主变差动及后备保护带负荷试验之向量分析

主变差动及后备保护带负荷试验之向量

分析

邮编：226000

摘要：主变差动保护、后备保护在设计、施工、整定过程中可能会出现各种问题，因此，对电流回路变动过或新安装即将投运的变压器差动及后备保护进行带负荷试验是十分必要的。文章通过理论计算和带负荷试验测试数据结合矢量图分析进行综合判断，为主变差动和后备保护方向过流保护的成功投运提供了现场检验的方法。

关键词：差动；后备保护；带负荷试验

概况介绍

某公司变电所110kV 1号主变为双圈变，额定容量Se=25000kVA,高压侧额定电压为110kV，低压侧额定电压37 kV。各侧参与差动保护的CT配置：1#主变高压侧714线路CT变比600/5，低压侧CT变比800/5。主变接线联结方式为Y/△-11，主变接线图如图1所示。

图1

一、主变差动保护带负荷检查

由于大修期间对1#主变保护装置进行了更换，造成保护电流回路发生了变动，因此需要对1#主变差动保护进行带负荷试验。相关差动保护装置高压侧与低压侧

电流数据记录如表1（主变高压侧差动CT 600/5；主变低压侧差动CT 800/5）：

表1：差动保护六角图数据(相位表测量)

根据相位表所测电流，画矢量图如图2、图3：

图2 图3

此处需要注意的是，因为功率因数角为电流滞后于对应侧电压的角度，取值范围为-180°到180°。高压侧功率因数角Φh=25°，低压侧功率因数角ΦL=-

155°。本例中以UA为基准，高压侧A相电流滞后于UA 25°，以低压侧Ua为基准，低压侧Ia就超前了Ua 155°，即滞后于Ua为-155°。那么，低压侧功率因

数就是COS（-155°）。下面通过计算主变高低侧有功、无功来分析主变潮流方向：

Sh= Ih CT变比= 112.1 0.821 ( )=19.1MVA

SL= Il CT变比= 36.76 1.8 ( )= 18.95MVA

Ph= ShΦh=19.1 0.906=17.33MW

PL= SlΦl=18.95 = 18.95 0.906=-17.17 MW

Qh= ShΦh=19.1 sin 8.03Mvar

QL= SlΦl=18.95 sin 7.95 Mvar

由上式可以看出，主变高压侧潮流为从主变高压侧母线流出到主变，从主变

低压侧流入35kV母线，流出流入的有功功率、无功功率近似相等，与实际潮流

分布一致。

根据图2、图3以及表1可知：

1.高压、低压各侧三相电流大小相等，互成120 °且都呈正序排列。

2.检查差动保护装置的内差流为0。

3.主变有功功率P、无功功率Q值所在象限正确，与后台对比一致。

4.因为该1号主变接线组别为Y/D-11，由上图可以看出， Y侧电流超前D

侧150 °，所以相位正确。

二、变压器后备保护带负荷检查

后备保护检查是通过核实主变各侧后备保护装置采集到的电压电流相位关系，并结合采集到的电压电流计算主变各侧潮流流向是否与实际相符，如果相符，则

主变后备保护投入方向元件后就不会误动或拒动。由于本次大修改造一起更换了1#主变后备保护装置，造成后备保护装置电流回路发生了变动，所以必须进行后备保护带负荷试验。本例中1#主变后备保护带负荷检查如表2，表3所示（后备保护CT高压侧：主变高侧套管CT 400/5，后备保护CT低压侧： 800/5）：

表2：主变高、低后备带负荷检查（相位表测量数据）：

11

10KV

可以根据以上数据画出主变高低侧电流矢量图，见图4：

图4

可以看出：1.高压、低压各侧三相电流大小相等，互成120 °且正序排列。

2.同理可以推断出高压侧P＞0、Q＞0；低压侧P＜0、Q＜0，与实际潮流方向一致。

表3：主变高、低后备带负荷检查（装置显示数据）

根据主变后备保护装置厂家说明书提供资料显示：该后备保护装置方向元件采用线电压，接线方式为90度接线方式，为避免在负荷电流作用下使方向元件动作，采用按相启动方式，各相接入装置的TA极性的正极性端应在母线侧。装置后备保护分别设有整定“过流方向指向”来控制过流保护各段的方向指向，灵敏角为45度，保护装置方向元件动作特性如图5、图6所示。

图5：方向指向变压器图6：方向指向系统

本例中，接入装置的各侧CT的正极性端都分别在母线侧（如图1所示），根据表3数据画向量图如图7、图8：

图7 图8

由保护定值单可知：高后备保护指向变压器、低后备保护指向低压侧母线。

以下通过对矢量图分析，验证本例中电流相位的正确性：

1.高后备投“过流方向控制字”为“0”，方向指向变压器，灵敏角为45°，高后备保护作为变压器故障的后备保护。从矢量图7可以看出，正常运行时，潮

流方向从110kV母线流向变压器（P＞0、Q＞0），IAH在动作区内。当变压器内

部（或者保护范围内）故障时，故障电流由110kV母线提供，方向是从110kV流

向变压器，IAH始终在如图5所示动作区内，高后备保护满足方向元件动作条件，说明高压侧电流相位正确。

2.低后备投“过流方向控制字”为“1”，表示方向指向母线，灵敏角为225°，低后备保护作为35kV母线及35kV分支馈线的后备保护。从图8可以看出，正常运行时，潮流方向从变压器流向35kV母线（P＜0、Q＜0）。当35kV母

线或35kV馈线发生故障情况时，故障电流由变压器流向35kV母线，与正常工况

下潮流方向一致，IAL始终在如图6所示动作区内，低后备保护满足方向元件动

作条件，说明低压侧电流相位正确。

结语

本文详细描述了主变差动保护和主变后备保护分别带负荷试验的重要性和方法，通过矢量图形结合现场测试数据，计算分析了主变差动保护潮流方向以及后

备保护方向元件的正确性，间接证明了差动保护、后备保护装置接线的正确与否，保证了变压器保护的可靠工作和安全运行。