抽水蓄能电站主变压器差动保护CT极性校验方法探讨

杨洪涛，景 城

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 罗田438600）

抽水蓄能电站主变压器差动保护CT极性校验方法探讨

杨洪涛，景 城

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 罗田438600）

从主变压器差动保护原理出发，探讨了主变压器差动保护CT极性校验方法，详细分析了蓄能电站主变压器差动保护CT极性校验新方法的原理、试验设备容量计算及设备选型方法和试验程序，解决了蓄能电站主变倒受电前其差动保护CT极性校验难题，并对两种试验方法的优缺点进行了对比分析。

主变压器；差动保护；极性校验；方法

0 引言

主变压器作为电站的输变电设备，是电站的重要设备之一，差动保护为变压器主保护，在电站变压器投入正式运行之前，调度要求必须对差动保护CT极性进行校验，确保其极性正确后才能投入使用。如果其极性得不到正确校验，在变压器投入运行后，如果变压器内部有故障，差动保护拒动，可能会导致变压器烧毁事故发生，同时可能会对电网造成巨大危害，甚至会导致局部电网崩溃。因此变压器差动保护CT极性校验是每一台主变压器投运前必须要完成的检测项目之一。

1 主变差动保护原理

变压器差动保护，是变压器内部及引出线上短路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障。变压器差动保护，按比较变压器各侧同名相电流之间的大小及相位构成。以二卷变压器为例，其一相差动的交流接入回路示意图如图1。

变压器正常运行时，I1与I2流入差动保护装置的电流大小相等，方向相反，在差动保护装置内不产生差流，保护装置不动作，但是当变压器内部故障时，变压器高低压侧一次电流均向变压器内部流动，此时，CT二次侧电流I1与I2流入差动保护装置的电流方向相同，差动保护装置内差流很大，保护装置迅速动作，切断变压器高、低压侧断路器，故障电流消失，起到保护变压器作用。但是，当CT1与CT2的极性接反时，则正好产生相反的效果，变压器差动保护将不能正确动作，特别是由于变压器高低压侧经过了Y/△变化后，高低压侧CT的极性校验难度会更大，因此变压器差动保护CT极性校验必须经过一次通流校验后才能最终确定。

图1 变压器差动交流回路接入示意图

2 主变差动保护CT极性校验的一般方法

电站主变压器差动保护CT极性校验一般方法是高压侧短路零起升流法。即利用主变高压侧出口的接地刀闸形成三相短路接地，通过与其相连机组提供短路电源（如图2所示），首先将机组手动开机至发电工况，合上相应断路器和隔离开关，通过调节励磁电流的大小，逐步增加定子电流至额定电流的10%左右，从而达到检测主变差动保护CT极性目的。使用该方法时必须具备下列条件：

图2 主变差动保护CT极性校验一般方法接线图

（1）机组发电工况空载试验已基本完成；

（2）励磁系统、调速器系统空载试验已基本完成；

（3）励磁变高压侧与一次系统的连接线解开，并做好安全防护措施；

（4）从厂用电系统通过临时高压电缆接入励磁变高压侧，并将励磁变保护跳闸回路通过临时电缆连接至相应的厂用电断路器；

（5）上水库仍有足够水源，机组水头在合适范围之内，可保证机组发电工况空载稳定运行。

3 主变差动保护CT极性校验新方法

由于抽水蓄能电站具有的特殊性，①绝大多数抽水蓄能电站在首台机组启动前，上库没有天然来水，即便有些蓄能电站上库有水，也仅能满足机组发电工况部分试验，上库存水很难满足通过机组带主变零起升流来校验主变差动保护CT极性；②机组在水泵工况启动时必须有外来电源拖动机组。因此，蓄能电站在首台机组启动前，一般须完成主变倒受电操作。而主变倒受电的必要条件之一是要确保主变差动保护CT极性已经过一次通流（即在主变高低压侧CT一次回路均同时流过电流）校验。由于主变差动保护两组CT是分别接在主变高低压侧，且因CT变比很大（CT变比选择与主变及机组容量有关），一次侧电流如果达不到一定值，反应在CT二次侧电流将很小，主变差动保护CT极性将无法确定。因而必须要寻求一种新的方法来校核主变差动保护CT极性。下面将以一台容量为360 MVA 500 kV主变为例介绍主变压器差动保护极性校验新方法——主变低压侧短路升流法（外施电源法）。

3.1 基本原理

试验主接线如图3所示。将变压器低压侧利用接地开关将其三相短路，而从高压侧加入额定频率的三相交流电压，通过调节三相调压器输出，使短路范围内CT二次侧电流达到满足极性校验的要求值，通过差动保护装置（或高精度相位测试仪器），检验三相差流的大小和相位是否正确。

图3 主变差动保护CT极性校验新方法接线简图

3.2 已知试验条件

主变容量Sn为360 MVA；额定电压为525 kV/ 15.75 kV（中间档位）；额定电流为396A/13 197A；联结组标号为YNd11；短路阻抗Uk为14%；

