500kV自耦变带负荷测试二次回路接线正确性的智能分析

国网河南省电力公司检修公司 王 莉 张文博 欧阳运广 西安双英科技股份有限公司 王佳东 史盼盼 郑 艳

主变是变电站一次设备的核心，主保护采用主变差动保护，其二次电压回路有正、逆相序各3种，电压、电流二次回路各48种组合，在三相电压、三相电流2304种接线方式中只有一种接线方式是正确的，其性能决定电网安全稳定运行。根据《继电保护及自动装置的检验规程》要求，对新安装或二次回路有变动的主变保护，在投入运行前须进行带负荷测试工作。而500kV以上特高压主变多为自耦变，为实现用于自耦变的带负荷测试，其分析方法的研究具有十分重要的意义。

传统的带负荷测试方法是使用钳形相位伏安表以高压侧电压为基准，测量保护屏的高中低压各侧电流的幅值和相位，再根据测量数据计算有功、无功功率，手动绘制出六角相量图，结合后台监控的负荷的大小和方向进行人工分析，从而判断CT极性和二次回路接线方式的正确与否。由于差动保护的三侧电流存在相位差，相对矢量关系复杂，要求人员具备较高的理论基础和专业技能水平，能准确计算不同侧电压电流间的相位关系并绘制出六角相量图，否则对测量结果无法判读其正确性；特别针对500kV变电站保护装置带负荷测试工作，这样的操作方式不但流程繁琐且容易因人为因素导致报告整理不及时、原始数据丢失、书写数据不规范、誊写错误等影响判断，工作效率低，不利于专业管理水平的提升。随着智能化的行业推进，可利用软件绘制替换手工绘制六角向量图，本文给出了对测量的三相电压电流，如何进行自耦变的带负荷测试时的CT极性及接线智能分析。

1 自耦变

自耦变压器的利用一个线圈进行电压变化：K=W1/W2=U1/U2=I2/I1，其中K为自耦变压器变比；W1为原绕组匝数；U1为原绕组电压；I1为原绕组电流；W2为副绕组匝数；U2为副绕组电压；I2为副绕组电流。电力系统中的联络变压器常采用三绕组（高压、中压、低压）自耦变[1]。

图1 三绕组自耦变结构示意图

三相绕组采用Y/Y/Δ接线方式以消除谐波减小自耦变压器的零序阻抗（图2）：当高、低压侧运行时，Ih超前Il150°，Il超前Ilb30°，如图2(a)所示；当高、中压侧运行时，Ih与Im相差180°，如图2(b)所示；高压侧电流、公共绕组电流与中压侧电流方向相反，Ip=Im-Ih（矢量计算）；如图2(c)所示。

图2 三绕组基本运行原理示意图

Ih矢量分解xh=Ih×cosφh；yh=Ih×sinφh，Im矢量分解xm=Im×cosφm；ym=Im×sinφm，xp=xm-xh；yp=ym-yh;。其中Ua为以高压侧为基准的电压、Ih为高压侧电流，-Ih为高压侧反向电流，Im为中压侧电流，Il为低压侧开关电流，Ilb为低压侧套管电流，Ip为公共绕组电流，φh表示参考电压以高压侧Ua为基准的高压侧电流阻抗角，φm表示参考电压以高压侧Ua为基准的中压侧电流阻抗角，φp表示参考电压以高压侧Ua为基准的公共绕组电流阻抗角。

2 电流回路极性分析

差动保护及带负荷测试[2]：差动保护作为变压器的主保护，原理简单、实现方式复杂，人为影响出错率较大，会导致正确动作率降低。主变投运前必须进行带负荷测试[3]。通过对变压器各侧电流数据进行测量后进行如下数据分析：差流（差压）大小、整定值是否正确；电流相序是否正确、是否具有对称性；各侧电流幅值、CT变比是否正确；同名电流相位、电流回路极信组合是否正确。

自耦变的电流回路极性分析：投运负荷P、Q，则功率因数角为φ，同时由P、Q的正负可计算阻抗角φ1为0～360°。三相电路有功功率P=3U相×I相×cosφ，三相电路无功功率Q=3U相×I相×sinφ，功率相位角P=tanφ=Q/P=>φ=arctan(Q/P);φ∈（-90°，90°），若Q>0、P>0，则φ1的范围为0°～90°，φ1=φ；若Q<0、P>0，则φ1的范围为-90°～0°，即270°～360°，φ1=360°+φ；若Q>0、P<0，则φ1的范围为90°～180°，φ1=180°+φ；若Q<0、P<0，则φ1的范围为-180°～-90°，即180°～270°，φ1=180°+φ。测量各侧电流的幅值，一次电流与二次电流符合需变比关系；各侧的三相电流要求按正序排列，相位互差120°，同名相电流的相位角与电压的相位角和功率计算的相位角一致[4]。

