淺談變電站保護測相量

李林華，霍 天，陳宇翔，方文軍

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100073）

新投運及大修后的設(shè)備的保護電流回路一、二次變動后，在設(shè)備投入運行時，正式帶負荷前，應(yīng)將相關(guān)保護停用，待經(jīng)相量檢查無誤后，方可將相關(guān)保護投入[1]。帶負荷測相量是保證TA（電流互感器）與保護裝置間接線正確與否的重要手段，能確保TA 保護、計量、測量等功能的正確應(yīng)用。

保護測相量實際上指通過測量二次回路中電壓和電流之間的大小、角度關(guān)系來判斷TA 的極性和變比是否正確，大小看變比（一、二次電流），極性看角度（電流滯后電壓的角度）。

1 保護測相量

1.1 確定基準(zhǔn)量

在實際的送電過程中，TV（電壓互感器）的定、核相都早于帶負荷測相量，首先確定了系統(tǒng)電壓量的正確性。對于帶負荷測相量，一般選取高壓側(cè)相電壓為基準(zhǔn)量[2]。測相量時須要獲取以下數(shù)據(jù)：①有功功率；②無功功率；③TA 一次電流；④TA變比；⑤TA 二次電流電流值；⑥各相電流間的夾角；⑦各相電流與基準(zhǔn)電壓之間的夾角。

其中，①、②、③項可通過變電站監(jiān)控后臺獲得，④為TA 基本參數(shù)，⑤、⑥、⑦項可在現(xiàn)場保護屏處通過鉗形相位表測得。

一般而言，滿足以下標(biāo)準(zhǔn)，即為保護測相量正確：③、④、⑤項滿足TA 變比要求；⑥項為正序；①、②、⑦項所測角度滿足角度要求（TA 極性的正確性）。

1.2 實際驗證

1.2.1 變壓器TA 二次側(cè)接線經(jīng)星形/三角形接線變換

變電站中，變壓器一般采用Yyd11、Yd11 接線，對于一些未采用微機保護的變壓器而言，接線經(jīng)星形/三角形接線變換后，三角形側(cè)電壓、電流超前星形側(cè)電壓、電流30°，為保證保護整定的正確性，須要消除星形、三角形側(cè)電流之間的30°夾角，一般的做法是，將在星形側(cè)的3 個TA 采用三角形接線，將在三角形側(cè)的3 個TA 采用星形接線，以此來消除相位差[3]。

某變電站保護配置簡圖如圖1 所示。

圖1 變電站保護配置簡圖

一般TA 的極性端如圖1 所示。規(guī)定從TA 極性端流入為正，流出為負，所以，對于高壓側(cè)而言，算出I、U的角度后，即可以畫相量圖，但是對于中壓側(cè)、低壓側(cè)而言，算出的I、U的角度是以I流出TA 極性端為前提的，畫相量圖時，還須將I旋轉(zhuǎn)180°。

測相量時，可從監(jiān)控后臺獲得的數(shù)據(jù)如表1 所示，現(xiàn)場保護屏處可測得的數(shù)據(jù)如表2 所示。

表1 監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)（1）

表2 實際測量數(shù)據(jù)（1）

驗證如下：

（1）TA 變比的正確性

對于低壓側(cè)：420.5/x=1 500/5，x=1.40，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，低壓側(cè)變比正確。

對于中壓側(cè)：86.8/x1=600/5，x1=0.72，由于TA 600/5 的變比是一次/二次，此時二次繞組還未經(jīng)過星形/三角形折算，得出x1，經(jīng)過星形/三角形折算，得出x2，由于星形側(cè)3 個TA 接成三角形，二次電流在幅值上是未經(jīng)星形/三角形折算的同側(cè)二次電流的倍，x2=1.25，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，中壓側(cè)變比正確。

對于高壓側(cè)：67.7/x3=200/5，x1=1.675，由于TA 200/5 的變比是一次/二次，此時二次繞組還未經(jīng)過星形/三角形折算，得出x3，經(jīng)過星形/三角形折算，得出x4，由于星形側(cè)3 個TA 接成三角形，二次電流在幅值上是未經(jīng)星形/三角形折算的同側(cè)二次電流的倍，x4=2.9，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，高壓側(cè)變比正確。

（2）相序正確性

由表2 中實際測量數(shù)據(jù)可知，各側(cè)A、B、C 相為正相序且相差120°，相序正確。

（3）TA 極性的正確性

對于低壓側(cè)：arctan(Q/P)=arctan(4.1/6.1)=34°，即為U、I之間角度。畫出相量圖，為圖2所示。

圖2 低壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，則如圖3 所示。

圖3 低壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

但是對于低壓側(cè)而言，算出的U/I的角度是以I流出TA 極性端為前提的，畫相量圖后，還須將I旋轉(zhuǎn)180°，則如圖4 所示。

圖4 實際低壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IL滯后UH184°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，低壓側(cè)極性正確。

對于中壓側(cè)：即為U、I之間角度。畫出相量圖如圖5 所示。

圖5 中壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，高壓側(cè)電壓UAH與中壓側(cè)電壓UMH應(yīng)同相，則如圖6 所示。

圖6 中壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

這些角度存在的基礎(chǔ)是，這是未經(jīng)過換算的，而經(jīng)星形/三角形換算后所得電流角度超前原電流30°，須要逆時針旋轉(zhuǎn)30°，又因為對于中壓側(cè)而言，算出的U、I的角度是以I流出TA 極性端為前提的，畫相量圖后，還需要將I旋轉(zhuǎn)180°，則如圖7 所示。

