500kV自耦變帶負(fù)荷測試二次回路接線正確性的智能分析

國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司 王 莉 張文博 歐陽運廣 西安雙英科技股份有限公司 王佳東 史盼盼 鄭 艷

主變是變電站一次設(shè)備的核心，主保護(hù)采用主變差動保護(hù)，其二次電壓回路有正、逆相序各3種，電壓、電流二次回路各48種組合，在三相電壓、三相電流2304種接線方式中只有一種接線方式是正確的，其性能決定電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。根據(jù)《繼電保護(hù)及自動裝置的檢驗規(guī)程》要求，對新安裝或二次回路有變動的主變保護(hù)，在投入運行前須進(jìn)行帶負(fù)荷測試工作。而500kV以上特高壓主變多為自耦變，為實現(xiàn)用于自耦變的帶負(fù)荷測試，其分析方法的研究具有十分重要的意義。

傳統(tǒng)的帶負(fù)荷測試方法是使用鉗形相位伏安表以高壓側(cè)電壓為基準(zhǔn)，測量保護(hù)屏的高中低壓各側(cè)電流的幅值和相位，再根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算有功、無功功率，手動繪制出六角相量圖，結(jié)合后臺監(jiān)控的負(fù)荷的大小和方向進(jìn)行人工分析，從而判斷CT極性和二次回路接線方式的正確與否。由于差動保護(hù)的三側(cè)電流存在相位差，相對矢量關(guān)系復(fù)雜，要求人員具備較高的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能水平，能準(zhǔn)確計算不同側(cè)電壓電流間的相位關(guān)系并繪制出六角相量圖，否則對測量結(jié)果無法判讀其正確性；特別針對500kV變電站保護(hù)裝置帶負(fù)荷測試工作，這樣的操作方式不但流程繁瑣且容易因人為因素導(dǎo)致報告整理不及時、原始數(shù)據(jù)丟失、書寫數(shù)據(jù)不規(guī)范、謄寫錯誤等影響判斷，工作效率低，不利于專業(yè)管理水平的提升。隨著智能化的行業(yè)推進(jìn)，可利用軟件繪制替換手工繪制六角向量圖，本文給出了對測量的三相電壓電流，如何進(jìn)行自耦變的帶負(fù)荷測試時的CT極性及接線智能分析。

1 自耦變

自耦變壓器的利用一個線圈進(jìn)行電壓變化：K=W1/W2=U1/U2=I2/I1，其中K為自耦變壓器變比；W1為原繞組匝數(shù)；U1為原繞組電壓；I1為原繞組電流；W2為副繞組匝數(shù)；U2為副繞組電壓；I2為副繞組電流。電力系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)變壓器常采用三繞組（高壓、中壓、低壓）自耦變[1]。

圖1 三繞組自耦變結(jié)構(gòu)示意圖

三相繞組采用Y/Y/Δ接線方式以消除諧波減小自耦變壓器的零序阻抗（圖2）：當(dāng)高、低壓側(cè)運行時，Ih超前Il150°，Il超前Ilb30°，如圖2(a)所示；當(dāng)高、中壓側(cè)運行時，Ih與Im相差180°，如圖2(b)所示；高壓側(cè)電流、公共繞組電流與中壓側(cè)電流方向相反，Ip=Im-Ih（矢量計算）；如圖2(c)所示。

圖2 三繞組基本運行原理示意圖

Ih矢量分解xh=Ih×cosφh；yh=Ih×sinφh，Im矢量分解xm=Im×cosφm；ym=Im×sinφm，xp=xm-xh；yp=ym-yh;。其中Ua為以高壓側(cè)為基準(zhǔn)的電壓、Ih為高壓側(cè)電流，-Ih為高壓側(cè)反向電流，Im為中壓側(cè)電流，Il為低壓側(cè)開關(guān)電流，Ilb為低壓側(cè)套管電流，Ip為公共繞組電流，φh表示參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的高壓側(cè)電流阻抗角，φm表示參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的中壓側(cè)電流阻抗角，φp表示參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的公共繞組電流阻抗角。

2 電流回路極性分析

差動保護(hù)及帶負(fù)荷測試[2]：差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，原理簡單、實現(xiàn)方式復(fù)雜，人為影響出錯率較大，會導(dǎo)致正確動作率降低。主變投運前必須進(jìn)行帶負(fù)荷測試[3]。通過對變壓器各側(cè)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行測量后進(jìn)行如下數(shù)據(jù)分析：差流（差壓）大小、整定值是否正確；電流相序是否正確、是否具有對稱性；各側(cè)電流幅值、CT變比是否正確；同名電流相位、電流回路極信組合是否正確。

自耦變的電流回路極性分析：投運負(fù)荷P、Q，則功率因數(shù)角為φ，同時由P、Q的正負(fù)可計算阻抗角φ1為0～360°。三相電路有功功率P=3U相×I相×cosφ，三相電路無功功率Q=3U相×I相×sinφ，功率相位角P=tanφ=Q/P=>φ=arctan(Q/P);φ∈（-90°，90°），若Q>0、P>0，則φ1的范圍為0°～90°，φ1=φ；若Q<0、P>0，則φ1的范圍為-90°～0°，即270°～360°，φ1=360°+φ；若Q>0、P<0，則φ1的范圍為90°～180°，φ1=180°+φ；若Q<0、P<0，則φ1的范圍為-180°～-90°，即180°～270°，φ1=180°+φ。測量各側(cè)電流的幅值，一次電流與二次電流符合需變比關(guān)系；各側(cè)的三相電流要求按正序排列，相位互差120°，同名相電流的相位角與電壓的相位角和功率計算的相位角一致[4]。

