羅 胤，王小軍，呂志娟，董政淼，李長(zhǎng)勝

（1.河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南陽(yáng)市 473000；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

抽水蓄能（以下簡(jiǎn)稱蓄能）電廠勵(lì)磁系統(tǒng)、靜止變頻系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱SFC）和廠用電系統(tǒng)的受電方式均來(lái)源于主變壓器（以下簡(jiǎn)稱主變）低壓側(cè)，因此，完成電力系統(tǒng)倒送電成為蓄能電廠首機(jī)首次啟動(dòng)調(diào)試的主要前提條件之一[1]。當(dāng)主變受電完成后，由于電廠初期往往不能組織起有效的負(fù)荷對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)CT極性進(jìn)行判別，電力系統(tǒng)管理部門根據(jù)相關(guān)運(yùn)行規(guī)程將受電后的主變?cè)俅瓮＿\(yùn)，對(duì)電廠調(diào)試工作造成重大影響。如何在電廠調(diào)試初期利用有限資源完成主變差動(dòng)CT極性判別成為蓄能工程建設(shè)者的一道技術(shù)難題。

1 主變差動(dòng)CT極性的判別的傳統(tǒng)方法

變壓器差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的電流變化差額而動(dòng)作的，一般需要進(jìn)行幅值校正和相位校正，以補(bǔ)償各側(cè)變比差異及變壓器接線組別導(dǎo)致的相位差。對(duì)新安裝的或設(shè)備回路有較大變動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)裝置，在投入運(yùn)行前，必須在同一時(shí)刻通入一次電流，對(duì)接入到裝置中的各組電流回路方向關(guān)系進(jìn)行判別確認(rèn)，保障繼電保護(hù)裝置的可靠性[2-4]。主變差動(dòng)CT極性判別的傳統(tǒng)方法是發(fā)電電動(dòng)機(jī)短路試驗(yàn)法。

利用主變高壓側(cè)出口接地開關(guān)（或在出線側(cè)裝設(shè)一組地線）形成三相短路，通過(guò)發(fā)電電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)升流。具體方法見圖1，依次合上主變各側(cè)接地開關(guān)，啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，換相隔離開關(guān)合于發(fā)電方向，出口斷路器合閘，勵(lì)磁系統(tǒng)為手動(dòng)電流調(diào)節(jié)方式，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，逐步增加定子電流至額定電流的1%～5%左右，從而達(dá)到判別差動(dòng)CT極性的目的。例如廣蓄電廠（8×300MW）。實(shí)際操作中，逐步增加定子電流至1500A左右，主變高、低壓側(cè)CT二次電流分別為0.05In、0.1In，電流方向從發(fā)電電動(dòng)機(jī)指向電力系統(tǒng)，主變差動(dòng)CT極性正確。但使用這一方法的前提條件是蓄能電廠上庫(kù)須有充足水源，這一條件對(duì)于上庫(kù)死庫(kù)容較大、水頭較低的電廠是苛刻的，必須采用其他新方法完成主變差動(dòng)極性判別[5]。

圖1 發(fā)電電動(dòng)機(jī)短路試驗(yàn)圖Figure 1 Generator/Motor circuit testing

2 主變差動(dòng)CT極性判別的其他方法

2.1 利用其他廠（站）機(jī)組短路試驗(yàn)

如果蓄能電廠接入的變電站還有其他發(fā)電機(jī)組，可考慮采用倒閘操作的方式，使其他廠（站）機(jī)組與蓄能電廠組成一個(gè)孤網(wǎng)；或?qū)⑴R近電廠（站）送出線路接至本電廠高壓線路出口側(cè)，在蓄能電廠主變低壓側(cè)三相短接，由其他廠（站）機(jī)組短路試驗(yàn)，檢查主變差動(dòng)CT極性的正確性。寶泉蓄能電廠（4×300MW）首先考慮采用臨近小水電機(jī)組升流來(lái)檢驗(yàn)本廠主變差動(dòng)CT極性。該廠主變保護(hù)裝置需采樣到0.025In才能判斷CT極性，則主變高壓側(cè)要有62.5A電流通過(guò)。該廠附近有潭頭水電站以35kV線路與系統(tǒng)連接，且此線路正好在寶泉500kV開關(guān)站附近路過(guò)，但因機(jī)組容量太小，該方案無(wú)法實(shí)施。后經(jīng)與調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)商，決定采用倒閘操作的方式來(lái)完成主變差動(dòng)CT極性的判別。試驗(yàn)過(guò)程見圖2，將寶泉電廠通過(guò)獲嘉、修武變電站的聯(lián)絡(luò)線與萬(wàn)方電廠組成孤網(wǎng)，解開寶泉1號(hào)機(jī)出口軟連接，合上1號(hào)機(jī)出口隔離開關(guān)，由萬(wàn)方電廠升流，試驗(yàn)升流回路見圖2紅色部分。差動(dòng)電流方向從電力系統(tǒng)指向發(fā)電電動(dòng)機(jī)，CT極性正確。