圖7 實際中壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IM滯后UH188°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，中壓側(cè)極性正確。

對于高壓側(cè)：即為U、I之間角度。畫出相量圖如圖8 所示。

圖8 高壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，則如圖9 所示。

圖9 高壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

這些角度存在的基礎(chǔ)是，這是未經(jīng)過換算的，而經(jīng)星形/三角形換算后所得電流角度超前原電流30°，須要逆時針旋轉(zhuǎn)30°，則如圖10 所示。

圖10 實際高壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IH滯后UH6°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，高壓側(cè)極性正確。

1.2.2 變壓器TA 二次側(cè)接線未經(jīng)星形/三角形變換

微機型保護，在保護計算時，會乘以相應(yīng)的系數(shù)，不需要如上一節(jié)討論的那樣，進行星形/三角形換算。

某變電站保護配置簡圖如圖11 所示。

圖11 變電站保護配置簡圖2

測相量時，可從監(jiān)控后臺獲得的如表3 所示，現(xiàn)場保護屏處可測得的數(shù)據(jù)如表4 所示。

表3 監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)（2）

表4 實際測量數(shù)據(jù)（2）

驗證如下：

（1）TA 變比的正確性

對于低壓側(cè)：100.4/x=1 200/5，x=0.42，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，低壓側(cè)變比正確。

對于中壓側(cè)：169.87/x=600/5，x1=1.42，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，中壓側(cè)變比正確。

對于高壓側(cè)：101.7/x=1 200/5，x1=0.42，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，高壓側(cè)變比正確。

（2）相序正確性

由表4 中實際測量數(shù)據(jù)可知，各側(cè)A、B、C 相為正相序且相差120°，相序正確。

（3）TA 極性的正確性

對于低壓側(cè)：arctan(Q/P)=arctan(0.7/6.3)=6°，即為U、I之間角度。畫出相量圖如圖12 所示。

圖12 低壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，則如圖13 所示。

圖13 低壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

但是對于低壓側(cè)而言，算出的U/I的角度是以I流出TA 極性端為前提的，畫相量圖后，還須將I旋轉(zhuǎn)180°，則如圖14 所示。

圖14 實際低壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IL滯后UH156°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，低壓側(cè)極性正確。

對于中壓側(cè)：arctan(Q/P)=arctan(3.8/34.4)=6°，即為U、I之間角度。畫出相量圖如圖15 所示。

圖15 中壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，則如圖16 所示。

圖16 中壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

但是對于中壓側(cè)而言，算出的U/I的角度是以I流出TA 極性端為前提的，畫相量圖后，還須將I旋轉(zhuǎn)180°，則如圖17 所示。

圖17 實際中壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IL滯后UH186°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，中壓側(cè)極性正確。

對于高壓側(cè)：arctan(Q/P)=arctan(6.4/41)=9°，即為U、I之間角度。畫出相量圖如圖18 所示。

圖18 高壓側(cè)電壓、電流角度

常取高壓側(cè)的A 相電壓UAH作為基準(zhǔn)參考量，則如圖19 所示。

圖19 高壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

但是對于高壓側(cè)而言，算出的U/I的角度是以I流出TA 極性端為前提的，與實際相符，則如圖20 所示。

圖20 實際高壓側(cè)電流與基準(zhǔn)量之間的角度

IL滯后UH9°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，高壓側(cè)極性正確。

1.2.3 220 kV 某線路保護測相量

220 kV 某線路保護測相量時，可從監(jiān)控后臺獲得的如表5 所示，現(xiàn)場保護屏處可測得的數(shù)據(jù)如表6 所示。

表5 監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)（3）

表6 實際測量數(shù)據(jù)（3）

驗證如下：

（1）TA 變比的正確性

55.1/x=1 250/1，x=0.044 08 A=44.1 mA，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，變比正確。

（2）相序正確性

由表6 中實際測量數(shù)據(jù)可知，各側(cè)A、B、C 相為正相序且相差120°，相序正確。

（3）TA 極性的正確性

arctan(Q/P)=arctan(?1.1/11)=?6°，即UA超前IA的角度為–6°，畫出相量圖如圖21 所示。

圖21 實際線路電流與基準(zhǔn)量之間的角度

I滯后UH6°，監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)相同，極性正確。

2 結(jié)束語

本文所討論的保護測相量，均以帶負荷測相量為基礎(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)無負荷時，也可通過調(diào)整變壓器分接頭的方式來進行保護測相量[4]。

在現(xiàn)場實際的測量中，一般采用鉗形相位表，測量時，二次回路的電流不能過小，一般不應(yīng)小于所用測量儀器誤差的一半，過小會導(dǎo)致測量儀器的準(zhǔn)確度降低。測相量正確與否，主要從以下3 個方面判斷：TA 變比的正確性，若計算出的TA 變比不符合要求，可能是TA 二次抽頭選擇或安裝不正確；相序正確性，若實際測量的相序不滿足要求，可能是寄生回路、線路絕緣損壞導(dǎo)致分流等原因；TA極性的正確性，若實際測量的相序不滿足要求，可能是寄生回路、負荷變化較大、線路絕緣損壞導(dǎo)致分流等原因。無論上述哪個方面、何種原因引起的故障，都對現(xiàn)場測量人員的理論及實際經(jīng)驗提出了較高的要求。