基于變壓器有載調壓的相量測試法

魏穎莉，蕭 彥，趙春雷

(河北省電力公司，石家莊 050021)

繼電保護是電力系統安全穩定運行的重要保障，若其不能快速準確的切除故障，可能對電網安全乃至國民經濟的發展造成較大影響。目前廣泛使用的保護，尤其是速動保護，其動作判據大多需要對電流相量進行測試以保證動作的正確性。因此在保護裝置投入運行前，應對其電流相量進行驗證，以保證TA二次回路的正確性。然而由于目前電網發展迅速，某些變電站投運時所帶負荷較小，轉換到TA二次側的電流不能滿足相量測試的精度要求，給變電站投運帶來困難。

1 相量測試的重要性及測試中存在的困難

繼電保護設備擔負著保護電網及設備安全的重任，因此在實際運行中影響繼電保護裝置工作的各種因素都要慎重考慮。系統中線路及變壓器各側電流的大小和方向是構成線路及變壓器主保護動作判據的重要部分，能否準確測量電流相量直接關系著保護動作的正確性。因此，在安裝、調試和檢修的過程中，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，一般可以通過帶負荷和外加電流2種方法測得[1-3]。外加電流法不僅需要改動接線，而且不能驗證整個二次回路，因此一般不被現場檢驗采用。而帶負荷測相量更接近實際運行情況，不需改動接線，并能驗證TA極性，檢查整個二次回路的完整性，所以現場中大多采用帶負荷法測相量。

一般而言，進行相量測試時，負荷電流越大，二次回路中存在的錯誤體現的越明顯，越容易判斷。即使變電站所帶負荷較小，也必須保證測量值達到測量儀器的精度要求。但在實際運行中，新建變電站投運時，與變壓器同時投運的負荷線路少，所帶負荷較小，甚至某些變電站即使通過轉移負荷仍不能滿足相量測試的精度要求,因此現場的繼電保護人員常常面臨線路及變壓器輕負荷，難以給出正確測試結論的困難[4-5]。以下介紹基于變壓器有載調壓的相量測試法，希望能幫助現場工作人員解決輕負荷帶來的測試困難問題。

2 相量測試法介紹

對于一般的電力變壓器而言，在其一次側均設有分接頭。隨著變壓器型號及電壓等級的不同，分接頭的個數不同；隨著分接頭所處位置不同，變壓器的變比不同，其各側的電壓也會隨之變化。

2.1 測試前提條件

基于變壓器有載調壓的相量測試法主要通過調節變壓器分接頭的位置使并聯的2臺變壓器之間產生電壓差，從而產生環流。電壓差越大，環流越大，相量測試越準確。因此，該方法主要適用于電力環網中的變電站。其前提條件包括：新建變電站主變壓器具備有載調壓功能；新建變電站至少具備2臺及以上變壓器；新建變電站至少具有2條及以上帶負荷出線；新建變電站高壓側至少有2條或2段通過母聯或分段斷路器聯系的母線；新建變電站2臺變壓器三側(至少有兩側)可直接或間接并聯。

2.2 輕負荷變壓器相量測試

假設某220 kV新建變電站甲站通過2條出線接入某電網中，其主接線如圖1所示。

圖1 變電站主接線

設投運時甲乙線、1號變壓器接于I號母線，甲丙線、2號變壓器接于II號母線。對變壓器高、中壓側進行相量測試時，調整一次運行方式，將2臺變壓器高、中壓側通過201、101斷路器并聯。然后調節2臺變壓器的分接頭位置，將1號變壓器分接頭向正方向調節，2號變壓器的分接頭向負方向調節，調節的幅度越大，變壓器中的環流越大。

在變壓器分接頭調整過程中，變壓器各側電壓、電流關系滿足式(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號變壓器高壓側電壓值；U12表示1號變壓器中壓側電壓值；U21表示2號變壓器高壓側電壓值；U22表示2號變壓器中壓側電壓值；I表示流經1號、2號變壓器的環流；I1表示流經1號變壓器的負荷電流；I2表示流經2號變壓器的負荷電流；ZT1表示歸算到高壓側的1號變壓器高中壓側阻抗；ZT2表示歸算到高壓側的2號變壓器高中壓側阻抗；n1表示1號變壓器實際變比；n2表示2號變壓器實際變比；s 表示1號變壓器分接頭位置；x表示2號變壓器分接頭位置。

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

2.3 輕負荷線路相量測試

輕負荷線路的相量測試方法與變壓器的相量測試方法類似，仍然選用圖1所示主接線進行分析。

在3.2節所述運行方式基礎上將母聯201打開，使1號、2號變壓器高壓側通過甲乙線、電網和甲丙線相連。調節2臺變壓器的分接頭位置，將1號變壓器分接頭向正方向調節，2號變壓器的分接頭向負方向調節，由此產生的電壓差將在甲乙線、甲丙線、1號變壓器、2號變壓器中產生環流，使線路電流增大。

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

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

(5)

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

(6)

Ul1=IZ12+Ul2

(7)

式中：Ul1表示甲乙線乙側電壓值；Ul2表示甲丙線丙側電壓值；Il表示環流；Il1表示流經甲乙線的負荷電流；Il2表示流經甲丙線的負荷電流；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，流經線路的環流越大。通過潮流計算程序，計算出不同的分接頭位置對應的環流大小，根據相量測試所需負荷的大小，綜合考慮線路TA變比、一次設備的電壓承受能力，選擇合適的分接頭位置。

3 實例分析

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

忽略電阻的影響，1號、2號變壓器歸算到高壓側的高中壓側電抗之和分別為40.89 Ω、43.30 Ω。通過計算可得變壓器分接頭位于不同位置時通過變壓器兩側的環流，如表1所示。

1號、2號變壓器配置的TA變比為2 500/1，相量檢查要求的電流為250 A，所以應逐步調整1號、2號變壓器分接頭至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。通過計算可得變壓器分接頭位于不同位置時通過線路兩側的環流，如表2所示。

表1 不同分接頭位置對應的變壓器環流

表2 不同分接頭位置對應的線路環流

甲乙線、甲丙線配置的TA變比為1 600/1，相量測試要求的電流為160 A，所以應逐步調整1號、2號變壓器分接頭至3、-3位置。

4 相量測試法應用中需注意的問題

在使用基于變壓器有載調壓的方法進行相量測試時，有以下幾點需要注意。

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

b. 使用基于變壓器有載調壓的方法進行相量測試時應密切關注網上電壓。在進行相量測試之前應根據網上電壓估算變壓器有載調壓的范圍，防止由于過度調節引起的設備過電壓。

c. 使用基于變壓器有載調壓的方法進行相量測試前，應先對主變壓器分接頭處于不同位置引起的環流大小進行估算，以判斷在一次設備可接受電壓范圍內所產生的環流能否滿足相量測試的要求。

5 結束語

相量測試是新設備投運必需的試驗之一，目的是保證繼電保護動作的正確性。以上從理論出發，并配合實例，驗證了基于變壓器有載調壓的相量測試法，可通過調整變壓器分接頭的位置，配合一定的運行方式，使變電站變壓器或出線之間出現環流，從而增加變壓器及線路中的電流，滿足相量測試的要求，給現場工作人員提供了幫助。

參考文獻：

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