2.2 接入大容量無(wú)功設(shè)備

圖2 寶泉蓄能電廠判別主變差動(dòng)CT極性圖Figure 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Baoquan PSP

在發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口側(cè)、廠用分支側(cè)和SFC分支側(cè)分別臨時(shí)接入一組大容量無(wú)功設(shè)備，主變正常受電運(yùn)行時(shí)，帶有一定的無(wú)功負(fù)荷，電流能夠達(dá)到額定電流的1%～5%，即可判別主變差動(dòng)極性。仙居蓄能電廠（4×375MW）采用此方法，具體參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果見表1，經(jīng)過(guò)相位分析，判斷該電廠三個(gè)分支的CT極性均正確。

2.3 接入試驗(yàn)變壓器

將試驗(yàn)用三相調(diào)壓器、變壓器和開關(guān)等設(shè)備接入蓄能電廠的主變回路，調(diào)節(jié)試驗(yàn)變壓器的輸出，使主變回路電流達(dá)到額定電流的1%～5%，從而校驗(yàn)主變差動(dòng)CT極性。試驗(yàn)變壓器和調(diào)壓器的容量S和電壓U選取應(yīng)能滿足式（1）、式（2）的要求，選擇的試驗(yàn)斷路器額定電流應(yīng)能大于試驗(yàn)過(guò)程最大電流，選擇接入試驗(yàn)回路隔離開關(guān)等設(shè)備的電壓應(yīng)能滿足式（2）要求。

表1 仙居蓄能電廠判別主變差動(dòng)CT極性結(jié)果表Table 1 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Xianju PSP

式（1）、（2）中：Sn、Un、In、I2分別為變壓器額定容量、額定電壓、額定電流和變壓器高壓二次側(cè)試驗(yàn)電流；Uk為變壓器短路阻抗；n為變壓器高壓側(cè)CT變比；S、U分別為所需試驗(yàn)電源的容量和試驗(yàn)電壓。白蓮河蓄能電廠（4×300MW）采用該方法完成主變差動(dòng)CT極性判別。該廠主變?nèi)萘繛?60MVA，額定電壓為525/18kV，短路阻抗為14%，高、低壓側(cè)CT變比為1500/1、15000/1，要求二次側(cè)試驗(yàn)電流不小于0.01In。代入公式（1）、（2）可得，試驗(yàn)電源容量不小于72.3kVA，電壓不低于2.78kV?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)際選用容量為800kVA、變比為10/0.4kV的試驗(yàn)變壓器，選用容量為1000kVA，變比為400/650V的調(diào)壓器。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，主變差動(dòng)CT極性正確。

表2 白蓮河蓄能電廠判別主變差動(dòng)CT極性結(jié)果表Table 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Bailianhe PSP

2.4 接入大電流發(fā)生器

利用大電流發(fā)生器校驗(yàn)差動(dòng)電流極性的方法與接入試驗(yàn)變壓器的方法基本類似，選取足夠大容量的電流發(fā)生器，接入試驗(yàn)回路，主變低壓側(cè)接地開關(guān)合閘，形成人工三相短路點(diǎn)，構(gòu)成回路。按照設(shè)定程序，逐步增加試驗(yàn)回路電流值，以達(dá)到判別主變差動(dòng)CT極性的目的。該方法在宜興蓄能電廠（4×250MW）成功使用，具體試驗(yàn)步驟不再贅述。

2.5 外接電源并網(wǎng)調(diào)相

勵(lì)磁系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)采用臨時(shí)外接的廠用電源，SFC拖動(dòng)機(jī)組抽水調(diào)相并網(wǎng)，勵(lì)磁系統(tǒng)為手動(dòng)電流調(diào)節(jié)模式，調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)無(wú)功約為30～70MVar，即可判別主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)出口側(cè)、廠用分支側(cè)的CT極性。待此3側(cè)的CT極性校驗(yàn)完成后，恢復(fù)勵(lì)磁系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)接線，并再次啟動(dòng)SFC拖動(dòng)機(jī)組升至60%的額定轉(zhuǎn)速左右，錄制波形，檢查SFC分支側(cè)的CT極性?；菪铍姀S（8×300MW）采用該方法完成了CT極性判別。表3為機(jī)組并網(wǎng)抽水調(diào)相、SFC升速過(guò)程中錄制的電流、電壓相量。依據(jù)表3可判別該蓄能電廠主變各側(cè)CT極性是正確性。

