变压器差动保护相量测量的新方法及分析

变压器差动保护相量测量的新⽅法及分析
2019-07-16
【摘要】电⼒变压器是电⼒系统重要的变电设备，对确保供电可靠性和系统正常运⾏具有重要作⽤。

⼤容量的变压器都安装有性能良好、⼯作可靠的差动保护装置作为变压器的主保护。

变压器差动保护投⼊运⾏之前，我们必须带负荷测量变压器各侧电流的相位和数值⼤⼩，以校核电流回路接线是否正确。

从⽽可以发现并解决变压器差动保护在设计、安装、整定过程中可能出现的各种问题。

为了保证电流⼤⼩及相位测量正确，克服电流互感器误差等影响差动回路电流的因素，通常要求变压器在带20%-30%负荷下进⾏相位测量。

⽂中详细的论述在差动保护向量测试中，我们需要检验测哪些量，测得的数据如何进⾏分析、判断等。

同时，我们就新站所投⼊前出线负荷太⼩或低压侧出线还没有负荷，导致向量测试⽆法实施时，我们经常采⽤空载的两台变压器并列运⾏，在低压侧合环，调整两台主变压器电压抽头，使其产⽣电压差，从⽽在两台变压器中可以测量到⽆功环流，这样仍旧可以对变压器差动保护电流⼆次回路相位进⾏测量。

【关键词】差动保护;向量;带负荷测试;环流法;数据分析
1.带负荷测变压器差动向量
差动保护原理简单、使⽤电⽓量单纯、保护范围明确、动作不需延时，⼀直⽤于变压器做主保护，其运⾏情况直接关系到变压器的安危。

怎样才知道差动保护的运⾏情况呢？怎样才知道差动保护的整定、接线正确呢？最快捷、准确的⽅法是⽤负荷电流检验。

但检验时要测哪些量？测得的数据⼜怎样分析、判断呢？下⾯就针对这些问题做些讨论。

1.1 变压器差动保护带负荷测试内容
要排除设计、安装、整定过程中的疏漏（如线接错、极性弄错、平衡系数算错等等），就要收集充⾜、完备的测试数据。

实际运⾏中由于条件限制，测量数据前⾄少应保证CT⼆次电流不⼩于0.3A。

1.1.1 差流
变压器差动保护是靠各侧CT⼆次电流和差流⼯作的，所以，差流是差动保护带负荷测试的重要内容，对于微机型保护装置应进⼊相应的界⾯，读取差流数值。

测试前应断开差动保护跳闸压板。

1.1.2 各侧电流的幅值和相位
只凭借装置读取差流来判断差动保护正确性是不充分的，在负荷电流较⼩时，⼀些接线或变⽐的⼩错误，往往不会产⽣明显的差流，且差流随负荷电流变化，负荷⼩，差流跟着变⼩，所以，除测试差流外，还要测出变压器各侧电流的幅值和相位并记录。

同时与微机保护装置测量的电流幅值和相位进⾏核对。

通过以⾼压侧电压为基准测出主变各侧电流的⼤⼩及相⾓，按⽐例绘制⽽成，形成⼀个等边六⾓图。

测试各侧电流的幅值和相位⼀般采⽤三相智能数字相位表，只须将三相电压、三相电流按板性端接⼊相位表，即可在表上直观显⽰各式各参量的⼤⼩、⾓度以及相序相位。

1.1.3 变压器潮流
通过控制屏上的电流、有功、⽆功功率表，或者监控显⽰器上的电流、有功、⽆功功率数据，记录变压器各侧电流⼤⼩，有功、⽆功功率⼤⼩和流向，为CT变⽐、极性分析奠定基础。

1.2 变压器差动保护负荷测试数据分析
数据收集完后，便是对数据的分析、判断。

数据分析是带负荷测试最关键的⼀步，如对变压器差动保护向量分析错误，将直接威胁变压器安全运⾏。

那么对于测得的数据我们应从哪些⽅⾯着⼿呢？
1.2.1 看电流相序
正确接线下，各侧电流都是正序：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。