3 帶負(fù)荷測試中電流互感器二次回路的智能分析

3.1 測量終端

測量終端具有兩路電壓（Ua、U2）、一路電流（I2）信號輸入，經(jīng)過采樣電路的取樣、隔直、中央處理單元處理后，可測量兩路電壓和一路電流的幅值，以及以Ua為基準(zhǔn)的U2與I2的相位，并將數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，同時通過藍(lán)牙/USB將數(shù)據(jù)傳送到智能終端；支持智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.2 智能帶負(fù)荷測試

智能終端讀取測量終端測量結(jié)果，統(tǒng)一以高壓側(cè)Ua為參考電壓，利用軟件將多次測量結(jié)果進(jìn)行合成計算，處理流程結(jié)合圖3具體分析如下：在智能終端中可設(shè)定高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)開關(guān)、公共繞組、低壓側(cè)套管的PT和CT變比；可設(shè)定高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)有功功率P(MW)、無功功率Q(MVar)或輸入電容、電抗器負(fù)荷的容量；根據(jù)投運負(fù)荷P、Q確定本側(cè)功率因數(shù)角φ：根據(jù)不同側(cè)測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行向量分析，判斷電流互感器的二次回路接線正確與否。

圖3 軟件測量處理流程

假設(shè)由于負(fù)載不平衡引起阻抗角的變化是10°，根據(jù)投運負(fù)荷P、Q，流出的高壓側(cè)負(fù)荷，確定參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的高壓側(cè)阻抗角為φh，三相（ac）負(fù)荷電流分別為Iha、Ihb、Ihc，通過阻抗角分析進(jìn)行查表，確定高壓側(cè)三相電流及相對應(yīng)的極性，查找表中的阻抗角、三相負(fù)荷電流、CT極性分別為：φh±10°、Iha、a相正；（φh+180°）±10°、-Iha、a相反；（φh+120°）±10°、Ihb、b相正；（φh+300°）±10°、-Ihb、b相反；（φh+240°）±10°、Ihc、c相正；(φh+60°)±10°、-Ihc、c相反。

若存在低壓側(cè)負(fù)荷，根據(jù)投運負(fù)荷P、Q，流出的低壓側(cè)負(fù)荷，Il表示低壓側(cè)開關(guān)電流，Ul表示低壓側(cè)電壓，低壓側(cè)的功率因數(shù)角為φl=φ〈Ul,Il〉，三相（ac）負(fù)荷電流分別為Ila、Ilb、Ilc，通過參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的低壓側(cè)阻抗角分析進(jìn)行查表，確定低壓側(cè)開關(guān)三相電流及相對應(yīng)的極性，查找表中的阻抗角、三相負(fù)荷電流、CT極性分別為：(φl-30°)±10°、Ila、a相正；[(φl-30°)+180°]±10°、-Ila、a相反；[(φl-30°)+120°]±10°、Ilb、b相正；[(φl-30°)+300°] ±10°、-Ilb、b相反；[(φl-30°)+240°]±10°、Ilc、c相正；[(φl-30°)+60°]±10°、-Ilc、c相反。

若存在中壓側(cè)負(fù)荷，根據(jù)投運負(fù)荷P、Q，流出的中壓側(cè)負(fù)荷，確定中壓側(cè)的功率因數(shù)角為φma=φ〈Um,Im〉，三相（ac）負(fù)荷電流分別為Ima、Imb、Imc，通過參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的中壓側(cè)阻抗角分析進(jìn)行查表，確定中壓側(cè)開關(guān)三相電流及相對應(yīng)的極性，查找表中的阻抗角、三相負(fù)荷電流、CT極性分別為：φm±10°、Ima、a相正；(φm+180°)±10°、-Ima、a相反；(φm+120°)±10°、Imb、b相正；(φm+300°)±10°、-Imb、b相反；(φm+240°)±10°、Imc、c相正；(φm+60°)±10°、-Imc、c相反。

公共繞組三相（ac）負(fù)荷電流分別為Ipa、Ipb、Ipc，通過參考電壓以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的公共繞組阻抗角分析進(jìn)行查表，確定公共繞組三相電流及相對應(yīng)的極性，查找表中的阻抗角、三相負(fù)荷電流、CT極性分別為：φp±10°、Ipa、a相正；(φp+180°)±10°、-Ipa、a相反；(φp+120°)±10°、Ipb、b相正；(φp+300°)±10°、-Ipb、b相反；(φp+ 240°)±10°、Ipc、c相正；(φp+60°)±10°、-Ipc、c相反。

選擇不同運行方案利用以上的測試方法進(jìn)行查表判斷，測試合格則判定結(jié)果通過；否則可判定極性、接線存在問題。最后將測試結(jié)果生成電子版試驗報告。

3.3 試驗與效果分析

模擬變電站現(xiàn)場，設(shè)接線方式為Y/Y/Δ；首先進(jìn)行高壓側(cè)5041回路測量，再對高壓側(cè)5042回路、低壓套管回路11測量，智能終端可實現(xiàn)電流二次回路極性、接線等智能分析；測試結(jié)果可進(jìn)行信息地理位置等信息備注，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出電子報告。

綜上，本文提出一種在自耦變帶負(fù)荷測試中電流二次回路接線的智能分析方法。通過設(shè)定高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)開關(guān)、公共繞阻、低壓側(cè)套管的電壓等級、CT變比等，輸入帶負(fù)荷測試的電容、電抗器負(fù)荷有功功率、無功功率，并根據(jù)測量得到的以高壓側(cè)Ua為基準(zhǔn)的各側(cè)電壓、電流的幅值、相位數(shù)據(jù)可以生成向量圖，并根據(jù)查找對應(yīng)表格智能分析高壓側(cè)、低壓側(cè)、公共繞阻、低壓側(cè)的各側(cè)三相電流CT二次回路的極性、相序接線是否正確。