220 kV主變一次通流檢測差動保護(hù)方案探討

史春旻 徐陪棟 劉志仁

摘 要：隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，大型主變壓器不斷投入系統(tǒng)運(yùn)行，帶來一個突出的問題就是如何確保220 kV主變差動保護(hù)的正確性，以保證主變的順利投運(yùn)。傳統(tǒng)做法是確定好主變各側(cè)流變的極性、變比，并對差動保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)，對二次回路的接線進(jìn)行檢查，但這些方法并不直觀，容易出現(xiàn)錯誤。而利用一次通流的方法來觀察差動保護(hù)的差流情況以判斷差動保護(hù)是否正常，在主變外部模擬三相短路（區(qū)外故障），就可以保證差動保護(hù)正確投運(yùn)。鑒于此，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際建立了主變一次通流的計算模型，通過計算確定從中壓側(cè)通流為最佳方案，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)論證，該方法簡單、可靠、可行。

關(guān)鍵詞：通流試驗(yàn)計算;一次通流方案;主變差動保護(hù)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，越來越多的大型主變壓器投入系統(tǒng)運(yùn)行，帶來一個突出的問題就是差動保護(hù)誤動的事故時有發(fā)生?？偨Y(jié)差動保護(hù)誤動的原因，大致有以下幾個方面：

（1）二次接線施工過程錯誤。施工人員未能正確掌握主變差動保護(hù)二次接線的特點(diǎn)，導(dǎo)致CT極性接反、CT變比錯誤、二次回路接線不正確、CT多余接地點(diǎn)短接CT繞組等現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）整定計算錯誤。整定人員未能深入理解差動保護(hù)的控制字、主變壓器的聯(lián)結(jié)組別，導(dǎo)致區(qū)外接地故障時差動保護(hù)出現(xiàn)很大差流，引起差動保護(hù)跳閘;或者整定計算時應(yīng)該按全容量計算變壓器低壓側(cè)額定電流，不能按低壓側(cè)的實(shí)際容量計算，如某主變壓器110 kV側(cè)開關(guān)流變變比為200/5，整定時整定為300/5，結(jié)果必然產(chǎn)生誤動。

（3）調(diào)試人員未能正確做好差動保護(hù)的電流平衡性試驗(yàn)。如果在進(jìn)行電流平衡性試驗(yàn)時差流偏大，調(diào)試人員不加注意，不去仔細(xì)思考施加電流的數(shù)值和相位的正確性，就會將隱患留到帶負(fù)荷測試項(xiàng)目上。

（4）差動保護(hù)投運(yùn)前的帶負(fù)荷測試工作不徹底。由于系統(tǒng)運(yùn)行方式的限制，變壓器在投運(yùn)時所帶負(fù)荷較輕，差動保護(hù)無法反映出差流是否正確。即便差動保護(hù)接線存在問題，也會由于調(diào)試人員稍微疏忽而失去最后一次消除錯誤的機(jī)會。

本文在研究以往主變差動保護(hù)區(qū)外誤動的基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的主變一次通流模擬區(qū)外故障檢測差動保護(hù)的方案，并與理論值比較，是主變差動保護(hù)試驗(yàn)領(lǐng)域一次突破性的嘗試。

1 通流試驗(yàn)方案

1.1? ? 建立220 kV主變一次通流計算模型

差動保護(hù)原理可以用KCL電流定律來描述，如圖1所示，對于一個KCL節(jié)點(diǎn)，任何流進(jìn)去的電流都等于流出來的電流[1]。

主變一次通流的物理意義是在主變差動保護(hù)區(qū)外故障時，差動繼電器理論上檢測到差流為零。作為穩(wěn)態(tài)的一次通流試驗(yàn)，就是在主變某一側(cè)開關(guān)CT的外部進(jìn)行人工三相短路的情況下（模擬區(qū)外故障），由另一側(cè)施加交流380 V電壓，該電壓產(chǎn)生的短路電流流過主變，在差動保護(hù)中產(chǎn)生穿越性電流。如果主變差動保護(hù)接線正確，該短路電流流過差動繼電器時差流為零;如果主變差動保護(hù)接線錯誤，該短路電流流過差動繼電器時差流將增大?；谶@個觀點(diǎn)，建立主變一次通流的計算模型。

1.2? ? 了解一次系統(tǒng)，關(guān)注流變參數(shù)和極性

目前，新投運(yùn)的220 kV主變壓器差動保護(hù)各側(cè)流變的極性均取母線側(cè)。主變一次系統(tǒng)如圖2所示。

1.3? ? 收集主變參數(shù)

以ABB 型號為OSFSZ10-180000/220的變壓器為例，Sn：180/180/90 MVA;Un：72.4/

880.7/1 385.7 A;聯(lián)結(jié)組別：YN，yn，d0。短路參數(shù)如表1所示。

1.4? ? 通流試驗(yàn)計算

1.4.1? ? 利用主變參數(shù)計算各側(cè)阻抗[2]

