出。

4 結(jié)束語(yǔ)

主要研究利用發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)電氣短路試驗(yàn)或機(jī)組帶負(fù)荷試驗(yàn)期間，根據(jù)發(fā)變組保護(hù)CT極性的要求，構(gòu)建發(fā)變組保護(hù)CT極性和保護(hù)方向的自動(dòng)檢測(cè)方案，自動(dòng)檢驗(yàn)發(fā)變組保護(hù)CT極性和保護(hù)方向的正確性，防止因CT極性和保護(hù)方向錯(cuò)誤導(dǎo)致的發(fā)變組保護(hù)不正確動(dòng)作。當(dāng)CT極性和保護(hù)方向錯(cuò)誤時(shí)，給出錯(cuò)誤告警報(bào)告，提示現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更正CT二次回路的接線(xiàn)錯(cuò)誤，保證發(fā)變組保護(hù)能夠安全可靠運(yùn)行，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。