探討變壓器零序保護(hù)電流互感器ＴＡ及其聯(lián)接的問題

[摘要]文章結(jié)合長(zhǎng)期實(shí)際工作中的體會(huì)，對(duì)變壓器零序保護(hù)電流互感器TA及其聯(lián)接的若干問題進(jìn)行探討。通過模擬電力系統(tǒng)的實(shí)際故障和TA，TV接線極性的分析，簡(jiǎn)單可靠地對(duì)零序保護(hù)的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)，在設(shè)備驗(yàn)收和日常定檢工作中起到事半功倍的作用。

[關(guān)鍵詞]變壓器；零序保護(hù)；TA

[作者簡(jiǎn)介]岑確富，廣東電網(wǎng)公司江門恩平供電局，廣東恩平，529400

[中圖分類號(hào)]TM403.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1007-7723(2008)12-0151-0003

一、引言

變壓器的零序電流保護(hù)、間隙電流保護(hù)與零序電壓保護(hù)一起構(gòu)成了反映零序故障分量的變壓器零序保護(hù)，是變壓器后備保護(hù)中的重要組成部分，同時(shí)也是整個(gè)電網(wǎng)接地保護(hù)中不可分割的一部分。它作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，在防止故障范圍的擴(kuò)大、保障系統(tǒng)安全運(yùn)行方面起著重要的作用。其方向性的正確與否，和電流互感器的一次、二次接線、電壓互感器的二次接線及保護(hù)裝置的二次接線都有關(guān)系，這些問題處理得不好會(huì)直接影響變壓器零序保護(hù)的可靠工作，降低保護(hù)性能。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，很容易由于接線極性的錯(cuò)誤而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。

二、變壓器的零序保護(hù)

我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有3種：中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地和中性點(diǎn)不接地方式。110kV及以上電網(wǎng)的中性點(diǎn)均采用第一種接線方式，在這種系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)接地短路電流很大，故稱其為大接地電流系統(tǒng)。在大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障的概率很高，可占總短路故障的70％～90％左右，而且其他的故障也往往是由單相接地發(fā)展起來的。因此要求其接地保護(hù)能靈敏、可靠、快速地切除接地短路故障，以免危及電氣設(shè)備的安全。

零序保護(hù)方向的正確性，可以通過對(duì)保護(hù)的電壓、電流接線極性來檢查，但是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際裝置，二次線繁多、接法復(fù)雜，難以理清各線的走向，容易出錯(cuò)。而對(duì)于廣泛應(yīng)用的微機(jī)變壓器保護(hù)，方向保護(hù)的方向指向一般通過軟件控制字整定，方向性的確定是在保護(hù)軟件模塊默認(rèn)系統(tǒng)的電壓電流接線極性正確的條件下，由保護(hù)計(jì)算軟件來控制確定的。比如，對(duì)于一般帶方向的微機(jī)變壓器保護(hù)，方向的確定必須在以下極性接線方式下：TA極性是當(dāng)一次電流流入變壓器時(shí)，裝置的感應(yīng)電流為正極性電流流入裝置；TV極性為正極性接入裝置。這樣，就無法和分立元件保護(hù)一樣地通過檢查保護(hù)電壓電流接法的極性來檢查零序方向保護(hù)的方向性。比較簡(jiǎn)單可靠的方法是結(jié)合保護(hù)的整組試驗(yàn)，依據(jù)保護(hù)的整定和TA、TV的接線極性，模擬出系統(tǒng)的正、反方向故障，給保護(hù)加入模擬的故障電壓和電流，檢驗(yàn)其動(dòng)作的角度和靈敏性。

零序功率方向是零序保護(hù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在運(yùn)行實(shí)踐中，因方向保護(hù)接線錯(cuò)誤而造成的保護(hù)誤動(dòng)時(shí)有發(fā)生。因此，做好零序功率方向的校驗(yàn)和接線正確性的判定至關(guān)重要。

