利用勵磁涌流校核差動保護極性的可行性研究與實踐

王霏霏

(清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠511853)

利用勵磁涌流校核差動保護極性的可行性研究與實踐

王霏霏

(清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠511853)

以清蓄電廠為例介紹利用主變壓器充電時的勵磁涌流校核差動保護極性的可行性分析和實踐過程，該方法克服電廠負荷低的困難，利用勵磁涌流電流導相偏置的特點開展帶負荷檢查，具有實際工程意義，可供新并網廠站校核差動保護極性作參考。

勵磁涌流；差動保護；TA；極性

根據南方電網電力調度管理規程的規定，500 kV線路不允許無主保護運行，電網內大多數的電廠或電站都采用光纖差動保護作為設備主保護，在新建電廠或電站首次充電時，往往受到條件所限，沒有足夠的負荷電流來校核差動保護極性。變壓器在充電瞬間會產生6～8倍額定電流大小的勵磁涌流，在充電時，可以利用沖擊變壓器時產生的勵磁涌流來校核光纖差動保護極性〔1〕。文中以清蓄電廠為例，介紹利用主變壓器充電時通過錄波的方式對勵磁涌流進行對比分析，從而實現差動保護極性校核的可行性分析和實踐過程。

1 勵磁涌流校核差動保護極性的必要性

清蓄電廠500 kV GIS設備采用四角形接線方式，全廠僅有1條500 kV出線，無其他電壓等級的輸電設備。500 kV GIS設備通過2條長距離高壓電纜與地下廠房4臺發變組相連接，電廠地下廠房單臺可逆式機組額定容量為320 MW，單臺主變壓器額定容量為380 MW。電廠用電系統在正常運行方式下，由主變壓器低壓側供電，廠用電系統主變壓器額定容量6 300 kVA。機組勵磁采用自并勵靜止勵磁系統，勵磁變壓器由主變壓器低壓側供電，額定容量1 950 kVA。全廠安裝1套靜止變頻器(SFC)，SFC系統由1號和3號主變壓器低壓側供電，SFC輸入變壓器額定容量為28.576 MW。而電廠500 kV高壓設備采用的主保護均為差動保護，因此，在1號主變壓器充電過程中，必須校核差動保護極性。

由于1號機組調試的需要，1號主變壓器須先行投運。電廠廠內負荷通過清花甲線、500 kV GIS設備、1號高壓電纜、1號主變壓器由電網供電。在1號主變壓器充電范圍內，全廠僅有1條500 kV出線清花甲線，無其他電壓等級的輸電設備，不能通過多條出線形成環流來校核差動保護極性；廠內無電容器組，無法通過電容電流校核差動保護極性；1號主變壓器投運時，廠內廠用電負荷尚未完全投入，且容量較小，無法提供足夠的負荷電流來校核500 kV設備主保護。因此，在1號主變充電過程中，僅能采用勵磁涌流來校核差動保護極性。

2 利用主變壓器勵磁涌流校核差動保護極性的可行性分析

清蓄電廠主變壓器采用無勵磁調壓變壓器，額定容量380 MW，連接組別YNd11型。鐵心剩磁－1.0 T，高壓額定檔合閘，其沖擊電流約為1 303.82 A，沖擊倍數約為3.12倍，從沖擊電流大小來看，此電流足夠校核500 kV設備主保護極性。變壓器勵磁涌流包含有很大成分的非周期分量〔2〕，往往使涌流偏于時間軸的一側，波形中含有大量高次諧波，并以二次諧波為主，勵磁涌流的產生與合閘角有關且呈衰減態勢，單純的勵磁涌流波形與工頻電流波形有很大區別〔3〕，因此，利用勵磁涌流校核差動保護極性不能單純使用畫相量圖的方法來判定保護TA極性。由于勵磁涌流持續時間很短，并且勵磁涌流的產生與合閘角有關，所以需要借助故障錄波裝置來采集保護TA回路的電流波形，從波形中獲取有效數據進行保護極性的判定〔4〕。

變壓器為感性負載，電流應滯后電壓90°。在1號主變壓器充電過程中，若不考慮損耗，可以認為電廠側僅有1號主變感性負載。1號主變充電過程中，通過1號主變的電流應滯后電壓約90°，那么，1號主變高壓側電流應滯后1號主變高壓側電壓90°。1號主變充電過程中，電流從系統流向1號主變，1號主變壓器差動保護高壓側的TA極性應指向主變壓器，主變差動保護高壓側TA采集的電流波形應滯后電壓波形約90°。利用這一特點，可以首先確認參考電流方向，然后，結合TA配置圖中各個TA極性的設計情況，通過保護TA回路錄波圖來判定其他各個TA的方向是否與設計相符，進而確定所有1號主變充電范圍內的500 kV設備差動保護TA極性。

3 差動保護電流回路錄波接線方式

根據南方電網反措要求，保護設備均雙重化配置，僅單套保護TA并未接入故障錄波裝置，所以必須采用人為試驗接線的方式將所有保護TA回路接入故障錄波裝置。電流回路試驗接線的原則是，結合現場實際情況，盡量簡化TA回路試驗接線方式，盡可能降低 TA斷線風險〔5〕。根據電廠保護TA實際接線情況，試驗接線可采用以下3種方式:

