基于变压器有载调压的相量测试法

魏颖莉，萧 彦，赵春雷

(河北省电力公司，石家庄 050021)

继电保护是电力系统安全稳定运行的重要保障，若其不能快速准确的切除故障，可能对电网安全乃至国民经济的发展造成较大影响。目前广泛使用的保护，尤其是速动保护，其动作判据大多需要对电流相量进行测试以保证动作的正确性。因此在保护装置投入运行前，应对其电流相量进行验证，以保证TA二次回路的正确性。然而由于目前电网发展迅速，某些变电站投运时所带负荷较小，转换到TA二次侧的电流不能满足相量测试的精度要求，给变电站投运带来困难。

1 相量测试的重要性及测试中存在的困难

继电保护设备担负着保护电网及设备安全的重任，因此在实际运行中影响继电保护装置工作的各种因素都要慎重考虑。系统中线路及变压器各侧电流的大小和方向是构成线路及变压器主保护动作判据的重要部分，能否准确测量电流相量直接关系着保护动作的正确性。因此，在安装、调试和检修的过程中，必须选择合适的TA变比，检查二次回路的完整性，以及各TA极性、相序的正确性。

线路及变压器的相量，一般可以通过带负荷和外加电流2种方法测得[1-3]。外加电流法不仅需要改动接线，而且不能验证整个二次回路，因此一般不被现场检验采用。而带负荷测相量更接近实际运行情况，不需改动接线，并能验证TA极性，检查整个二次回路的完整性，所以现场中大多采用带负荷法测相量。

一般而言，进行相量测试时，负荷电流越大，二次回路中存在的错误体现的越明显，越容易判断。即使变电站所带负荷较小，也必须保证测量值达到测量仪器的精度要求。但在实际运行中，新建变电站投运时，与变压器同时投运的负荷线路少，所带负荷较小，甚至某些变电站即使通过转移负荷仍不能满足相量测试的精度要求,因此现场的继电保护人员常常面临线路及变压器轻负荷，难以给出正确测试结论的困难[4-5]。以下介绍基于变压器有载调压的相量测试法，希望能帮助现场工作人员解决轻负荷带来的测试困难问题。

2 相量测试法介绍

对于一般的电力变压器而言，在其一次侧均设有分接头。随着变压器型号及电压等级的不同，分接头的个数不同；随着分接头所处位置不同，变压器的变比不同，其各侧的电压也会随之变化。

2.1 测试前提条件

基于变压器有载调压的相量测试法主要通过调节变压器分接头的位置使并联的2台变压器之间产生电压差，从而产生环流。电压差越大，环流越大，相量测试越准确。因此，该方法主要适用于电力环网中的变电站。其前提条件包括：新建变电站主变压器具备有载调压功能；新建变电站至少具备2台及以上变压器；新建变电站至少具有2条及以上带负荷出线；新建变电站高压侧至少有2条或2段通过母联或分段断路器联系的母线；新建变电站2台变压器三侧(至少有两侧)可直接或间接并联。

2.2 轻负荷变压器相量测试

假设某220 kV新建变电站甲站通过2条出线接入某电网中，其主接线如图1所示。

图1 变电站主接线

设投运时甲乙线、1号变压器接于I号母线，甲丙线、2号变压器接于II号母线。对变压器高、中压侧进行相量测试时，调整一次运行方式，将2台变压器高、中压侧通过201、101断路器并联。然后调节2台变压器的分接头位置，将1号变压器分接头向正方向调节，2号变压器的分接头向负方向调节，调节的幅度越大，变压器中的环流越大。

在变压器分接头调整过程中，变压器各侧电压、电流关系满足式(1)-(4)：

U11+(I1-I)ZT1=U12n1

(1)

U21+(I2+I)ZT2=U22n2

(2)

n1=U1(1+sΔ%)/U2

(3)

n2=U1(1-xΔ%/)/U2

(4)

式中：U11表示1号变压器高压侧电压值；U12表示1号变压器中压侧电压值；U21表示2号变压器高压侧电压值；U22表示2号变压器中压侧电压值；I表示流经1号、2号变压器的环流；I1表示流经1号变压器的负荷电流；I2表示流经2号变压器的负荷电流；ZT1表示归算到高压侧的1号变压器高中压侧阻抗；ZT2表示归算到高压侧的2号变压器高中压侧阻抗；n1表示1号变压器实际变比；n2表示2号变压器实际变比；s 表示1号变压器分接头位置；x表示2号变压器分接头位置。

