基于變壓器有載調(diào)壓的相量測(cè)試法

魏穎莉，蕭 彥，趙春雷

(河北省電力公司，石家莊 050021)

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，若其不能快速準(zhǔn)確的切除故障，可能對(duì)電網(wǎng)安全乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成較大影響。目前廣泛使用的保護(hù)，尤其是速動(dòng)保護(hù)，其動(dòng)作判據(jù)大多需要對(duì)電流相量進(jìn)行測(cè)試以保證動(dòng)作的正確性。因此在保護(hù)裝置投入運(yùn)行前，應(yīng)對(duì)其電流相量進(jìn)行驗(yàn)證，以保證TA二次回路的正確性。然而由于目前電網(wǎng)發(fā)展迅速，某些變電站投運(yùn)時(shí)所帶負(fù)荷較小，轉(zhuǎn)換到TA二次側(cè)的電流不能滿足相量測(cè)試的精度要求，給變電站投運(yùn)帶來困難。

1 相量測(cè)試的重要性及測(cè)試中存在的困難

繼電保護(hù)設(shè)備擔(dān)負(fù)著保護(hù)電網(wǎng)及設(shè)備安全的重任，因此在實(shí)際運(yùn)行中影響繼電保護(hù)裝置工作的各種因素都要慎重考慮。系統(tǒng)中線路及變壓器各側(cè)電流的大小和方向是構(gòu)成線路及變壓器主保護(hù)動(dòng)作判據(jù)的重要部分，能否準(zhǔn)確測(cè)量電流相量直接關(guān)系著保護(hù)動(dòng)作的正確性。因此，在安裝、調(diào)試和檢修的過程中，必須選擇合適的TA變比，檢查二次回路的完整性，以及各TA極性、相序的正確性。

線路及變壓器的相量，一般可以通過帶負(fù)荷和外加電流2種方法測(cè)得[1-3]。外加電流法不僅需要改動(dòng)接線，而且不能驗(yàn)證整個(gè)二次回路，因此一般不被現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)采用。而帶負(fù)荷測(cè)相量更接近實(shí)際運(yùn)行情況，不需改動(dòng)接線，并能驗(yàn)證TA極性，檢查整個(gè)二次回路的完整性，所以現(xiàn)場(chǎng)中大多采用帶負(fù)荷法測(cè)相量。

一般而言，進(jìn)行相量測(cè)試時(shí)，負(fù)荷電流越大，二次回路中存在的錯(cuò)誤體現(xiàn)的越明顯，越容易判斷。即使變電站所帶負(fù)荷較小，也必須保證測(cè)量值達(dá)到測(cè)量?jī)x器的精度要求。但在實(shí)際運(yùn)行中，新建變電站投運(yùn)時(shí)，與變壓器同時(shí)投運(yùn)的負(fù)荷線路少，所帶負(fù)荷較小，甚至某些變電站即使通過轉(zhuǎn)移負(fù)荷仍不能滿足相量測(cè)試的精度要求,因此現(xiàn)場(chǎng)的繼電保護(hù)人員常常面臨線路及變壓器輕負(fù)荷，難以給出正確測(cè)試結(jié)論的困難[4-5]。以下介紹基于變壓器有載調(diào)壓的相量測(cè)試法，希望能幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員解決輕負(fù)荷帶來的測(cè)試?yán)щy問題。

2 相量測(cè)試法介紹

對(duì)于一般的電力變壓器而言，在其一次側(cè)均設(shè)有分接頭。隨著變壓器型號(hào)及電壓等級(jí)的不同，分接頭的個(gè)數(shù)不同；隨著分接頭所處位置不同，變壓器的變比不同，其各側(cè)的電壓也會(huì)隨之變化。

2.1 測(cè)試前提條件

基于變壓器有載調(diào)壓的相量測(cè)試法主要通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭的位置使并聯(lián)的2臺(tái)變壓器之間產(chǎn)生電壓差，從而產(chǎn)生環(huán)流。電壓差越大，環(huán)流越大，相量測(cè)試越準(zhǔn)確。因此，該方法主要適用于電力環(huán)網(wǎng)中的變電站。其前提條件包括：新建變電站主變壓器具備有載調(diào)壓功能；新建變電站至少具備2臺(tái)及以上變壓器；新建變電站至少具有2條及以上帶負(fù)荷出線；新建變電站高壓側(cè)至少有2條或2段通過母聯(lián)或分段斷路器聯(lián)系的母線；新建變電站2臺(tái)變壓器三側(cè)(至少有兩側(cè))可直接或間接并聯(lián)。