三、零序功率方向保護(hù)的接線

零序功率方向保護(hù)的正確接線，應(yīng)使其動(dòng)作特性為：當(dāng)被保護(hù)線路或元件發(fā)生正方向接地故障時(shí)，零序電壓和零序電流的相位關(guān)系應(yīng)可靠進(jìn)入保護(hù)的靈敏動(dòng)作區(qū)，而反方向接地故障時(shí)，保護(hù)可靠不動(dòng)作。

傳統(tǒng)習(xí)慣規(guī)定電流正方向?yàn)槟妇€流向線路，同時(shí)取母線電壓為電壓升。當(dāng)發(fā)生正方向接地故障時(shí)，零序電流超前零序電壓。

傳統(tǒng)的零序功率方向保護(hù)，其動(dòng)作最靈敏角有電流超前電壓和電流滯后電壓兩種，一般采用后者。對(duì)于選用后者的保護(hù)，由于其動(dòng)作特性與故障情況相反，現(xiàn)場(chǎng)接線方式上考慮將零序電壓的極性反向接入，零序電流正極性接入，這樣就能夠使保護(hù)正確反映故障狀態(tài)了。

對(duì)于微機(jī)零序保護(hù)裝置，其零序電流電壓的接人分自產(chǎn)和外接兩種情況。微機(jī)線路保護(hù)裝置的零序電壓電流均為自產(chǎn)，三相電壓電流正極性接入即可。微機(jī)變壓器保護(hù)中不同廠家的產(chǎn)品對(duì)零序電壓電流的接入有不同要求，其中需要外接零序電壓的，必須是正極性接入，這是和傳統(tǒng)保護(hù)的區(qū)別。

變壓器斷路器處零序電流保護(hù)只能對(duì)安裝處母線兩側(cè)的故障進(jìn)行區(qū)分，變壓器中性點(diǎn)處的零序電流保護(hù)只能對(duì)變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)故障進(jìn)行區(qū)分。如果采用斷路器處的零序電流保護(hù)，則與線路的零序保護(hù)概念上基本是相同的。采用主變中性點(diǎn)處的零序電流保護(hù)，根據(jù)主變中性點(diǎn)零序電流互感器的極性接線可以將中性點(diǎn)零序電流保護(hù)分為指向母線或主變，一般采用指向本側(cè)母線，整定配合較清晰方便。

四、零序電流互感器的極性的校驗(yàn)

一般220kV變壓器零序功率方向保護(hù)正方向的整定都是指向母線的，零序電壓通過TV開口三角取得，其接線采用－3U0接線，即一次零序電壓和二次零序電壓反相位。如圖1所示。零序電流取套管TA二次中性線上流過的零序電流時(shí)，當(dāng)TA一次側(cè)L1指向母線，二次側(cè)從K1引出接至保護(hù)，可認(rèn)為一次零序電流與二次零序電流同相位；反之，當(dāng)TA一次側(cè)L1指向母線，二次從K2引出接至保護(hù)，可認(rèn)為一次零序電流與二次零序電流反相位。

一般地，對(duì)零序功率方向保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，首先查明TV、TA的接線方式，再模擬故障的情況，在保護(hù)端子上加入二次零序電壓UK2和二次零序電流IK2，檢查保護(hù)動(dòng)作的情況，確定保護(hù)的動(dòng)作區(qū)和靈敏角。如果在正方向故障時(shí)保護(hù)能夠正確動(dòng)作，反方向故障時(shí)保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作，則表明保護(hù)接線正確，功能完好。值得注意的是TV開口三角的接線方式，采用3U0和3U0的不同接法時(shí)結(jié)果正好相反。變壓器保護(hù)按照有關(guān)規(guī)定在保護(hù)投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查輸入保護(hù)裝置的電流互感器接線電路的相序和極性，確保變壓器保護(hù)的正確工作。運(yùn)行實(shí)踐表明，由于各種原因，現(xiàn)場(chǎng)確有因接錯(cuò)變壓器電流互感器的接線而導(dǎo)致極性錯(cuò)誤的情況發(fā)生，造成變壓器保護(hù)不應(yīng)有的誤動(dòng)。雖然微機(jī)型保護(hù)裝置本身可以直觀地顯示輸入的變壓器各側(cè)電流量的相角、幅值，觀察輸入電流量的測(cè)量情況，對(duì)變壓器零序保護(hù)的各側(cè)電流互感器接線的相序和極性檢查會(huì)有很大的幫助，給變壓器保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行又多加了一份保證。但對(duì)于接在變壓器中性點(diǎn)套管電流互感器的零序保護(hù)，其極性顯然是無法用電流二次回路短接人為制造零序電流來檢驗(yàn)接線極性正確與否的，因而整組極性試驗(yàn)就顯得極為重要。

