關(guān)于500 kV主變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)與CT極性問(wèn)題的探討

宋小欣，魏藝君

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330029）

0 引言

隨著江西超高壓主網(wǎng)架構(gòu)建設(shè)及改造的不斷深化，為全方面保證江西主干電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)超高壓大容量主變的安全配置及事故預(yù)防上都提出了更高的要求[1-3]。

準(zhǔn)確無(wú)誤的電流互感器（CT）極性和保護(hù)方向是確保繼電保護(hù)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，大型發(fā)變組保護(hù)采用主后一體化的雙重化配置模式，需要接入的CT電流回路較多，且部分CT電流回路同時(shí)供主保護(hù)、后備保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)共同使用，CT極性必須同時(shí)滿足主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)的要求。由于大型發(fā)變組保護(hù)的配置及其二次回路的復(fù)雜性，導(dǎo)致CT極性和保護(hù)方向錯(cuò)誤而引發(fā)的發(fā)變組保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的事情時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4-6]。目前，基于對(duì)超高電壓等級(jí)主變差動(dòng)保護(hù)的靈敏性要求，500 kV主變差動(dòng)保護(hù)多配置為差動(dòng)速斷、分相差動(dòng)及低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)等多種保護(hù)[7-9]。低壓小區(qū)差動(dòng)保護(hù)作為差動(dòng)主保護(hù)之一，是由兩相套管CT及其外附CT構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)，作為低壓開(kāi)關(guān)與低壓繞組CT間的區(qū)域保護(hù)，對(duì)主變低壓側(cè)保護(hù)意義重大。文中通過(guò)分析一起與CT極性相關(guān)問(wèn)題致使主變低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的主變跳閘事件，展開(kāi)對(duì)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)原理及主變低壓側(cè)套管極性判別的綜合性分析與研究。

1 一起500 kV變電站主變跳閘事件分析

某500 kV變電站內(nèi)有500 kV變壓器1號(hào)主變、2號(hào)主變兩臺(tái)，采用繼電保護(hù)雙重化原則，每臺(tái)主變按兩套獨(dú)立保護(hù)配置，其中2號(hào)主變保護(hù)改造前低壓側(cè)套管CT電流用于低壓側(cè)套管過(guò)流保護(hù)，改造后將低壓側(cè)套管CT電流用于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)。

2020年X月X日，某500 kV變電站進(jìn)行2號(hào)主變保護(hù)改造后的送電調(diào)試，合上2號(hào)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)后，2號(hào)主變保護(hù)B套PCS-978T5-G低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)主變保護(hù)A套NSR-378T5-G未動(dòng)作。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取兩套保護(hù)整組報(bào)告（見(jiàn)表1、表2）。

表1 主變保護(hù)A套NSR-378T5-G整組報(bào)告

表2 主變保護(hù)B套PCS-978T5-G整組報(bào)告

1.1 保護(hù)動(dòng)作分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核查，主變低壓側(cè)套管CT采用三角形接線，外附CT采用星型接線，對(duì)于2號(hào)主變兩套保護(hù)的動(dòng)作情況作分析如下。

對(duì)于2號(hào)主變保護(hù)A套NSR-378T5-G，裝置采用星轉(zhuǎn)角變換調(diào)整變壓器各側(cè)CT二次電流相位，設(shè)有低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)啟動(dòng)元件，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)小區(qū)差動(dòng)電流大于低壓側(cè)小區(qū)差啟動(dòng)值時(shí)動(dòng)作，啟動(dòng)后開(kāi)放出口正電源，同時(shí)開(kāi)放保護(hù)CPU相應(yīng)保護(hù)元件。

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為：

式中：差動(dòng)電流表示為：

制動(dòng)電流表示為：

其中（I1，…，In）為參與低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)的電流，默認(rèn)Ixqcd=0.4Ie。