主变高压侧地刀最高可承受电压为10 kV（该值可查询GIS设备手册）；

主变高压侧GIS套管已安装试验合格，且GIS内已充合格的SF6气体；

主变高压侧CT变比1 500 A/1 A；

主变低压侧CT变比15 000 A/1 A；

差动动保护装置（或高精度相位测试仪器）最小测量二次电流为5mA(即当二次侧输入电流达到5mA以上时，可准确反应其电流和相位，该值可通过厂家技术说明书得知)。

3.3 试验设备选型计算

（1）试验所需电流计算

为了确保主变差动保护CT极性可靠校验，一般考虑主变高压侧CT二次电流（I1）应达到10 mA以上，则主变高压侧一次电流Ik1为：

则主变低压侧一次电流为：

保护装置侧低压侧二次电流I2为：

从上述计算可知，保护装置CT二次侧电流均满足差动保护CT极性校验（或高精度相位测试仪）要求。

（2）试验所需电源容量计算

试验所需电源容量可按下式计算：

式中：Sn、Un——分别为变压器额定容量和额定电压；In、Ik1——分别为变压器额定电流和变压器高压侧一次试验电流；

Uk——变压器短路阻抗百分数（%）；

S、U——分别为所需试验电源视在功率和变压器高压侧试验电压。

代入相关数据，根据公式（1）计算得知所需电源的视在功率S≥72.3 kVA；

根据公式（2）计算得知变压器高压侧试验电压U=2.78 kV。

（3）试验设备选择

从上述计算可知，当主变一次侧电流通入15 A时，所需外加电压为3 kV左右，满足主变高压侧地刀最高可承受电压为10 kV条件，且有较大余量，不会对该地刀造成影响。

考虑三相试验变压器及主变短路负载损耗，试验三相变压器和三相调压器容量可选大于100 kVA试验设备。

现场实际试验过程中，根据实际情况，按如下选择试验设备：

试验电力变压器选择为电站检修用三相电力变压器，容量及变比分别为：

三相试验调压器从中试所借用，容量及变比分别为：

S=1 000 kVA，原边与副边电压为：400 V/650 V；

400V开关从电站公用400 V开关上选择备用400 A开关。

3.4 主变小差保护极性校验试验步骤

从图3可知：主变小差保护所用CT为CT 9与CT17。试验原理接线如图4所示，具体试验程序如下：

（1）断开0461、0462隔离开关，合上主变低压侧接地刀04617地刀；

（2）断开50046隔离开关，合上主变高压侧500467地刀，并将每相接地连接片断开；

（3）连接好试验变压器、试验调压器及调压器控制柜之间的连接线；

（4）整定三相调压器输出电压保护，按200 V整定，对应三相变压器输出电压为5 kV,并做好保护跳闸测试；

（5）将调压器调至最小位，合上400 V开关，缓慢调节调压器输出，监测试验变压器低压侧电压和高压侧电流，同时从主变差动保护装置上检查主变高低压侧CT电流是否正常。

（6）当确认主变高低压侧CT电流正常后，缓慢调节试验调压器输出，直到试验变压器高压侧电流达到15 A，保持稳定。检查主变高低压所有CT电流是否正常，主变差动保护CT极性是否正确，当确认所有结果满足要求后，降低调压器输出，并断开400V开关。

图4 试验原理接线图

3.5 试验中实测数据分析

试验中，现场实测电流数据如表1。

表1 现场实测电压、电流数据

从上述实测数据可知，现场实际测量值与3.3.(2)中计算值接近，在测量误差范围之内，同时通过主变差动保护装置可清晰读取主变高低侧一次电流值，且相位正确，差流均接近为0，主变小差保护极性正确。

3.6 试验方法进一步推广使用

（1）主变大差保护CT极性校验

从图3可以看出，主变大差保护所用CT为CT18和CT5,因CT5为发电机出口电流互感器，要想在CT5二次侧有电流，则图3中的短路点应设在发电机出口。解开发电机出口与IPB（封闭母线）的连接铜排，临时加装一组短路线（可承受短路电流1 000 A即可），主变低压侧接地刀闸均在分闸位置，合上图3中的0461隔离开关（发电换相隔离开关）和04断路器，同时断开04断路器的跳闸电源（防止04断路器误跳闸）。

主变高压侧接线仍如图3所示，试验方法同3.4中的第（3）至第（6）步。利用此方法可顺利完成主变大差保护中CT极性校验。

（2）500 kV母线及高压电缆差动保护CT极性检验

图5 电站500 kV系统母线及高压电线差动保护CT配置图

图5为电站500 kV母线及高压电缆差动保护CT配置图。尽管母线及高压电缆差动保护CT极性可以利用高压电缆充电电流和主变冲击合闸过程中录波方式来检验。但是也可以利用主变差动保护极性校验新方法，在一次设备正式受电前，完成母线及高压电缆差动保护CT极性校验。方法与3.4中方法基本相同，试验设备容量仅需要考虑加上高压电缆的充电电流即可，加压点可选择在图5中的A点，所加电压不受图3中接地开关电压限制，合上相应的断路器及隔离开关（对断路器采取相应的防跳措施），即可形成一次电流的通路，校验母线及高压电缆保护CT极性。

4 结语

主变高压侧短路零起升流法在常规电站和蓄能电站非首台主变差动保护极性校核中应用较为普遍，该方法比较复杂，使用条件苛刻，且需要临时高压电缆，占用机组有水调试直线工期。但该方法校验CT极性效果较好、直观，能更全面检查电流互感器特性及二次回路接线中存在的问题。

外施电源法解决了蓄能电站机组启动前，主变倒受电时相关差动（主变差动、母线差动及高压电缆差动等）保护CT极性无法校验问题，确保主变倒受电的安全、可靠。该方法操作及使用条件简单，节省临时高压电缆投资，不占用机组有水调试直线工期。但该方法由于使用的是外施电源，受电源容量限制，通入电流较小，不能全面检查电流互感器特性及二次回路接线中可能存在的问题，因此在机组并网后，需对CT及其二次回路进一步检验。

[1]李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].（第二版）.中国电力出版社，2001.

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TM774

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1672-5387（2010）04-0016-04

2010-05-08

杨洪涛（1968-），男，教授级高级工程师，从事抽水蓄能电站机电安装管理工作。