在設(shè)備驗(yàn)收和日常定檢工作中有必要對(duì)已組裝的變壓器復(fù)測(cè)其中性點(diǎn)套管式電流互感器的極性。工作中普遍采用的方法是在變壓器出線與中性點(diǎn)之間加直流電。加電瞬間，利用直接勵(lì)磁沖擊，在電流互感器線圈二次側(cè)產(chǎn)生的直流響應(yīng)，在電流互感器二次側(cè)用直流毫安或微安表觀察指針擺動(dòng)來確定極性關(guān)系的直流感應(yīng)法。但對(duì)于容量較大的變壓器，當(dāng)套管安裝完畢以后，由于變壓器線圈具有很大的電感阻抗，利用直流感應(yīng)法無法測(cè)量套管式電流互感器的極性。在實(shí)踐中，利用將變壓器高壓側(cè)A、B、C三相短路起來降低變壓器線圈合成電感阻抗方法，對(duì)其中性點(diǎn)加直流電壓來測(cè)定電流互感器的極性。

試驗(yàn)方法及分析如下：

(一)220kV三卷變

試驗(yàn)接線如圖3：

如圖4，高壓側(cè)2013刀閘，中性點(diǎn)20100刀閘斷開，將高壓側(cè)套管A、B、C三相短接，在高壓側(cè)套管與零序套管間接線。其中，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，直流電池采用大容量電池試驗(yàn)效果很好。當(dāng)開關(guān)K合上瞬間，如果直流毫安表指針正偏，則K1與0為同名端；若直流毫安表指針反偏，則Kl與0’為同名端。感應(yīng)電流的大小只取決于電源電動(dòng)勢(shì)和回路阻抗的大小，由于電感阻抗的降低，試驗(yàn)中必須注意電池的正負(fù)極性和毫安表的正負(fù)極性，并且高壓側(cè)套管A、B、c之間的短接線不得碰及外殼或地。

(二)自耦變

自耦變?cè)囼?yàn)接線如圖6所示，試驗(yàn)條件方法同三卷變沒有太大區(qū)別，但有幾個(gè)問題必須特別注意。因自耦變內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，在短接高壓側(cè)試驗(yàn)時(shí)必須將中壓側(cè)1013刀閘斷開，使中壓側(cè)A、B、c三相斷開不相連。如中壓側(cè)1013刀閘與主變套管之間裝有接地線，條件許可的情況下要拆除接地線后再進(jìn)行試驗(yàn)；如條件不許可，則要將中壓側(cè)套管引流拆除再進(jìn)行試驗(yàn)，否則在試驗(yàn)過程中因中壓側(cè)的自勵(lì)磁會(huì)造成較大的誤差，甚至引起毫安表反偏。特別要注意的是自耦變中性點(diǎn)是固定接地，即所謂的死接地，在試驗(yàn)前必須將中性點(diǎn)套管與接地扁鐵連接斷開，即在中性點(diǎn)套管樁頭處將接地扁鐵拆除，試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)。

這種降低電感阻抗作用測(cè)量法經(jīng)實(shí)踐證明，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，簡(jiǎn)單、可靠，給工作帶來了很大方便，提高了變壓器保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

五、結(jié)論

對(duì)系統(tǒng)正、反方向故障時(shí)分析的正確性是建立在TA、TV接線極性正確判定的基礎(chǔ)上，因此，保護(hù)動(dòng)作的正確性也是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上。