于 航 鄭 瑜 蔣炯鋒 司徒偉業(yè) 王 皓

500kV自耦變壓器分相差動保護(hù)低壓繞組電流互感器接線研究

于 航1鄭 瑜2蔣炯鋒1司徒偉業(yè)1王 皓1

（1. 廣東電網(wǎng)有限公司中山供電局，廣東 中山 528400； 2. 廣東電網(wǎng)有限公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

500kV自耦變壓器分相差動保護(hù)在低壓側(cè)使用接線形式復(fù)雜的低壓繞組電流互感器。本文首先給出了差動保護(hù)電流互感器減極性接線形式，在此基礎(chǔ)上，著重分析低壓繞組電流互感器接線原理和在不同安裝位置的接線形式，防止驗(yàn)收人員按照減極性接線固有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行低壓繞組電流互感器接線造成電流互感器極性接反。然后，通過某500kV主變帶負(fù)荷測試案例詳細(xì)說明低壓繞組電流互感器極性接反后保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和動作情況，以提高變電驗(yàn)收人員對低壓繞組電流互感器極性驗(yàn)收問題的警惕性，為將來的變壓器改造驗(yàn)收工作提供理論基礎(chǔ)。

自耦變壓器；差動保護(hù)；分相差動保護(hù)；低壓繞組電流互感器；減極性

0 引言

自耦變壓器因其體積小、損耗低而被廣泛應(yīng)用于500kV及以上電壓等級電力系統(tǒng)中，進(jìn)行電壓變換和能量傳遞。差動保護(hù)為自耦變壓器的主保護(hù)，文獻(xiàn)[1-5]介紹了自耦變壓器差動保護(hù)的主要分類和電流互感器（current transformer, CT）配置情況。近年來，繼電保護(hù)廠家在自耦變壓器的差動保護(hù)中增加了分相差動保護(hù)功能，旨在提高變壓器各相對其內(nèi)部輕微短路故障的靈敏度。分相差動保護(hù)使用高壓側(cè)、中壓側(cè)開關(guān)CT和低壓繞組CT構(gòu)成各相的差動保護(hù)。構(gòu)成差動保護(hù)的CT使用減極性接線形式，在原主變保護(hù)裝置中，低壓繞組CT只用于低壓側(cè)繞組過電流保護(hù)，未考慮低壓繞組CT的極性問題。在主變改造過程中，驗(yàn)收人員極易忽略低壓繞組CT極性及其與高壓側(cè)、中壓側(cè)開關(guān)CT極性的配合情況，將新放置的二次電流電纜按照原接線位置接入，可能會使低壓繞組CT不滿足減極性接線要求，進(jìn)而引起分相差動保護(hù)誤動。

目前，還沒有文章分析低壓繞組CT的接線方式對分相差動保護(hù)造成的影響。因此，本文著重分析分相差動保護(hù)低壓繞組CT的接線情況，詳細(xì)闡釋低壓繞組CT的接線原理和在不同安裝位置的接線形式，防止實(shí)際工作中驗(yàn)收人員按照減極性接線的固有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行低壓繞組CT接線，造成CT極性接反。最后通過某500kV主變帶負(fù)荷測試案例，說明低壓繞組CT極性接反后保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和動作情況，為將來變壓器改造驗(yàn)收工作提供理論基礎(chǔ)。

1 自耦變壓器分相差動保護(hù)原理分析

自耦變壓器[6-7]根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的自感現(xiàn)象制成，自感電動勢是由于通過線圈本身的電流產(chǎn)生變化，使穿過線圈的磁通發(fā)生變化而在線圈兩端感應(yīng)出的電動勢。自耦變壓器一、二次側(cè)既有磁的聯(lián)系也有電的直接聯(lián)系。目前，500kV電壓等級電力系統(tǒng)主要使用三繞組自耦變壓器，三個繞組分別為高壓繞組、公共繞組和低壓繞組。

1.1 500kV自耦變壓器差動保護(hù)分類

三繞組自耦變壓器差動保護(hù)[8]主要配置有縱聯(lián)差動保護(hù)、分側(cè)差動保護(hù)、分相差動保護(hù)和零序差動保護(hù)。某500kV變電站自耦變壓器差動保護(hù)CT配置如圖1所示。其中，縱差保護(hù)由高壓側(cè)開關(guān) CT1、中壓側(cè)開關(guān) CT2、低壓側(cè)開關(guān)CT3構(gòu)成；分相差動保護(hù)由高壓側(cè)開關(guān)CT1、中壓側(cè)開關(guān)CT2、低壓套管CT4構(gòu)成；分側(cè)差動保護(hù)由高壓側(cè)開關(guān)CT1、中壓側(cè)開關(guān)CT2、公共繞組CT5構(gòu)成；零序差動保護(hù)由高壓側(cè)開關(guān)CT1、中壓側(cè)開關(guān)CT2、公共繞組CT5各側(cè)自產(chǎn)零序電流構(gòu)成。