若与此不符，则有可能：a.在端⼦箱的⼆次电流回路相别和⼀次电流相别不对应，这种情况在⼀次设备倒换相别时最容易发⽣。

b.从端⼦箱到保护屏的电缆芯接反，这种情况⼀般由安装⼈员的马虎造成。

1.2.2 看电流的对称性
每侧A相、B相、C相电流幅值基本相等;相位互差120?，若⼀相幅值偏差⼤于10%或相位偏差⼤于10%，则有可能：a.变压器负荷三相不对称，⼀相电流偏⼤或偏⼩。

b.变压器负荷三相对称，但波动较⼤，造成测量中出现波动。

c.某⼀相CT变⽐接错，该相CT⼆次绕组抽头接错。

d.某⼀相电流存在寄⽣回路，造成回路电流减⼩和相位偏移。

e.变压器负荷功率因数波动较⼤，造成测量时相位波动⼤。

1.2.3 看各侧电流幅值，核实CT变⽐
⽤变压器各侧⼀次电流除以⼆次电流，得到计算CT变⽐，该变⽐应与实际变⽐⼀致。

1.2.4 看两（或三）侧同名相电流相位，检查差动保护电流回路极性组合的正确性
这⾥要将两种接线分别对待，⼀种是将变压器Y型侧CT⼆次绕组接成Δ，另⼀种是变压器各侧CT⼆次绕组都接成Y型。

对于前⼀种接线，其两侧⼆次电流相位应相差180?，对于后⼀种接线，其两侧⼆次电流相位相差⾓度与变压器接线⽅式有关。

⽐如变压器为Y/Δ-11接线，其⾼压侧⼆次电流应超前低压侧150?。

若两侧同名相电流相位差不满⾜要求（偏差⼤于10?），则有可能：a.将CT⼆次绕组组合成Δ时，极性弄错或相别弄错，⽐如Y/Δ-11变压器在组合Y型侧CT⼆次绕组时，组合后的A相电流应在A相CT极性端和B相CT⾮极性端的连接点上引出。

b.⼀侧CT⼆次绕组极性接反。

图1
1.2.5 看差流⼤⼩，检查整定值的正确性
对励磁电流和改变分接头引起的差流，变压器差动保护⼀般不进⾏补偿，⽽采⽤带动作门槛和制动特性来克服，所以，测得的差流不会等于零。

那么什么标准来衡量差流合格呢？通常差流值应⼩于0.3Icd（Icd为差动低定值），该台变压器差动回路正确;否则，有可能是：a.变压器实际分接头位置和计算分接头位置不⼀致。

b.变压器Y型侧额定⼆次电流算错。

由于微机变压器差动保护在“计算Y型侧额定⼆次电流乘不乘”问题上没有统⼀，所以，整定⼈员容易将Y型侧额定⼆次电流算错，从⽽，造成平衡系数整定错。

2.环流法测变压器差动向量
实际⼯作中，许多新变电站投运时，往往低压侧出线还没有负荷，导致向量测试⽆法实施。

这时我们常采⽤环流法进⾏差动向量测量。

2.1 环流法测试原理
空载的两台变压器并列运⾏，在低压侧合环，调整两台主变压器电压抽头，使其产⽣电压差，从⽽在两台变压器中可以测量到⽆功环流。

这样就可以通过环流进⾏变压器差动向量测量，通称为“环流法”。

为了⽅便原理分析，取两台变⽐不同的单相变压器并联运⾏来分析。

如图1所⽰，两台单相变压器a和b的原边同接⾄⼀母线，副边也同接⾄另⼀母线。

设变⽐ka>kb，即变压器a的副边电压⽐变压器b的⾼，其电压之差为两副边的开路电压之差，由于两变压器空载，其副边回路产⽣的电流只能在两个副绕组中流通，称之为环流，当两台变压器变⽐确定后，其变⽐短路阻抗是⼀定的，并列运⾏的环流⼤⼩主要取决于副边的空载电压，⽽此电压是由主变压器调压抽头调节。

另外由于变压器的漏阻抗⽐较⼩，即使变⽐相差不⼤，也能引起较⼤的环流。

由于环流的存在，将在2台变压器⼀次绕组中分别产⽣Ila和Ilβ，通过测量变⽐不等的2台变压器空载并列运⾏时⼀、⼆次循环电流相位，达到校核差动保护电流回路接线是否正确的⽬的。

综上所述，通过调节并列运⾏主变压器的电压抽头，造成变⽐差，可以在变压器内部产⽣适当的环流，从⽽达到测量变压器差动向量的⽬的。

2.2 环流法测试的应⽤
2014年7⽉，迁钢电⼚六总降110kV变电站送电时现场还没有负荷，⽽现场需要试车及调试电源，差动向量⽆法按正常带负荷完成向量测试，差动保护⽆法投运。