2.2 輕負(fù)荷變壓器相量測(cè)試

假設(shè)某220 kV新建變電站甲站通過2條出線接入某電網(wǎng)中，其主接線如圖1所示。

圖1 變電站主接線

設(shè)投運(yùn)時(shí)甲乙線、1號(hào)變壓器接于I號(hào)母線，甲丙線、2號(hào)變壓器接于II號(hào)母線。對(duì)變壓器高、中壓側(cè)進(jìn)行相量測(cè)試時(shí)，調(diào)整一次運(yùn)行方式，將2臺(tái)變壓器高、中壓側(cè)通過201、101斷路器并聯(lián)。然后調(diào)節(jié)2臺(tái)變壓器的分接頭位置，將1號(hào)變壓器分接頭向正方向調(diào)節(jié)，2號(hào)變壓器的分接頭向負(fù)方向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的幅度越大，變壓器中的環(huán)流越大。

在變壓器分接頭調(diào)整過程中，變壓器各側(cè)電壓、電流關(guān)系滿足式(1)-(4)：

U11+(I1-I)ZT1=U12n1

(1)

U21+(I2+I)ZT2=U22n2

(2)

n1=U1(1+sΔ%)/U2

(3)

n2=U1(1-xΔ%/)/U2

(4)

式中：U11表示1號(hào)變壓器高壓側(cè)電壓值；U12表示1號(hào)變壓器中壓側(cè)電壓值；U21表示2號(hào)變壓器高壓側(cè)電壓值；U22表示2號(hào)變壓器中壓側(cè)電壓值；I表示流經(jīng)1號(hào)、2號(hào)變壓器的環(huán)流；I1表示流經(jīng)1號(hào)變壓器的負(fù)荷電流；I2表示流經(jīng)2號(hào)變壓器的負(fù)荷電流；ZT1表示歸算到高壓側(cè)的1號(hào)變壓器高中壓側(cè)阻抗；ZT2表示歸算到高壓側(cè)的2號(hào)變壓器高中壓側(cè)阻抗；n1表示1號(hào)變壓器實(shí)際變比；n2表示2號(hào)變壓器實(shí)際變比；s 表示1號(hào)變壓器分接頭位置；x表示2號(hào)變壓器分接頭位置。

由式(1)-(4)可知，s、x越大，流經(jīng)變壓器的環(huán)流越大，可供相量測(cè)試的電流就越大。通過潮流計(jì)算程序，可計(jì)算出不同的分接頭位置對(duì)應(yīng)的環(huán)流大小，綜合考慮變壓器TA變比、設(shè)備可承受的電壓等因素，選擇合適的分接頭位置。

2.3 輕負(fù)荷線路相量測(cè)試

輕負(fù)荷線路的相量測(cè)試方法與變壓器的相量測(cè)試方法類似，仍然選用圖1所示主接線進(jìn)行分析。

在3.2節(jié)所述運(yùn)行方式基礎(chǔ)上將母聯(lián)201打開，使1號(hào)、2號(hào)變壓器高壓側(cè)通過甲乙線、電網(wǎng)和甲丙線相連。調(diào)節(jié)2臺(tái)變壓器的分接頭位置，將1號(hào)變壓器分接頭向正方向調(diào)節(jié)，2號(hào)變壓器的分接頭向負(fù)方向調(diào)節(jié)，由此產(chǎn)生的電壓差將在甲乙線、甲丙線、1號(hào)變壓器、2號(hào)變壓器中產(chǎn)生環(huán)流，使線路電流增大。

在變壓器分接頭調(diào)整過程中，線路及變壓器各側(cè)電壓、電流關(guān)系滿足式(5)-(7)：

Ul1+(Il1-Il)(ZT1+Zl1)=U12n1

(5)

Ul2+(Il2+Il)(ZT2+Zl2)=U22n2

(6)

Ul1=IZ12+Ul2

(7)

式中：Ul1表示甲乙線乙側(cè)電壓值；Ul2表示甲丙線丙側(cè)電壓值；Il表示環(huán)流；Il1表示流經(jīng)甲乙線的負(fù)荷電流；Il2表示流經(jīng)甲丙線的負(fù)荷電流；Zl1表示甲乙線阻抗；Zl2表示甲丙線阻抗；Z12表示乙站、丙站之間的連接阻抗。

