220 kV主变一次通流检测差动保护方案探讨

史春旻 徐陪栋 刘志仁

摘 要：随着电力系统规模的快速扩大，大型主变压器不断投入系统运行，带来一个突出的问题就是如何确保220 kV主变差动保护的正确性，以保证主变的顺利投运。传统做法是确定好主变各侧流变的极性、变比，并对差动保护进行校验，对二次回路的接线进行检查，但这些方法并不直观，容易出现错误。而利用一次通流的方法来观察差动保护的差流情况以判断差动保护是否正常，在主变外部模拟三相短路（区外故障），就可以保证差动保护正确投运。鉴于此，结合现场实际建立了主变一次通流的计算模型，通过计算确定从中压侧通流为最佳方案，经现场实际试验论证，该方法简单、可靠、可行。

关键词：通流试验计算;一次通流方案;主变差动保护

0 引言

随着电力系统的快速发展，越来越多的大型主变压器投入系统运行，带来一个突出的问题就是差动保护误动的事故时有发生。总结差动保护误动的原因，大致有以下几个方面：

（1）二次接线施工过程错误。施工人员未能正确掌握主变差动保护二次接线的特点，导致CT极性接反、CT变比错误、二次回路接线不正确、CT多余接地点短接CT绕组等现象的发生。

（2）整定计算错误。整定人员未能深入理解差动保护的控制字、主变压器的联结组别，导致区外接地故障时差动保护出现很大差流，引起差动保护跳闸;或者整定计算时应该按全容量计算变压器低压侧额定电流，不能按低压侧的实际容量计算，如某主变压器110 kV侧开关流变变比为200/5，整定时整定为300/5，结果必然产生误动。

（3）调试人员未能正确做好差动保护的电流平衡性试验。如果在进行电流平衡性试验时差流偏大，调试人员不加注意，不去仔细思考施加电流的数值和相位的正确性，就会将隐患留到带负荷测试项目上。

（4）差动保护投运前的带负荷测试工作不彻底。由于系统运行方式的限制，变压器在投运时所带负荷较轻，差动保护无法反映出差流是否正确。即便差动保护接线存在问题，也会由于调试人员稍微疏忽而失去最后一次消除错误的机会。

本文在研究以往主变差动保护区外误动的基础上，提出了一种新颖的主变一次通流模拟区外故障檢测差动保护的方案，并与理论值比较，是主变差动保护试验领域一次突破性的尝试。

1 通流试验方案

1.1    建立220 kV主变一次通流计算模型

差动保护原理可以用KCL电流定律来描述，如图1所示，对于一个KCL节点，任何流进去的电流都等于流出来的电流[1]。

主变一次通流的物理意义是在主变差动保护区外故障时，差动继电器理论上检测到差流为零。作为稳态的一次通流试验，就是在主变某一侧开关CT的外部进行人工三相短路的情况下（模拟区外故障），由另一侧施加交流380 V电压，该电压产生的短路电流流过主变，在差动保护中产生穿越性电流。如果主变差动保护接线正确，该短路电流流过差动继电器时差流为零;如果主变差动保护接线错误，该短路电流流过差动继电器时差流将增大。基于这个观点，建立主变一次通流的计算模型。

1.2    了解一次系统，关注流变参数和极性

目前，新投运的220 kV主变压器差动保护各侧流变的极性均取母线侧。主变一次系统如图2所示。

1.3    收集主变参数

以ABB 型号为OSFSZ10-180000/220的变压器为例，Sn：180/180/90 MVA;Un：72.4/

880.7/1 385.7 A;联结组别：YN，yn，d0。短路参数如表1所示。

1.4    通流试验计算

1.4.1    利用主变参数计算各侧阻抗[2]