圖1 自耦變壓器差動保護(hù)CT配置

1.2 分相差動保護(hù)原理分析

近年來，繼電保護(hù)廠家在變壓器差動保護(hù)中增加了分相差動保護(hù)功能，旨在提高變壓器各相對其內(nèi)部輕微短路故障的靈敏度。分相差動保護(hù)采用比率制動的形式，其動作特性如圖2所示，分相差動保護(hù)中每相差流只與本相相關(guān)，與其他相無關(guān)，故不存在相位校正等問題。分相差動保護(hù)的差流及制動電流公式（針對Yyd11接線分相變壓器）如式（1）和式（2）所示。

圖2 分相差動保護(hù)動作特性

差動方程為

制動方程為

式中：d、r分別為差動電流、制動電流；h為高壓側(cè)開關(guān)CT1的電流；m為中壓側(cè)開關(guān)CT2的電流；lt為低壓繞組CT4的電流。

計算分相差動保護(hù)差流時，只需將各側(cè)實(shí)際二次電流值除以各側(cè)額定二次電流值，即可得到歸算到高壓側(cè)的二次電流值，高壓側(cè)開關(guān)CT、中壓側(cè)開關(guān)CT二次額定電流2e的計算公式為

式中：n為變壓器額定容量；n為變壓器各側(cè)一次額定電壓；1為各側(cè)CT電流比。

對于低壓繞組CT，其二次額定電流2eLT為

2 自耦變壓器分相差動保護(hù)低壓繞組CT接線分析

2.1 500kV自耦變壓器差動保護(hù)CT減極性接線

構(gòu)成變壓器差動保護(hù)[9]的三側(cè)CT均采用減極性接線。減極性接線的固有經(jīng)驗(yàn)為：當(dāng)CT一次極性端指向母線時，應(yīng)由二次同極性端接至保護(hù)裝置。即當(dāng)一次電流從CT一次極性端P1流入CT，二次電流由二次同極性端S1流出至保護(hù)裝置時，流入CT的一次電流與流入保護(hù)裝置的二次電流相位一致。差動保護(hù)CT二次接線原理如圖3所示。

圖3 差動保護(hù)CT二次接線原理

規(guī)定電流從母線流出為正方向，當(dāng)主變內(nèi)部發(fā)生故障時，故障電流從各側(cè)母線流入變壓器故障點(diǎn)，按照圖3所示減極性接線形式，此時主變保護(hù)裝置測量的各側(cè)二次電流相位相同，保護(hù)裝置差流不為零，保護(hù)將會動作。

主變正常運(yùn)行時，負(fù)荷穿越電流從高壓側(cè)母線流出經(jīng)主變流入低壓側(cè)母線，主變保護(hù)裝置測量的高壓側(cè)二次電流與穿越電流相位相同，低壓側(cè)二次電流相位與穿越電流相位相反，保護(hù)裝置差流為零，保護(hù)不會誤動。

2.2 分相差動保護(hù)低壓繞組CT接線分析

500kV主變?nèi)鄦为?dú)放置，主變低壓側(cè)采用三角形聯(lián)結(jié)，每一相在變低處分別引出兩個套管，命名為A、a端，B、b端，C、c端，通過過渡母線形成三角形11點(diǎn)聯(lián)結(jié)形式，再經(jīng)該過渡母線連接35kV母線，完成電壓變換和能量傳遞。由于500kV主變保護(hù)采用雙重化配置，因此需要在每相低壓套管引出端各裝一個CT，分別供主變主一保護(hù)裝置和主二保護(hù)裝置使用。某500kV變電站低壓繞組CT安裝位置如圖4所示。

由圖4可知，每相低壓繞組中兩個CT的極性端P1均安裝于35kV母線側(cè)，其中CT4.1供主一保護(hù)裝置使用，CT4.2供主二保護(hù)裝置使用，圖4中箭頭指向?yàn)檎Ｇ闆r下負(fù)荷電流流向。以A相為例，電流經(jīng)低壓套管A一部分流向35kV母線，一部分流向其他相后，再經(jīng)過渡母線流入低壓套管A，構(gòu)成Yyd11聯(lián)結(jié)。圖5為低壓繞組CT接線原理。