系數(shù)KB=90/180=0.5，以高壓側(cè)為基準(zhǔn)（折算至高壓側(cè)）：

PK1=（PK12+PK13/KB2-PK23/KB2）/2

=（332.3+286.3/0.25-315.1/0.25）/2=108.55 kW

PK2=（PK12+PK23/KB2-PK13/KB2）/2

=（332.3+315.1/0.25-286.3/0.25）/2=223.75 kW

PK3=（PK13/KB2+PK23/KB2-PK12）/2

=（286.3/0.25+315.1/0.25-332.3）/2=1 036.65 kW

R1=PK1/In2=108.55×1 000/472.422=0.486 Ω

R2=PK2/In2=223.75×1 000/472.422=1.003 Ω

R3=PK3/In2=1 036.65×1 000/472.422=4.465 Ω

UK1%=（UK12%+UK13%-UK23%）/2

=（10.64%+36.25%-23.12%）/2=11.885%

UK2%=（UK12%+UK23%-UK13%）/2

=（10.64%+23.12%-36.25%）/2=-1.245%

UK3%=（UK23%+UK13%-UK12%）/2

=（23.12%+36.25%-10.64%）/2=24.365%

X1=（UK1%×Un1）/5.514 Ω

Z1=0.486+j31.956 Ω

Z2=1.003-j3.348 Ω

Z3=4.645+j65.514 Ω

所以，主變高中側(cè)、高低側(cè)、中低側(cè)的聯(lián)系阻抗分別為（折算至高壓側(cè)）：

Z12=（0.486+j31.956）+（1.003-j3.348）=1.489+j28.61 Ω

Z13=（0.486+j31.956）+（4.645+j65.514）=5.131+j97.47 Ω

Z23=（1.003-j3.348）+（4.645+j65.514）=5.648+j62.16 Ω

1.4.2? ? 主變各側(cè)通流計算及最優(yōu)選擇

以“高壓通流”為例計算：

高壓側(cè)加故障電流（～380 V），模擬中壓側(cè)差動保護(hù)區(qū)外三相短路故障：

高壓側(cè)流過電流大小IH==7.68 A

中壓側(cè)流過電流大小IM=7.68×（220/118）=14.32 A

高壓側(cè)加故障電流（～380 V），模擬低壓側(cè)差動保護(hù)區(qū)外三相短路故障：

高壓側(cè)流過電流大小IH=2.25 A

低壓側(cè)流過電流大小IL=2.25×（220/37.5）=13.2 A

將三側(cè)通流結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

從所用變的功率、保護(hù)能觀測到的電流效果、試驗(yàn)導(dǎo)線、測試儀器等各方面看，選擇中壓側(cè)通流是合適的。選擇從高壓側(cè)通流時，低壓側(cè)的電壓過低，電流偏小，影響測試精度;從低壓側(cè)通流則需要試驗(yàn)電源容量過大，現(xiàn)場可能無法滿足條件。

2 選擇中壓側(cè)通流的步驟

2.1? ? 中壓→高壓通流

中壓→高壓通流示意圖如圖3所示。

現(xiàn)場操作步驟：拉開701開關(guān)，拉開25011和25012閘刀，合上2501開關(guān)、25013閘刀、7013閘刀和25017地刀。在701開關(guān)和TA之間加三相380 V動力電源。

中壓側(cè)電流IM=26.69 A，獨(dú)立TA電流111.21 mA（變比1 200/5）從P1流入;高壓側(cè)電流IH=26.69×（118/220）=14.32 A，獨(dú)立TA電流59.625 mA（變比1 200/5）從P1流出。這種方式下，試驗(yàn)電源的容量應(yīng)大于S=1.732×380×26.69=17.57 kW。中壓—高壓通流數(shù)值如表3所示。

2.2? ? 中壓→低壓通流

中壓→低壓通流示意圖如圖4所示。

現(xiàn)場操作步驟：拉開701開關(guān)，拉開25013閘刀，合上3117地刀，將35 kV母線上電容器、電抗器開關(guān)拉開，在701開關(guān)和TA之間加三相380 V動力電源。

中壓側(cè)電流IM=12.25 A，獨(dú)立TA電流51.04 mA（變比1 200/5）從P1流入;低壓側(cè)電流IL=12.25×（37.5/118）=3.89 A，96.37 mA（變比2 000/5）電流從P1流出。電流滯后電壓90°。這種方式下，試驗(yàn)電源的容量應(yīng)大于S=1.732×380×12.25=8.06 kW，中壓—低壓通流數(shù)值如表4所示。

2.3? ? 數(shù)據(jù)分析

一次通流試驗(yàn)?zāi)M了主變各側(cè)在差動保護(hù)區(qū)外發(fā)生三相短路故障時穿越主變的故障電流，該穿越性的故障電流傳變到差動保護(hù)反映的實(shí)際差流值應(yīng)該非常小。如果實(shí)際差流值較大，則必須分析原因，找出問題，提出解決方案，達(dá)到盡快解決故障的目的[3]。

3 通流試驗(yàn)還需準(zhǔn)備的條件

（1）高精度的相位表，精度滿足到毫安級有指示;

（2）在控制室里選擇好A相電壓，它是基準(zhǔn)相量;

（3）試驗(yàn)電源滿足大于15 kW的條件，通流試驗(yàn)是可以進(jìn)行的;

（4）試驗(yàn)時加強(qiáng)監(jiān)護(hù)，一次設(shè)備上停止一切工作;

（5）通流以前檢查各側(cè)流變不開路。

4 結(jié)語

本文討論了220 kV主變一次通流檢測差動保護(hù)方案：首先分析了主變差動保護(hù)區(qū)外故障誤動的原因，以及如何通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其誤動的通流方法;然后根據(jù)前面提出的方法，結(jié)合手工計算得出的電流值，對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析保護(hù)出現(xiàn)差流的原因。由于本文是在總結(jié)電力生產(chǎn)現(xiàn)場多次事故的基礎(chǔ)之上提出的，因此具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 黃盛蘭.電路基礎(chǔ)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006.

[2] 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3] 毛錦慶.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2000.

收稿日期：2021-01-19

作者簡介：史春旻（1981—），男，江蘇無錫人，工程師，從事繼電保護(hù)及自動化檢修維護(hù)工作。

徐陪棟（1986—），男，江蘇無錫人，工程師，從事繼電保護(hù)整定及設(shè)備管理工作。

劉志仁（1984—），男，江蘇無錫人，工程師，從事繼電保護(hù)整定及設(shè)備管理工作。