同樣，s、x越大，流經(jīng)線路的環(huán)流越大。通過潮流計(jì)算程序，計(jì)算出不同的分接頭位置對(duì)應(yīng)的環(huán)流大小，根據(jù)相量測(cè)試所需負(fù)荷的大小，綜合考慮線路TA變比、一次設(shè)備的電壓承受能力，選擇合適的分接頭位置。

3 實(shí)例分析

下面以某220 kV變電站為例進(jìn)行分析。其主接線如圖1所示。典型的220 kV變壓器有16個(gè)分接頭，每改變一次分接頭，響應(yīng)電壓變化為分接頭的1.25%。1號(hào)、2號(hào)變壓器分接頭及各側(cè)額定電壓為：230±8×1.25%/121/11 kV。

忽略電阻的影響，1號(hào)、2號(hào)變壓器歸算到高壓側(cè)的高中壓側(cè)電抗之和分別為40.89 Ω、43.30 Ω。通過計(jì)算可得變壓器分接頭位于不同位置時(shí)通過變壓器兩側(cè)的環(huán)流，如表1所示。

1號(hào)、2號(hào)變壓器配置的TA變比為2 500/1，相量檢查要求的電流為250 A，所以應(yīng)逐步調(diào)整1號(hào)、2號(hào)變壓器分接頭至4、-4位置。

同樣，已知甲乙線、甲丙線線路阻抗、乙丙站之間的連接阻抗分別為7.17 Ω、10.24 Ω、4.01 Ω。通過計(jì)算可得變壓器分接頭位于不同位置時(shí)通過線路兩側(cè)的環(huán)流，如表2所示。

表1 不同分接頭位置對(duì)應(yīng)的變壓器環(huán)流

表2 不同分接頭位置對(duì)應(yīng)的線路環(huán)流

甲乙線、甲丙線配置的TA變比為1 600/1，相量測(cè)試要求的電流為160 A，所以應(yīng)逐步調(diào)整1號(hào)、2號(hào)變壓器分接頭至3、-3位置。

4 相量測(cè)試法應(yīng)用中需注意的問題

在使用基于變壓器有載調(diào)壓的方法進(jìn)行相量測(cè)試時(shí)，有以下幾點(diǎn)需要注意。

a. 新建變電站應(yīng)符合使用基于變壓器有載調(diào)壓方法進(jìn)行相量測(cè)試的前提條件，即該變電站至少有兩回出線、2臺(tái)主變壓器，且主變壓器的高、中壓側(cè)可直接或間接地進(jìn)行分列、并列的操作。

b. 使用基于變壓器有載調(diào)壓的方法進(jìn)行相量測(cè)試時(shí)應(yīng)密切關(guān)注網(wǎng)上電壓。在進(jìn)行相量測(cè)試之前應(yīng)根據(jù)網(wǎng)上電壓估算變壓器有載調(diào)壓的范圍，防止由于過度調(diào)節(jié)引起的設(shè)備過電壓。

c. 使用基于變壓器有載調(diào)壓的方法進(jìn)行相量測(cè)試前，應(yīng)先對(duì)主變壓器分接頭處于不同位置引起的環(huán)流大小進(jìn)行估算，以判斷在一次設(shè)備可接受電壓范圍內(nèi)所產(chǎn)生的環(huán)流能否滿足相量測(cè)試的要求。

5 結(jié)束語

相量測(cè)試是新設(shè)備投運(yùn)必需的試驗(yàn)之一，目的是保證繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性。以上從理論出發(fā)，并配合實(shí)例，驗(yàn)證了基于變壓器有載調(diào)壓的相量測(cè)試法，可通過調(diào)整變壓器分接頭的位置，配合一定的運(yùn)行方式，使變電站變壓器或出線之間出現(xiàn)環(huán)流，從而增加變壓器及線路中的電流，滿足相量測(cè)試的要求，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員提供了幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 袁軍芳．變壓器差動(dòng)保護(hù)相量測(cè)試[J]．冶金動(dòng)力，2000(1)：14-16.

[2] 王靜萍，王亞萍．變壓器差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷相量測(cè)試[J]．電工技術(shù)，2009(3)：6-7.

[3] 王文興，程建平．微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)向量測(cè)試[J]．電力學(xué)報(bào)，2005，20(2)：205-206，209.

[4] 曾繁德，蘇寶成．變壓器輕負(fù)荷條件下的差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試[J]．中國(guó)科技博覽，2009(19)：49.

[5] 劉 寶，張玉成，唐 凱．輕載線路投運(yùn)過程中相量測(cè)試的解決對(duì)策[J]．新疆電力技術(shù)，2008(3)：14.