抽水蓄能電廠主變壓器差動保護CT極性判別方法的商榷

羅 胤，王小軍，呂志娟，董政淼，李長勝

（1.河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南陽市 473000；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

抽水蓄能（以下簡稱蓄能）電廠勵磁系統(tǒng)、靜止變頻系統(tǒng)（以下簡稱SFC）和廠用電系統(tǒng)的受電方式均來源于主變壓器（以下簡稱主變）低壓側(cè)，因此，完成電力系統(tǒng)倒送電成為蓄能電廠首機首次啟動調(diào)試的主要前提條件之一[1]。當主變受電完成后，由于電廠初期往往不能組織起有效的負荷對主變差動保護CT極性進行判別，電力系統(tǒng)管理部門根據(jù)相關(guān)運行規(guī)程將受電后的主變再次停運，對電廠調(diào)試工作造成重大影響。如何在電廠調(diào)試初期利用有限資源完成主變差動CT極性判別成為蓄能工程建設(shè)者的一道技術(shù)難題。

1 主變差動CT極性的判別的傳統(tǒng)方法

變壓器差動保護是根據(jù)被保護區(qū)域內(nèi)的電流變化差額而動作的，一般需要進行幅值校正和相位校正，以補償各側(cè)變比差異及變壓器接線組別導致的相位差。對新安裝的或設(shè)備回路有較大變動的差動保護裝置，在投入運行前，必須在同一時刻通入一次電流，對接入到裝置中的各組電流回路方向關(guān)系進行判別確認，保障繼電保護裝置的可靠性[2-4]。主變差動CT極性判別的傳統(tǒng)方法是發(fā)電電動機短路試驗法。

利用主變高壓側(cè)出口接地開關(guān)（或在出線側(cè)裝設(shè)一組地線）形成三相短路，通過發(fā)電電動機勵磁系統(tǒng)升流。具體方法見圖1，依次合上主變各側(cè)接地開關(guān)，啟動機組至額定轉(zhuǎn)速，換相隔離開關(guān)合于發(fā)電方向，出口斷路器合閘，勵磁系統(tǒng)為手動電流調(diào)節(jié)方式，通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，逐步增加定子電流至額定電流的1%～5%左右，從而達到判別差動CT極性的目的。例如廣蓄電廠（8×300MW）。實際操作中，逐步增加定子電流至1500A左右，主變高、低壓側(cè)CT二次電流分別為0.05In、0.1In，電流方向從發(fā)電電動機指向電力系統(tǒng)，主變差動CT極性正確。但使用這一方法的前提條件是蓄能電廠上庫須有充足水源，這一條件對于上庫死庫容較大、水頭較低的電廠是苛刻的，必須采用其他新方法完成主變差動極性判別[5]。

圖1 發(fā)電電動機短路試驗圖Figure 1 Generator/Motor circuit testing

2 主變差動CT極性判別的其他方法

2.1 利用其他廠（站）機組短路試驗

如果蓄能電廠接入的變電站還有其他發(fā)電機組，可考慮采用倒閘操作的方式，使其他廠（站）機組與蓄能電廠組成一個孤網(wǎng)；或?qū)⑴R近電廠（站）送出線路接至本電廠高壓線路出口側(cè)，在蓄能電廠主變低壓側(cè)三相短接，由其他廠（站）機組短路試驗，檢查主變差動CT極性的正確性。寶泉蓄能電廠（4×300MW）首先考慮采用臨近小水電機組升流來檢驗本廠主變差動CT極性。該廠主變保護裝置需采樣到0.025In才能判斷CT極性，則主變高壓側(cè)要有62.5A電流通過。該廠附近有潭頭水電站以35kV線路與系統(tǒng)連接，且此線路正好在寶泉500kV開關(guān)站附近路過，但因機組容量太小，該方案無法實施。后經(jīng)與調(diào)度機構(gòu)協(xié)商，決定采用倒閘操作的方式來完成主變差動CT極性的判別。試驗過程見圖2，將寶泉電廠通過獲嘉、修武變電站的聯(lián)絡(luò)線與萬方電廠組成孤網(wǎng)，解開寶泉1號機出口軟連接，合上1號機出口隔離開關(guān)，由萬方電廠升流，試驗升流回路見圖2紅色部分。差動電流方向從電力系統(tǒng)指向發(fā)電電動機，CT極性正確。