3 带负荷测试中电流互感器二次回路的智能分析

3.1 测量终端

测量终端具有两路电压（Ua、U2）、一路电流（I2）信号输入，经过采样电路的取样、隔直、中央处理单元处理后，可测量两路电压和一路电流的幅值，以及以Ua为基准的U2与I2的相位，并将数据显示在液晶显示屏上，同时通过蓝牙/USB将数据传送到智能终端；支持智能终端进行数据处理。

3.2 智能带负荷测试

智能终端读取测量终端测量结果，统一以高压侧Ua为参考电压，利用软件将多次测量结果进行合成计算，处理流程结合图3具体分析如下：在智能终端中可设定高压侧、中压侧、低压侧开关、公共绕组、低压侧套管的PT和CT变比；可设定高压侧、中压侧、低压侧有功功率P(MW)、无功功率Q(MVar)或输入电容、电抗器负荷的容量；根据投运负荷P、Q确定本侧功率因数角φ：根据不同侧测量得到的数据进行向量分析，判断电流互感器的二次回路接线正确与否。

图3 软件测量处理流程

假设由于负载不平衡引起阻抗角的变化是10°，根据投运负荷P、Q，流出的高压侧负荷，确定参考电压以高压侧Ua为基准的高压侧阻抗角为φh，三相（ac）负荷电流分别为Iha、Ihb、Ihc，通过阻抗角分析进行查表，确定高压侧三相电流及相对应的极性，查找表中的阻抗角、三相负荷电流、CT极性分别为：φh±10°、Iha、a相正；（φh+180°）±10°、-Iha、a相反；（φh+120°）±10°、Ihb、b相正；（φh+300°）±10°、-Ihb、b相反；（φh+240°）±10°、Ihc、c相正；(φh+60°)±10°、-Ihc、c相反。

若存在低压侧负荷，根据投运负荷P、Q，流出的低压侧负荷，Il表示低压侧开关电流，Ul表示低压侧电压，低压侧的功率因数角为φl=φ〈Ul,Il〉，三相（ac）负荷电流分别为Ila、Ilb、Ilc，通过参考电压以高压侧Ua为基准的低压侧阻抗角分析进行查表，确定低压侧开关三相电流及相对应的极性，查找表中的阻抗角、三相负荷电流、CT极性分别为：(φl-30°)±10°、Ila、a相正；[(φl-30°)+180°]±10°、-Ila、a相反；[(φl-30°)+120°]±10°、Ilb、b相正；[(φl-30°)+300°] ±10°、-Ilb、b相反；[(φl-30°)+240°]±10°、Ilc、c相正；[(φl-30°)+60°]±10°、-Ilc、c相反。

若存在中压侧负荷，根据投运负荷P、Q，流出的中压侧负荷，确定中压侧的功率因数角为φma=φ〈Um,Im〉，三相（ac）负荷电流分别为Ima、Imb、Imc，通过参考电压以高压侧Ua为基准的中压侧阻抗角分析进行查表，确定中压侧开关三相电流及相对应的极性，查找表中的阻抗角、三相负荷电流、CT极性分别为：φm±10°、Ima、a相正；(φm+180°)±10°、-Ima、a相反；(φm+120°)±10°、Imb、b相正；(φm+300°)±10°、-Imb、b相反；(φm+240°)±10°、Imc、c相正；(φm+60°)±10°、-Imc、c相反。

公共绕组三相（ac）负荷电流分别为Ipa、Ipb、Ipc，通过参考电压以高压侧Ua为基准的公共绕组阻抗角分析进行查表，确定公共绕组三相电流及相对应的极性，查找表中的阻抗角、三相负荷电流、CT极性分别为：φp±10°、Ipa、a相正；(φp+180°)±10°、-Ipa、a相反；(φp+120°)±10°、Ipb、b相正；(φp+300°)±10°、-Ipb、b相反；(φp+ 240°)±10°、Ipc、c相正；(φp+60°)±10°、-Ipc、c相反。

选择不同运行方案利用以上的测试方法进行查表判断，测试合格则判定结果通过；否则可判定极性、接线存在问题。最后将测试结果生成电子版试验报告。

3.3 试验与效果分析

模拟变电站现场，设接线方式为Y/Y/Δ；首先进行高压侧5041回路测量，再对高压侧5042回路、低压套管回路11测量，智能终端可实现电流二次回路极性、接线等智能分析；测试结果可进行信息地理位置等信息备注，数据可导出电子报告。

综上，本文提出一种在自耦变带负荷测试中电流二次回路接线的智能分析方法。通过设定高压侧、中压侧、低压侧开关、公共绕阻、低压侧套管的电压等级、CT变比等，输入带负荷测试的电容、电抗器负荷有功功率、无功功率，并根据测量得到的以高压侧Ua为基准的各侧电压、电流的幅值、相位数据可以生成向量图，并根据查找对应表格智能分析高压侧、低压侧、公共绕阻、低压侧的各侧三相电流CT二次回路的极性、相序接线是否正确。