由圖5可知，兩個低壓繞組CT極性端P1均指向母線側(cè)，但這兩個低壓繞組CT反向串接，負(fù)荷電流從CT4.1的P2端流入，從CT4.2的P1端流入。正常負(fù)荷電流時，主變保護(hù)裝置測量的高壓側(cè)二次電流與穿越電流相位相同，為使保護(hù)裝置差流為0，保護(hù)裝置測量的低壓繞組二次電流相位應(yīng)與負(fù)荷電流相位相反。因此，CT4.1應(yīng)從S1端接至主一保護(hù)裝置，CT4.2應(yīng)從S2端接至主二保護(hù)裝置，該低壓繞組CT二次接線如圖6所示。

圖4 某500kV變電站低壓繞組CT安裝位置

圖5 低壓繞組CT接線原理

圖6 低壓繞組CT二次接線

由上述分析可知，構(gòu)成分相差動保護(hù)的低壓繞組CT滿足減極性接線。但是安裝于套管a的CT4.2的接線形式并不符合“當(dāng)CT極性端指向母線側(cè)，二次側(cè)由同極性端接至保護(hù)裝置”的減極性接線固有經(jīng)驗(yàn)，這是因?yàn)镃T4.2雖然極性端P1指向母線側(cè)，但由于負(fù)荷電流也由該極性端P1流入CT，為使保護(hù)裝置測量的低壓側(cè)二次電流與負(fù)荷電流相位相反，CT4.2二次側(cè)應(yīng)由S2端接至保護(hù)裝置。

由于不同廠家的主變低壓繞組CT的安裝位置不同，二次側(cè)接線方式也不同，表1為不同CT安裝位置下低壓繞組CT的二次接線形式。

表1 不同CT安裝位置下低壓繞組CT的二次接線形式

因此，在現(xiàn)場實(shí)際工作中，驗(yàn)收人員應(yīng)摒棄減極性接線的固有經(jīng)驗(yàn)，仔細(xì)核對主變銘牌上每相低壓繞組CT的極性端安裝方向，根據(jù)實(shí)際流入CT的電流方向，選擇正確的低壓繞組CT二次接線方式，而不是按照CT安裝時指向母線極性端的固有經(jīng)驗(yàn)選擇低壓繞組CT二次接線方式。

3 實(shí)例分析

某500kV變電站自耦變壓器改造后投運(yùn)，采用投入1個電抗帶主變變高開關(guān)和變低開關(guān)進(jìn)行帶負(fù)荷測試。該主變聯(lián)結(jié)組標(biāo)號為Yyd11，CT配置如圖1所示，低壓繞組CT極性端P1指向母線側(cè)，二次側(cè)由同極性端S1接至保護(hù)裝置。主變參數(shù)見表2，帶負(fù)荷測試結(jié)果見表3，保護(hù)裝置電流示數(shù)見表4。

表2 主變參數(shù)

從表3和表4可知，主一保護(hù)裝置和主二保護(hù)裝置變高側(cè)電流和變低側(cè)電流均相同。主一保護(hù)裝置差流顯示為0，但主二保護(hù)裝置差流顯示為0.11e。根據(jù)表3帶負(fù)荷測試結(jié)果可計算出主一保護(hù)裝置差流為

主二保護(hù)裝置差流為

表3 帶負(fù)荷測試結(jié)果

表4 保護(hù)裝置電流示數(shù)

計算結(jié)果與表4中保護(hù)裝置實(shí)際顯示的差流一致。低壓繞組CT4.1接線正確，低壓繞組CT4.2二次側(cè)接線接反，應(yīng)由CT4.2的S2端接至主二保護(hù)裝置。