低壓側(cè)額定電流為：

式中：Sn為變壓器銘牌最大額定容量；UL為變壓器低壓側(cè)一次額定電壓；nLH-L為變壓器低壓側(cè)外附CT變比。

由表1動(dòng)作報(bào)告可知參與低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)的低壓側(cè)最大相電流I1=0.345 A，低壓側(cè)繞組最大相電流經(jīng)過(guò)折算為I2=1.732×0.198 A=0.344 A，根據(jù)式（1）有Ixr=（0.345 2+0.343）A/2=0.344 A，滿足條件Ixr<2/3Ie，根據(jù)式（4）可求得最大小區(qū)差流Ixd=0.229Ie=0.229×3.007A=0.689 A，其值小于小區(qū)差動(dòng)動(dòng)作啟動(dòng)電流值Ixqcd=0.4Ie=1.2 A，未滿足式（1）中保護(hù)動(dòng)作條件Ixd>Ixqcd，故保護(hù)NSR-378T5-G小區(qū)差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

對(duì)于2號(hào)主變保護(hù)B套PCS-978T5-G，裝置采用角轉(zhuǎn)星變換調(diào)整變壓器各側(cè)CT二次電流相位，因此故障相、非故障相具有名特征。裝置啟動(dòng)板設(shè)有不同啟動(dòng)元件，在啟動(dòng)板相應(yīng)啟動(dòng)元件動(dòng)作，同時(shí)保護(hù)板對(duì)應(yīng)保護(hù)元件動(dòng)作后才能跳閘出口，其中低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)主要應(yīng)用于高電壓等級(jí)分相變壓器，與分相比例差動(dòng)保護(hù)配合使用，其動(dòng)作方程為：

式中，I1、I2、Idw分別為低壓側(cè)1分支、2分支電流和低壓側(cè)繞組側(cè)電流，Ixcdqd為低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)啟動(dòng)定值，默認(rèn)值為0.3倍In，Id為低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)電流，Ir為低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)制動(dòng)電流，Kfb1為低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)比率制動(dòng)系數(shù)定值，In為CT二次額定電流。在計(jì)算低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)電流時(shí)，低壓側(cè)繞組電流需進(jìn)行轉(zhuǎn)角計(jì)算，計(jì)算制動(dòng)電流時(shí)使用未進(jìn)行轉(zhuǎn)角計(jì)算的低壓側(cè)繞組電流。

由式（3）及動(dòng)作報(bào)告可計(jì)算得制動(dòng)電流為Ir=0.335 A，CT二次額定電流In=1 A，差動(dòng)電流Id=0.335 A+0.194×1.732 A=0.671 A大于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)啟動(dòng)定值，保護(hù)正確動(dòng)作。

1.2 事件原因分析

通過(guò)2號(hào)主變兩套保護(hù)的動(dòng)作報(bào)告可計(jì)算分析出，在對(duì)低壓側(cè)套管電流進(jìn)行折算后，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管電流與外附CT電流幅值近乎相等，小區(qū)差流約為低壓側(cè)套管電流幅值的兩倍，初步判斷低壓側(cè)套管CT或外附CT存在極性反接問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)較大小區(qū)差流，主變保護(hù)跳閘。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查，現(xiàn)場(chǎng)低壓側(cè)套管CT同名端指向變壓器，外附CT同名端遠(yuǎn)離變壓器，將低壓側(cè)套管CT進(jìn)行倒極性改造后，觀察2號(hào)主變兩套保護(hù)采樣值正常，低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)差流恢復(fù)正常。

2 關(guān)于低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)與CT極性問(wèn)題的思考

低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)電流取自變壓器低壓側(cè)外附電流互感器和低壓側(cè)三角內(nèi)部繞組電流互感器，能反應(yīng)變壓器低壓側(cè)各類相間故障，主要應(yīng)用于自耦變壓器。通過(guò)分析上述一起500 kV變電站主變跳閘事件，由于CT極性問(wèn)題，相關(guān)主變兩套保護(hù)其中一套保護(hù)低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作導(dǎo)致主變跳閘，警醒從事繼電保護(hù)相關(guān)工作人員應(yīng)提高對(duì)主變低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)CT具體配置情況的熟悉程度，以及充分認(rèn)識(shí)在設(shè)備投運(yùn)前正確判斷CT極性重要性。