由式(1)-(4)可知，s、x越大，流经变压器的环流越大，可供相量测试的电流就越大。通过潮流计算程序，可计算出不同的分接头位置对应的环流大小，综合考虑变压器TA变比、设备可承受的电压等因素，选择合适的分接头位置。

2.3 轻负荷线路相量测试

轻负荷线路的相量测试方法与变压器的相量测试方法类似，仍然选用图1所示主接线进行分析。

在3.2节所述运行方式基础上将母联201打开，使1号、2号变压器高压侧通过甲乙线、电网和甲丙线相连。调节2台变压器的分接头位置，将1号变压器分接头向正方向调节，2号变压器的分接头向负方向调节，由此产生的电压差将在甲乙线、甲丙线、1号变压器、2号变压器中产生环流，使线路电流增大。

在变压器分接头调整过程中，线路及变压器各侧电压、电流关系满足式(5)-(7)：

Ul1+(Il1-Il)(ZT1+Zl1)=U12n1

(5)

Ul2+(Il2+Il)(ZT2+Zl2)=U22n2

(6)

Ul1=IZ12+Ul2

(7)

式中：Ul1表示甲乙线乙侧电压值；Ul2表示甲丙线丙侧电压值；Il表示环流；Il1表示流经甲乙线的负荷电流；Il2表示流经甲丙线的负荷电流；Zl1表示甲乙线阻抗；Zl2表示甲丙线阻抗；Z12表示乙站、丙站之间的连接阻抗。

同样，s、x越大，流经线路的环流越大。通过潮流计算程序，计算出不同的分接头位置对应的环流大小，根据相量测试所需负荷的大小，综合考虑线路TA变比、一次设备的电压承受能力，选择合适的分接头位置。

3 实例分析

下面以某220 kV变电站为例进行分析。其主接线如图1所示。典型的220 kV变压器有16个分接头，每改变一次分接头，响应电压变化为分接头的1.25%。1号、2号变压器分接头及各侧额定电压为：230±8×1.25%/121/11 kV。

忽略电阻的影响，1号、2号变压器归算到高压侧的高中压侧电抗之和分别为40.89 Ω、43.30 Ω。通过计算可得变压器分接头位于不同位置时通过变压器两侧的环流，如表1所示。

1号、2号变压器配置的TA变比为2 500/1，相量检查要求的电流为250 A，所以应逐步调整1号、2号变压器分接头至4、-4位置。

同样，已知甲乙线、甲丙线线路阻抗、乙丙站之间的连接阻抗分别为7.17 Ω、10.24 Ω、4.01 Ω。通过计算可得变压器分接头位于不同位置时通过线路两侧的环流，如表2所示。

表1 不同分接头位置对应的变压器环流

表2 不同分接头位置对应的线路环流

甲乙线、甲丙线配置的TA变比为1 600/1，相量测试要求的电流为160 A，所以应逐步调整1号、2号变压器分接头至3、-3位置。

4 相量测试法应用中需注意的问题

在使用基于变压器有载调压的方法进行相量测试时，有以下几点需要注意。

a. 新建变电站应符合使用基于变压器有载调压方法进行相量测试的前提条件，即该变电站至少有两回出线、2台主变压器，且主变压器的高、中压侧可直接或间接地进行分列、并列的操作。

b. 使用基于变压器有载调压的方法进行相量测试时应密切关注网上电压。在进行相量测试之前应根据网上电压估算变压器有载调压的范围，防止由于过度调节引起的设备过电压。

c. 使用基于变压器有载调压的方法进行相量测试前，应先对主变压器分接头处于不同位置引起的环流大小进行估算，以判断在一次设备可接受电压范围内所产生的环流能否满足相量测试的要求。

5 结束语

相量测试是新设备投运必需的试验之一，目的是保证继电保护动作的正确性。以上从理论出发，并配合实例，验证了基于变压器有载调压的相量测试法，可通过调整变压器分接头的位置，配合一定的运行方式，使变电站变压器或出线之间出现环流，从而增加变压器及线路中的电流，满足相量测试的要求，给现场工作人员提供了帮助。

参考文献：

[1] 袁军芳．变压器差动保护相量测试[J]．冶金动力，2000(1)：14-16.

[2] 王静萍，王亚萍．变压器差动保护带负荷相量测试[J]．电工技术，2009(3)：6-7.

[3] 王文兴，程建平．微机变压器差动保护向量测试[J]．电力学报，2005，20(2)：205-206，209.

[4] 曾繁德，苏宝成．变压器轻负荷条件下的差动保护带负荷测试[J]．中国科技博览，2009(19)：49.

[5] 刘 宝，张玉成，唐 凯．轻载线路投运过程中相量测试的解决对策[J]．新疆电力技术，2008(3)：14.