电力系统中高压电气试验方案的改进与检测

刘福玉

（重庆水利电力职业技术学院 电气工程系，重庆 402160）

0 引 言

电力系统运行过程中，为了降低故障风险，确保系统安全运行，通常采用高压电气试验监测设备电气参数并检测绝缘性能。传统试验方法因为不可预估的因素和试验方案固有的缺陷等，不能全面检测所有的潜在故障，容易造成试验结果的偏离而引发误判。此外，无法检测设备故障，使设备携带故障运行，存在潜在的安全隐患，甚至将无故障设备误判为故障设备，给电厂造成巨大的经济损失。因此，提升电力系统运行安全性、故障检测率和精准性，需改进高压电气试验方案。鉴于发变机组短路对电力系统的危害，可通过短路试验有效验证其抗短路性能。本文以电气启动短路试验为研究重点，深入剖析了传统试验方法中存在的耗时、耗力、二次开路和短路等问题，提出了优化改进措施，并检验了改进方案的应用效果[1]。

1 高压电气试验的原理及条件

1.1 短路试验原理

短路试验是高压电气试验的一种，采用制动设备短接发变机组，使转子固定不变。短路状态下，将三相调压器的输出电压由零逐渐升高，并实时记录测试性能，之后与原始性能数据对比分析，检验其故障状态。短路电压过高或过低代表漏抗过大或过小。通常，短路试验中，三相变压器在A、B、C相分别进行三次短路试验。在不同相短路试验中，A相、B相、C相有载分接开关分别置于最大分接、额定分接、最小分接处。以A相短路试验的接线为例，原理如图1所示，B、C相与之类似。

图1 短路试验接线原理

从继电保护视角分析，发变机组短路试验实质是利用一次设备加电流方法检验设备保护性能，同时通过检验二次回路接线正确性及完整性完成试验。以往发电机组保护装置多为电磁型、晶体管及集成电路型，短路试验是在电流或电压二次回路中并接电流表或电压表，以钳形相位表测试相位，但该试验方案操作繁琐、耗时耗力，经济效益和安全性能不高，导致CT二次开路、PT二次短路的概率较大。随着信息技术、现代软硬件技术的发展，微型保护装置得以应用，具有自检性、软件可扩充性和自适应性等特质。另外，统计分析短路试验调试数据，可获取保护二次回路接线的性能，从而判定是否存在短路问题[2]。

1.2 短路试验的条件及方法

发变机组短路试验需要满足以下条件。

（1）需在发变机组新投产或大修后进行，且需要达到既定的质量标准及要求；

（2）已经完成发变机组和励磁系统的静态调试工作；

（3）发电机定、转子回路，主副励磁及励磁回路绝缘符合试验要求；

（4）发变机组氢气、定子室内两个冷却系统分别测定为正常状态；

（5）发变机组转速平稳且维持在3 000 r/min；

（6）拆除发变机组保护装置，并将失灵保护回路予以气动。

传统短路试验中，通常在发变机组的输出端安装三相短路排，并切断不相关的电路，其短路点如图2所示的K1点。

图2 短路点的设置

试验方法有以下几方面。

（1）首先退出差动保护压板，分别增设接地、复压过流保护。

（2）关闭消磁开关，定子电流上升至0.2 A。如果回路断开出现放电或火花，立即关闭开关，并判定其致因。

（3）定子电流中增加额定电流，之后立即断开，即将定子电流迅速降为0。这一过程中，标识各测试点的电流、电压，由数据处理获得短路曲线。与原始数据对比，判定发变机组的运行状态。

（4）将定子中的电流值上升至1 A，检验、测定差动保护回路的运行状态，判定回路中电流互感器极性的正确性。

（5）拆除K1处的短路排，在K3、K4处设置短路排。

（6）增加发电机电流，测定电力系统中关联电流回路并绘制相量图，有效检验差动保护及相关回路。

2 试验方案存在的问题及相关改进

2.1 短路点现场设置不便

由短路试验可知，它无法检验全部保护方向的正确性。发电机的出口不能安置短路排，导致检验效能存在既定缺陷。目前，发变机组中的所有连线均被封闭，不存在断点，找不到短路点安装短路排。而GIS技术能够有效集成主变压器高压侧、隔离、接地等开关和总线、TA、TV等，因此大部分电力系统均采用该技术。但是，高度集成性封闭了全部线路、出口，短路排，不能安置在主变压器高压侧，导致高压侧的电流互感器无法带电，短路试验不能检验主变压器保护方向的正确性，不能正确保护发变机组和主变压器[3]，从而增加了电力系统的故障风险，且初期保护出口的阶段，可能出现机器停机问题，严重影响电厂的经济效益。