2.2 接入大容量無功設(shè)備

圖2 寶泉蓄能電廠判別主變差動CT極性圖Figure 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Baoquan PSP

在發(fā)電電動機出口側(cè)、廠用分支側(cè)和SFC分支側(cè)分別臨時接入一組大容量無功設(shè)備，主變正常受電運行時，帶有一定的無功負荷，電流能夠達到額定電流的1%～5%，即可判別主變差動極性。仙居蓄能電廠（4×375MW）采用此方法，具體參數(shù)和試驗結(jié)果見表1，經(jīng)過相位分析，判斷該電廠三個分支的CT極性均正確。

2.3 接入試驗變壓器

將試驗用三相調(diào)壓器、變壓器和開關(guān)等設(shè)備接入蓄能電廠的主變回路，調(diào)節(jié)試驗變壓器的輸出，使主變回路電流達到額定電流的1%～5%，從而校驗主變差動CT極性。試驗變壓器和調(diào)壓器的容量S和電壓U選取應能滿足式（1）、式（2）的要求，選擇的試驗斷路器額定電流應能大于試驗過程最大電流，選擇接入試驗回路隔離開關(guān)等設(shè)備的電壓應能滿足式（2）要求。

表1 仙居蓄能電廠判別主變差動CT極性結(jié)果表Table 1 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Xianju PSP

式（1）、（2）中：Sn、Un、In、I2分別為變壓器額定容量、額定電壓、額定電流和變壓器高壓二次側(cè)試驗電流；Uk為變壓器短路阻抗；n為變壓器高壓側(cè)CT變比；S、U分別為所需試驗電源的容量和試驗電壓。白蓮河蓄能電廠（4×300MW）采用該方法完成主變差動CT極性判別。該廠主變?nèi)萘繛?60MVA，額定電壓為525/18kV，短路阻抗為14%，高、低壓側(cè)CT變比為1500/1、15000/1，要求二次側(cè)試驗電流不小于0.01In。代入公式（1）、（2）可得，試驗電源容量不小于72.3kVA，電壓不低于2.78kV。現(xiàn)場試驗的過程中，實際選用容量為800kVA、變比為10/0.4kV的試驗變壓器，選用容量為1000kVA，變比為400/650V的調(diào)壓器。具體試驗數(shù)據(jù)見表2。從實測數(shù)據(jù)可知，主變差動CT極性正確。

表2 白蓮河蓄能電廠判別主變差動CT極性結(jié)果表Table 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Bailianhe PSP

2.4 接入大電流發(fā)生器

利用大電流發(fā)生器校驗差動電流極性的方法與接入試驗變壓器的方法基本類似，選取足夠大容量的電流發(fā)生器，接入試驗回路，主變低壓側(cè)接地開關(guān)合閘，形成人工三相短路點，構(gòu)成回路。按照設(shè)定程序，逐步增加試驗回路電流值，以達到判別主變差動CT極性的目的。該方法在宜興蓄能電廠（4×250MW）成功使用，具體試驗步驟不再贅述。

2.5 外接電源并網(wǎng)調(diào)相

勵磁系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)采用臨時外接的廠用電源，SFC拖動機組抽水調(diào)相并網(wǎng)，勵磁系統(tǒng)為手動電流調(diào)節(jié)模式，調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)發(fā)無功約為30～70MVar，即可判別主變高壓側(cè)、發(fā)電機出口側(cè)、廠用分支側(cè)的CT極性。待此3側(cè)的CT極性校驗完成后，恢復勵磁系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)接線，并再次啟動SFC拖動機組升至60%的額定轉(zhuǎn)速左右，錄制波形，檢查SFC分支側(cè)的CT極性。惠蓄電廠（8×300MW）采用該方法完成了CT極性判別。表3為機組并網(wǎng)抽水調(diào)相、SFC升速過程中錄制的電流、電壓相量。依據(jù)表3可判別該蓄能電廠主變各側(cè)CT極性是正確性。