實(shí)際上，當(dāng)任一相低壓繞組CT極性接線接反時，保護(hù)裝置的差流應(yīng)為該相低壓繞組實(shí)際二次電流值的2倍。

低壓繞組CT接線正確時，保護(hù)裝置的差流為0，即

低壓繞組CT極性接線接反時，保護(hù)裝置的差流為

本案例中，在投入一個電抗時，低壓繞組一次側(cè)實(shí)際相電流為

根據(jù)式（8）可得，低壓繞組側(cè)一次差流dlt為

根據(jù)能量守恒定律，高壓側(cè)和低壓繞組側(cè)傳遞的功率守恒，則折算到高壓側(cè)的一次差流為

換算為二次值為

本案例中，驗(yàn)收人員忽略低壓繞組CT接線的特殊性，按照減極性接線的固有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行低壓繞組CT接線，當(dāng)CT4.2極性端P1指向母線側(cè)時，誤將二次側(cè)由同極性端S1接至保護(hù)裝置，使位于套管a上的CT4.2極性接反，相應(yīng)的主變保護(hù)在負(fù)荷穿越電流的情況下，分相差動保護(hù)差流不為0。雖然CT4.2極性端P1指向母線側(cè)，但由于負(fù)荷電流也由該極性端流入CT，只有當(dāng)?shù)蛪豪@組CT二次側(cè)由S2端接至保護(hù)裝置時，才能保證保護(hù)裝置測量的該二次電流與高壓側(cè)開關(guān)CT二次電流相位相反，在正常負(fù)荷電流下差流為0。

4 結(jié)論

500kV自耦變壓器中低壓繞組CT串接在一起，不同廠家的主變低壓繞組CT的安裝位置不同，在主變改造驗(yàn)收過程中，驗(yàn)收人員應(yīng)摒棄減極性接線的固有經(jīng)驗(yàn)，重視低壓繞組CT接線的特殊性，仔細(xì)核對主變銘牌上每相低壓繞組CT的極性端安裝方向，根據(jù)實(shí)際流入CT的電流方向，選用正確的低壓繞組CT二次接線方式，而不是按照CT安裝時指向母線極性端的固有經(jīng)驗(yàn)選擇低壓繞組CT二次接線方式，防止低壓繞組CT極性接線錯誤，造成主變分相差動保護(hù)誤動，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對于已投運(yùn)且具有分相差動保護(hù)功能的主變保護(hù)裝置，繼保人員應(yīng)特別注意低壓側(cè)無功補(bǔ)償裝置投入時主變保護(hù)裝置差流異常的情況，進(jìn)一步按照本文所示差流計算方法與保護(hù)裝置顯示的差流進(jìn)行比較，判斷低壓繞組CT接線是否正確。當(dāng)?shù)蛪豪@組CT極性接線錯誤時，應(yīng)及時將該主變保護(hù)裝置退出運(yùn)行進(jìn)行消缺。

[1] 國家電力調(diào)度通信中心. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M]. 2版. 北京: 中國電力出版社, 2011.

[2] 王歡, 井永騰, 李巖. 自耦變壓器的短路阻抗計算與分析[J]. 變壓器, 2017, 54(11): 1-5.

[3] 李杰. 一起線路故障引起主變差動保護(hù)誤動的分析[J]. 電氣技術(shù), 2019, 20(12): 112-115, 118.

[4] 楚皓翔, 宋宇, 李涵. 500kV變壓器縱差保護(hù)試驗(yàn)方法[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(3): 87-91.

[5] 鄭瑜, 蔣炯鋒. 一起10kV接地變零序保護(hù)誤動的事件分析[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(2): 101-104.

[6] 李智. 自耦變壓器差動保護(hù)動作原因分析及判斷[J]. 電氣化鐵道, 2018, 29(4): 79-83.

[7] 關(guān)萬祥. 500kV自耦變壓器帶負(fù)荷測試保護(hù)向量方法分析[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2015, 33(1): 86-89.

[8] 席亞克, 劉桂蓮, 劉永欣, 等. 自耦變壓器主保護(hù)配置方案研究[J]. 電氣技術(shù), 2015, 16(6): 84-88.

[9] 國家電電力調(diào)度通信中心. 國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材(下冊)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.

Research on low-voltage winding current transformer wiring of phase differential protection in 500kV autotransformer

YU Hang1ZHENG Yu2JIANG Jiongfeng1SITU Weiye1WANG Hao1

(1. Zhongshan Power Supply of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhongshan, Guangdong 528400; 2. Foshan Power Supply of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Foshan, Guangdong 528000)

Phase differential protection uses low-voltage winding current transformer at the low-voltage side in 500kV autotransformer. On the basis of describing the differential protection depolarity wiring for the autotransformer, this paper focuses on analyzing the wiring and polarity of low-voltage winding current transformer in the phase differential protection to solve the difficulties in the current transformer polarity acceptance of the autotransformer differential protection in actual work. Finally, through a load test case of 500kV autotransformer, the actual operating state and action of the protection devices are explained in detail where the polarity of the low-voltage winding current transformer is reversed.

autotransformer; differential protection; phase differential protection; low-voltage winding current transformer; subtractive polarity

2022-11-29

2022-12-23

于 航（1991—），男，河北省邢臺市人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)保護(hù)控制技術(shù)工作。