系数KB=90/180=0.5，以高压侧为基准（折算至高压侧）：

PK1=（PK12+PK13/KB2-PK23/KB2）/2

=（332.3+286.3/0.25-315.1/0.25）/2=108.55 kW

PK2=（PK12+PK23/KB2-PK13/KB2）/2

=（332.3+315.1/0.25-286.3/0.25）/2=223.75 kW

PK3=（PK13/KB2+PK23/KB2-PK12）/2

=（286.3/0.25+315.1/0.25-332.3）/2=1 036.65 kW

R1=PK1/In2=108.55×1 000/472.422=0.486 Ω

R2=PK2/In2=223.75×1 000/472.422=1.003 Ω

R3=PK3/In2=1 036.65×1 000/472.422=4.465 Ω

UK1%=（UK12%+UK13%-UK23%）/2

=（10.64%+36.25%-23.12%）/2=11.885%

UK2%=（UK12%+UK23%-UK13%）/2

=（10.64%+23.12%-36.25%）/2=-1.245%

UK3%=（UK23%+UK13%-UK12%）/2

=（23.12%+36.25%-10.64%）/2=24.365%

X1=（UK1%×Un1）/5.514 Ω

Z1=0.486+j31.956 Ω

Z2=1.003-j3.348 Ω

Z3=4.645+j65.514 Ω

所以，主变高中侧、高低侧、中低侧的联系阻抗分别为（折算至高压侧）：

Z12=（0.486+j31.956）+（1.003-j3.348）=1.489+j28.61 Ω

Z13=（0.486+j31.956）+（4.645+j65.514）=5.131+j97.47 Ω

Z23=（1.003-j3.348）+（4.645+j65.514）=5.648+j62.16 Ω

1.4.2    主变各侧通流计算及最优选择

以“高压通流”为例计算：

高压侧加故障电流（～380 V），模拟中压侧差动保护区外三相短路故障：

高压侧流过电流大小IH==7.68 A

中压侧流过电流大小IM=7.68×（220/118）=14.32 A

高压侧加故障电流（～380 V），模拟低压侧差动保护区外三相短路故障：

高压侧流过电流大小IH=2.25 A

低压侧流过电流大小IL=2.25×（220/37.5）=13.2 A

将三侧通流结果汇总如表2所示。

从所用变的功率、保护能观测到的电流效果、试验导线、测试仪器等各方面看，选择中压侧通流是合适的。选择从高压侧通流时，低压侧的电压过低，电流偏小，影响测试精度;从低压侧通流则需要试验电源容量过大，现场可能无法满足条件。

2 选择中压侧通流的步骤

2.1    中压→高压通流

中压→高压通流示意图如图3所示。

现场操作步骤：拉开701开关，拉开25011和25012闸刀，合上2501开关、25013闸刀、7013闸刀和25017地刀。在701开关和TA之间加三相380 V动力电源。

中压侧电流IM=26.69 A，独立TA电流111.21 mA（变比1 200/5）从P1流入;高压侧电流IH=26.69×（118/220）=14.32 A，独立TA电流59.625 mA（变比1 200/5）从P1流出。这种方式下，试验电源的容量应大于S=1.732×380×26.69=17.57 kW。中壓—高压通流数值如表3所示。

2.2    中压→低压通流

中压→低压通流示意图如图4所示。

现场操作步骤：拉开701开关，拉开25013闸刀，合上3117地刀，将35 kV母线上电容器、电抗器开关拉开，在701开关和TA之间加三相380 V动力电源。

中压侧电流IM=12.25 A，独立TA电流51.04 mA（变比1 200/5）从P1流入;低压侧电流IL=12.25×（37.5/118）=3.89 A，96.37 mA（变比2 000/5）电流从P1流出。电流滞后电压90°。这种方式下，试验电源的容量应大于S=1.732×380×12.25=8.06 kW，中压—低压通流数值如表4所示。

2.3    数据分析

一次通流试验模拟了主变各侧在差动保护区外发生三相短路故障时穿越主变的故障电流，该穿越性的故障电流传变到差动保护反映的实际差流值应该非常小。如果实际差流值较大，则必须分析原因，找出问题，提出解决方案，达到尽快解决故障的目的[3]。

3 通流试验还需准备的条件

（1）高精度的相位表，精度满足到毫安级有指示;

（2）在控制室里选择好A相电压，它是基准相量;

（3）试验电源满足大于15 kW的条件，通流试验是可以进行的;

（4）试验时加强监护，一次设备上停止一切工作;

（5）通流以前检查各侧流变不开路。

4 结语

本文讨论了220 kV主变一次通流检测差动保护方案：首先分析了主变差动保护区外故障误动的原因，以及如何通过试验发现其误动的通流方法;然后根据前面提出的方法，结合手工计算得出的电流值，对比试验数据，分析保护出现差流的原因。由于本文是在总结电力生产现场多次事故的基础之上提出的，因此具有极强的现实指导意义。

[参考文献]

[1] 黄盛兰.电路基础[M].北京：北京大学出版社，2006.

[2] 陈珩.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3] 毛锦庆.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2000.

收稿日期：2021-01-19

作者简介：史春旻（1981—），男，江苏无锡人，工程师，从事继电保护及自动化检修维护工作。

徐陪栋（1986—），男，江苏无锡人，工程师，从事继电保护整定及设备管理工作。

刘志仁（1984—），男，江苏无锡人，工程师，从事继电保护整定及设备管理工作。