3 主變差動保護CT極性判別方法的幾點商榷

從技術(shù)角度分析，以上幾種主變差動CT極性判別方法可以歸類為：主動升流類（本電廠機組短路試驗）、被動升流類[其他廠（站）機組短路試驗]、負荷類（接入大容量負荷設(shè)備）、注入類（接入試驗變壓器或電流發(fā)生器）和運行類（機組并網(wǎng)運行），共計5類方法。每類方法的使用條件不盡相同，優(yōu)缺點各異，將會受到電廠首機首次啟動方式、機電設(shè)備安裝調(diào)試進度和協(xié)調(diào)難度等諸多條件限制，或受其制約。重點從以下兩個方面進行商榷。

3.1 相同點的探討

這5類主變差動保護CT極性判別方法的實現(xiàn)都必須滿足以下條件：第一，相關(guān)電氣回路設(shè)備調(diào)試完成，調(diào)試結(jié)果滿足相關(guān)要求，是進行試驗的前提；第二，所有試驗方法都涉及額外增加試驗設(shè)備，提前準備這些試驗用的設(shè)備，是完成試驗關(guān)鍵；第三，所有試驗方法都涉及特殊的隔離操作，相關(guān)人員應提前著手編制試驗方案和預案，確保整個試驗過程都處于可控狀態(tài)。尤其是參與試驗的繼電保護、機械保護應具備相應功能，若試驗發(fā)生異常時，能夠可靠的、及時的切斷電源及水源，并完成停機。

3.2 優(yōu)缺點的比較

分別從機電安裝、調(diào)試進度及工期安排，試驗過程增加設(shè)備或臨時措施的復雜程度，協(xié)調(diào)難度及可操作性等角度探討各類主變差動CT極性判別方法的優(yōu)缺點，其結(jié)果見表4。

根據(jù)表4可知，注入類方法的主要優(yōu)勢在于，只要有試驗設(shè)備，試驗過程可不受機組及系統(tǒng)的任何影響。運行類方法和主動升流法的優(yōu)點是，不需實際增加現(xiàn)場工作量，只需要考慮機組安裝、調(diào)試工期。負荷類方法優(yōu)點與注入類方法類似，但需考慮系統(tǒng)倒送電的時間，另外需要重復拆除和安裝部分電氣連接。相比之下被動升流法的可操作性最差，需要協(xié)調(diào)的工作也最多。

表3 惠蓄電廠主變差動CT極性分析表Table 3 Main transformer differential CT polarity analysis of Huizhou PSP

表4 主變差動CT極性判別方法的優(yōu)缺點Table 4 Table for main transformer differential CT polarity of advantages and disadvantages

4 結(jié)束語

抽水蓄能電廠主變差動CT極性判別是一個綜合性課題，按照技術(shù)性能經(jīng)濟比較，在選擇判別方法時應注重以下商榷結(jié)論：

（1）優(yōu)先推薦選用外接試驗變壓器或電流發(fā)生器法，該方法操作較為簡單，具備安全性，且與機組調(diào)試無關(guān)，不占用直線工期；次之推薦外接負荷法，該方法具備一定的操作性，但需增加現(xiàn)場部分工作量，且需調(diào)度機構(gòu)配合。

（2）對于上庫有充足水源的蓄能電廠，則推薦選用傳統(tǒng)的發(fā)電電動機短路試驗法，該方法在可行性、可靠性和可操作性等方面俱已成熟，且簡單適用。

（3）在與調(diào)度機構(gòu)或其他廠（站）充分溝通、協(xié)調(diào)后，取得調(diào)度機構(gòu)或其他廠（站）的同意，則利用其他廠（站）機組升流和外接電源并網(wǎng)調(diào)相也可校準主變差動CT極性。