于是，采⽤了“环流法”进⾏向量测试，通过调节主变压器调压分头，在变压器组中形成环流完成向量测试。

以该⼚六总降1#、2#变向量测量为例，固定1号变分头在3档，2号变分头在1档位，产⽣⼀次环流，电流互感器⼆次也感应出相应的⼆次电流。

环流计算如下：1号主变压器调压分接头置于“3”位，⼀次电压为115500V;2号主变压器调压分接头置于“1”位，⼀次电压为110000V。

1号变压器阻抗电压为：
U%×UN2=10.23%×10000=1023V
2号变压器阻抗电压为：
U%×UN2=10.32%×10000=1032V
⾼压侧电压差为：
AU1=115500-110000=5500V
低压侧电压差为：
AU2=5500/（110/10）=500V
50MVA变压器低压侧额定电流为：
12=50000/（1.732×10）=2886A
折算⾄低压侧1号变压器短路阻抗为：
Z2K=1023/2886=0.354Ω
折算⾄低压侧2号变压器短路阻抗为：
Z2K=1032/2886=0.357Ω
可得环流为：
12h=500/（0.354+0.357）=705A
折算⾄⾼压侧电流为：705/（110/10）=64A
⾼压侧TA⼆次侧电流为：64/（400/5）⼆0.8A
该电流完全达到相位测量所要求的精确值。

图2
图2所⽰的主接线，相量测试1次即可完成，运⾏⽅式：断路器111合，断路器145、102、502，512、501，101合，112分，固定1号变分头在3档，调节2号变分头到1档。

由于两个变压器内部电压不同，将产⽣环流。

此时环流在联络断路器145-102-2#变压器-断路器502-512-501-1#变压器-断路器101-145中流动，111断路器没有电流流过。

在这种⽅式下，能完成1#变压器主进断路器101对501的相量测试，及2#变压器主进断路器102对502的相量测试。

1#主变测试数据如表1所⽰：
表1 1#主变测试数据
系统运⾏状况项⽬CT变⽐
位置 CT变⽐⼀次电流⼀次电流
⾼压侧 400/5 66A 66A
低压侧 3000/5 700A 700A
各回路
⼆次电流项⽬
位置⼆次电流
IA IB IC IN
⾼压侧差动411 0.82A 0.82A 0.82A
⾼压侧后备421 0.82A 0.82A 0.81A
⾼压侧计量431 0.82A 0.81A 0.81A
低压侧计量481 1.16A 1.17A 1.16A
低压侧后备491 1.16A 1.17A 1.17A
低压侧差动501 1.17A 1.18A 1.16A
110KVUa为基准，电流超前项⽬
位置 U V W
411 345° 224° 102°
421 346° 224° 102°
431 346° 223° 102°
501 196° 78° 315°
10KVUa为基准，电流超前 491 165° 43° 285°
481 346° 224° 105°
差动继电器相位检查⾼压侧
低压侧 U411 V411 W411
U501 149° 28° 266°
V501 267° 146° 24°
W501 30° 269° 147°
差流测量 U V W
0 0 0
通过以上数据可见，1#主变⼆次电流为0.82A，与理论计算基本吻合，变⽐正确;其⼀次A、B、C三相电流⼤⼩相等，相位差接近120度，顺相序;其⼆次A、B、C三相电流⼤⼩相等，相位差接近120度，顺相序;差流正常，可以判断1号主变差动保护电流回路接线正确，相量测试正常，符合投运条件。

3.结论
带负荷测试对变压器差动保护的安全运⾏起着⾄关重要的作⽤，对于我们继电保护⼈员要有⾜够的重视。

带负荷测试前，要深⼊了解变压器差动保护原理、实现⽅式和定值意义，熟悉现场接线;带负荷测试中，要按照带负荷测试内容，认真、仔细、全⾯收集数据;带负荷测试后，要对照上述分析⽅法，逐⼀检查，逐⼀判断。

只要切实做到了这三点，变压器差动保护就万⽆⼀失了。

参考⽂献
[1]贺家李.电⼒系统继电保护原理[M].⽔电出版社，1984. 05.
[2]⽅⼤千.实⽤继电保护技术[M].⼈民邮电出版社，2003. 10.
[3]郭光荣.电⼒系统继电保护[M].⾼等教育出版社，2006.3.
[4]许建安.电⼒系统继电保护整定计算[M].⽔利⽔电出版社，2009.2.
作者简介：王世佳（1994―），男，华北电⼒⼤学电⽓与电⼦⼯程学院⼤三学⽣，华电校史、党史研究会会长，多次利⽤假期及课余时间到⾸钢的迁钢、京唐以及唐钢等相关⼚矿实习、调研。

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