3 主變差動(dòng)保護(hù)CT極性判別方法的幾點(diǎn)商榷

從技術(shù)角度分析，以上幾種主變差動(dòng)CT極性判別方法可以歸類為：主動(dòng)升流類（本電廠機(jī)組短路試驗(yàn)）、被動(dòng)升流類[其他廠（站）機(jī)組短路試驗(yàn)]、負(fù)荷類（接入大容量負(fù)荷設(shè)備）、注入類（接入試驗(yàn)變壓器或電流發(fā)生器）和運(yùn)行類（機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行），共計(jì)5類方法。每類方法的使用條件不盡相同，優(yōu)缺點(diǎn)各異，將會(huì)受到電廠首機(jī)首次啟動(dòng)方式、機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試進(jìn)度和協(xié)調(diào)難度等諸多條件限制，或受其制約。重點(diǎn)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行商榷。

3.1 相同點(diǎn)的探討

這5類主變差動(dòng)保護(hù)CT極性判別方法的實(shí)現(xiàn)都必須滿足以下條件：第一，相關(guān)電氣回路設(shè)備調(diào)試完成，調(diào)試結(jié)果滿足相關(guān)要求，是進(jìn)行試驗(yàn)的前提；第二，所有試驗(yàn)方法都涉及額外增加試驗(yàn)設(shè)備，提前準(zhǔn)備這些試驗(yàn)用的設(shè)備，是完成試驗(yàn)關(guān)鍵；第三，所有試驗(yàn)方法都涉及特殊的隔離操作，相關(guān)人員應(yīng)提前著手編制試驗(yàn)方案和預(yù)案，確保整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程都處于可控狀態(tài)。尤其是參與試驗(yàn)的繼電保護(hù)、機(jī)械保護(hù)應(yīng)具備相應(yīng)功能，若試驗(yàn)發(fā)生異常時(shí)，能夠可靠的、及時(shí)的切斷電源及水源，并完成停機(jī)。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)的比較

分別從機(jī)電安裝、調(diào)試進(jìn)度及工期安排，試驗(yàn)過(guò)程增加設(shè)備或臨時(shí)措施的復(fù)雜程度，協(xié)調(diào)難度及可操作性等角度探討各類主變差動(dòng)CT極性判別方法的優(yōu)缺點(diǎn)，其結(jié)果見表4。

根據(jù)表4可知，注入類方法的主要優(yōu)勢(shì)在于，只要有試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)過(guò)程可不受機(jī)組及系統(tǒng)的任何影響。運(yùn)行類方法和主動(dòng)升流法的優(yōu)點(diǎn)是，不需實(shí)際增加現(xiàn)場(chǎng)工作量，只需要考慮機(jī)組安裝、調(diào)試工期。負(fù)荷類方法優(yōu)點(diǎn)與注入類方法類似，但需考慮系統(tǒng)倒送電的時(shí)間，另外需要重復(fù)拆除和安裝部分電氣連接。相比之下被動(dòng)升流法的可操作性最差，需要協(xié)調(diào)的工作也最多。

表3 惠蓄電廠主變差動(dòng)CT極性分析表Table 3 Main transformer differential CT polarity analysis of Huizhou PSP

表4 主變差動(dòng)CT極性判別方法的優(yōu)缺點(diǎn)Table 4 Table for main transformer differential CT polarity of advantages and disadvantages

4 結(jié)束語(yǔ)

抽水蓄能電廠主變差動(dòng)CT極性判別是一個(gè)綜合性課題，按照技術(shù)性能經(jīng)濟(jì)比較，在選擇判別方法時(shí)應(yīng)注重以下商榷結(jié)論：

（1）優(yōu)先推薦選用外接試驗(yàn)變壓器或電流發(fā)生器法，該方法操作較為簡(jiǎn)單，具備安全性，且與機(jī)組調(diào)試無(wú)關(guān)，不占用直線工期；次之推薦外接負(fù)荷法，該方法具備一定的操作性，但需增加現(xiàn)場(chǎng)部分工作量，且需調(diào)度機(jī)構(gòu)配合。

（2）對(duì)于上庫(kù)有充足水源的蓄能電廠，則推薦選用傳統(tǒng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)短路試驗(yàn)法，該方法在可行性、可靠性和可操作性等方面俱已成熟，且簡(jiǎn)單適用。

（3）在與調(diào)度機(jī)構(gòu)或其他廠（站）充分溝通、協(xié)調(diào)后，取得調(diào)度機(jī)構(gòu)或其他廠（站）的同意，則利用其他廠（站）機(jī)組升流和外接電源并網(wǎng)調(diào)相也可校準(zhǔn)主變差動(dòng)CT極性。