2.2 试验改进方案

针对短路排现场设置不便的问题，本文根据实践经验和不同的实验操作规程发现，若仅将短路排安装在发变机出口位置，则主变压器高压侧无法带电，自然无法验证发变机组及主编差动保护方向的正确性，从而影响试验的校验性。为弥补上述缺陷，完善短路试验方案，验证所有保护方向的正确性，可优化短路点设置方法。

2.2.1 安置在发变机组的出口开关处或TA处

结合上述短路排设置问题，可将短路排安装在发变机组的出口开关处或TA处。改进的试验方案可使电流互感器的两端同时带电，等同于发变机组常态下的负载运行，回路的二次流幅值一致且相互之间的相位差为180°。此时，制动电流等同于一次电流值，并大幅度高于差电流，因此可一次验证保护回路方向的正确性。同时，差动保护中性点带电，可使主变压器高压侧电流互感器产生电流，且流经上述两处的电流值近似于负载电流值。但是，鉴于TA变比的差异性，各TA的接线方法各不相同，造成变压器两侧电流值保持特定比例关系的同时产生了些许差异。如果中性点电流的相位高于主变高压侧电流150°，此时完全忽略上述误差，系统的制动电流将等于发变机组某一侧的电流幅值，可验证保护回路方向的正确性[4]。

2.2.2 采用接地刀闸取代短路排

GIS技术具有高度集成性，已经应用于大部分电力系统。因为电力系统投建安装中，隔离开关处无法安装短路排，所以可将短路排替换为接地刀闸，安装在隔离开关处实现三险短路。试验过程中，首先需绘制发变机组短路特性曲线，其次验证差动保护方向的正确性。

3 改进试验方案的应用检测

为验证改进试验方案的效用性，可将三组设定为编号200517、200157、200146的接地刀闸（型号为JWGR-252，常规运行电流及耐受电流各为2 500 A、40 000 A），分别接入三相点的各个电相，之后接入隔离及主开关。验证回路的正确性后，关闭接地刀闸、隔离及主开关，使其进入短路状态，同时将发变机组的电流升为10 210 A的额定电流，且要检验接地刀闸承受的最大电流，测得主变压器高压侧电流极值为930 A。对于这一数值，理论上可以承受，但因电流动态性，引入了分流方法，即将接地刀闸、隔离及主开关构成完整的支路，将三组组合接入分解电流，而流经各条支路的分流将控制在额定电流范围内。实验测定的第2、3组刀闸进入了幅值不同的电流分流，相关数据如表1所示。

表1 发变机组出口与主变高压侧TA处的电流检验数据

由表1可知，三组接地刀闸可分解流经主变压器的电流。流经第一组接地刀闸的电流是最大的，流经第三路的电流比额定电流低很多。因此，采用三组接地刀闸替代短路排进行短路试验，可更好地确保系统检验安全性。同时，为验证差动保护方向的正确性，可分别断开、关闭第一、第三支路，测定主变两侧差动保护TA二次电流幅值及相位。对比结果发现，传统试验采用钳子、钳形电流表测量，但要达到测量精度。流经差动保护电流互感器TA的二次电流值需限定在20 mA之上，主变差动保护TA和发变机组保护TA的变比应为1∶1 250，符合试验要求的流经差动保护电流互感器TA的一次电流应高于250 A，即第三组刀闸中流经的电流幅值应在250 A之上。此外，为规避三相电流的分流，需关闭第三支路，且为了试验安全，可将电流幅值设置在300～400 A。如果设定为350 A，则经电流互感器DE1的二次电流约为28 mA，达到了钳形电流表的需求。综合评定后，改进后的试验方案可确保安全性，同时完成了各项测试指标，省略了短路排拆卸、安装的工序，省时省力，降低了试验成本，优化了检测精度和可靠性，其优势显而易见[5]。

4 结 论

发变机组作为电力系统的核心，承载着电力生产、电压升降转换的任务。但是，短路问题是一直困扰其运行性能的瓶颈，通常会采用短路试验验证其抗短路性。然而，传统短路试验尚无法在开关或TA处安装短路排，不能验证所有保护方向的正确性。本文针对此问题，提出了有效解决方案，优化了实验方案，并通过反推理方法验证了改进实验方案的高精准和效益性。