2.1 電流互感器的極性

電流互感器可以把數(shù)值較大的一次電流通過(guò)一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來(lái)進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量等用途。電流互感器的極性與保護(hù)密切相關(guān)，若電流回路或CT繞組極性錯(cuò)誤未及時(shí)糾正更改，將會(huì)造成計(jì)量錯(cuò)誤、保護(hù)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)等隱患，甚至造成更嚴(yán)重的后果[10-12]。

電流互感器的極性指的是某一時(shí)刻一次側(cè)極性與二次側(cè)某一端極性相同，即同時(shí)為正或同時(shí)為負(fù)，我們稱此極性為同極性端或同名端，用符號(hào)“*”或“.”表示。電流互感器采用減極性原則進(jìn)行標(biāo)注[13-15]，即當(dāng)同時(shí)從一、二次繞組的同極性端子（同名端）通入相同方向的電流時(shí)，它們?cè)阼F芯中產(chǎn)生磁通的方向相同，其目的是為了保證二次設(shè)備感受到的電流方向與一次電流方向保持一致。

2.2 判別CT極性方法

通常情況下，電流互感器一次線圈極性端標(biāo)注為P1或L1，二次線圈極性端標(biāo)注為S1或K1，一般可通過(guò)查詢標(biāo)識(shí)判斷CT極性?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中，由于種種原因如在電氣施工圖中一般對(duì)電壓電流回路與保護(hù)裝置極性連接未做明確設(shè)計(jì)與規(guī)定，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加以確定電流互感器兩側(cè)繞組極性。

傳統(tǒng)測(cè)試CT極性可采用電壓法，即將電流互感器一二次線圈尾端相接，在二次線圈通入1～5 V的交流電壓U1，再用10 V以下小量程交流電壓表分別測(cè)量一次線圈電壓U2以及一二次線圈首端間電壓13，若的U3值為U1與U2之間差值則為同極性，若為U1與U2和值則為異極性。

在文中所提及的主變跳閘事件中，由于主變低壓側(cè)套管CT變比較大，用電壓法測(cè)量時(shí)一次線圈電壓U2與一二次線圈首端間電壓U3的值非常接近，通過(guò)電表難以判斷，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中考慮采用直流法，即用9 V干電池正極接CT一次極性標(biāo)注端，二次側(cè)接直流型小電流指針表且電流表正極接CT二次側(cè)繞組標(biāo)注極性端，若試驗(yàn)時(shí)干電池接入瞬間電流指針正偏轉(zhuǎn)，則CT兩側(cè)標(biāo)注極性端為同極性端，反之電流指針?lè)雌D(zhuǎn)則是異極性端。

變壓器低壓側(cè)套管CT尾端接在變壓器內(nèi)部，采用直流法需拆除套管CT進(jìn)行測(cè)量，無(wú)法直接在其一次側(cè)用直流電池或試驗(yàn)儀器，可通過(guò)在套管CT一次側(cè)兩端接毫伏表，在其二次側(cè)接起調(diào)壓作用的試驗(yàn)儀用于輸出交流電壓，若毫伏表隨著輸出交流電壓的值增大而正偏轉(zhuǎn)，則為同極性，反之則為反極性，此方法還可以驗(yàn)證套管CT變比，且不用拆除套管CT即可進(jìn)行，提高工作效率。

3 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)中變壓器作為承擔(dān)電壓變換、電能分配和傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，它的安全可靠運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定具有至關(guān)重要意義。文中通過(guò)分析一起500 kV自耦變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作引起主變跳閘事件，分析低壓側(cè)小區(qū)差動(dòng)保護(hù)原理與CT配置情況，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中發(fā)生的設(shè)備投運(yùn)后因電流互感器極性接反或相關(guān)原因致使發(fā)生影響繼電保護(hù)及電能計(jì)量功能正確性、保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)等一些不良后果的問(wèn)題，提出現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)不同情況應(yīng)采用不同判別CT極性的方法，為現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備二次回路調(diào)試及維護(hù)等工作提供參考。