1)若接入保護裝置的電流為差流，則拆除裝置電流回路尾部短接線，將故障錄波裝置串入差流回路中，錄波裝置采集該保護差流波形。

2)若接入保護裝置的電流為各TA電流，則分別拆除裝置各個電流回路尾部短接線，將故障錄波裝置串入每個TA回路中，錄波裝置采集該保護各個TA回路電流波形。

3)當故障錄波屏內備用TA回路模塊數量不足時，采用試驗接線改接差動電流，將差流接入故障錄波的接線方式。圖1中2號高壓電纜不在此次充電范圍內，將2號高壓電纜保護TA回路斷開，分別將短引線保護TA回路A，B，C三相短接形成差流回路后再逐相接入故障錄波裝置。

圖1 第1次充電電流流向圖

4 1號主變充電時保護TA極性校核

電廠首臺主變 (1號主變)充電時，將500 kV GIS解環運行，調整電流流向，使充電時的電流分別流經各個保護TA，采錄電流波形。

4.1 第1次沖擊

第1次沖擊通過合5002開關，電流從清花甲線、5002開關流向 1號主變，如圖1所示。通過觀察錄波波形校核安裝在5002開關間隔內的TA極性、1號高壓電纜保護主變高壓側TA極性、1號主變差動保護高壓側TA極性。

第1次充電時，錄波記錄下的TA情況如下:

1)參考波形的選取

1號主變在充電過程中，相當于一個感性負載，電流應滯后電壓90°。從錄波波形來看，主變高壓側電壓尖峰時刻與主變高壓側TA電流尖峰時刻間的時差為5 ms，工頻1個周波時差為20 ms，波形顯示主變高壓側電流滯后電壓約為90°(如圖2—3所示)，說明主變高壓側TA電流流向為P1指向P2，與設計相符。

圖2 第1次充電時主變高壓側三相電壓波形

圖3 第1次充電時主變高壓側三相電流波形

2)差動保護TA波形的對比分析

以主變高壓側TA電流波形為參考波形 (定義為正方向，主變勵磁涌流A相偏向負半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負半軸)。將其他位置的TA波形與之相對比，確定其它各TA的極性。以清花甲線差動保護極性的判斷為例，清花甲線差動保護的差流回路接入了錄波裝置，第1次充電時，差流為清花甲線縱差保護流經5002開關間隔時的波形，如圖4所示。對比參考方向，該組電流方向與主變高壓側TA電流方向相反 (P2指向P1)，對照設計圖可以看到，清花甲線光纖差動保護安裝于5002開關間隔的TA極性正確。

圖4 清花甲線清蓄側主一保護三相差流波形

清花甲線主二保護差流 (清花甲線短引線保護二)，如圖5所示。對比參考方向，該組電流方向與參考電流方向相反，為P2指向P1，TA極性正確。

圖5 清花甲線清蓄側主二保護三相差流波形

清花甲線對側站 (花都變電站)主保護差流波形 (與電廠側電流方向相反，與設計相符)。如圖6所示。

圖6 清花甲線花都站側主二保護三相差流波形

清花甲線光纖差動保護位于5002開關間隔內的TA極性校核完畢。同樣的方法，可以對第1次充電時，電流流經的各個TA的極性進行校核。

4.2 第2次沖擊

第2次沖擊通過合5001，5004，5003開關來調整潮流流向，電流從清花甲線、5001開關、5004開關、5003開關流向1號主變，如圖7所示。通過觀察錄波波形校核安裝在這3個開關間隔內的TA極性、1號高壓電纜保護主變高壓側TA極性、1號主變差動保護高壓側TA極性。

圖7 第2次充電電流流向圖

第2次充電時，選擇1號主變保護高壓側TA電流波形 (圖8)為參考波形，電流通過該TA的流向為參考正方向。其波形如圖9所示，1號主變保護高壓側TA電流波形 (主變勵磁涌流A相偏向負半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負半軸)。

圖8 第2次充電時主變高壓側電流波形

圖9 第2次充電清花甲線清蓄側主一保護三相差流波形圖

以主變高壓側TA電流波形為參考波形 (定義為正方向，主變勵磁涌流A相偏向負半軸，B相偏向正半軸，C相偏向負半軸)。將其他位置的TA波形與之相對比，來確定其它各TA的極性。第2次充電時，差流為清花甲線縱差保護流經5001開關間隔時的波形，對比參考方向，該組電流方向與主變高壓側TA電流方向相反 (P2指向P1)，對照設計圖可以看到，清花甲線光纖差動保護安裝于5001開關間隔TA極性正確。

清花甲線主二保護差流 (清花甲線短引線保護二)，波形如圖10所示。該組電流方向與參考電流方向相反，為P2指向P1，TA極性正確。

圖10 第2次充電清花甲線清蓄側主二保護三相差流波形圖

清花甲線光纖差動保護位于5001開關間隔內的TA極性校核完畢。同樣的方法，可以對第2次充電時，電流流經的各個TA的極性進行校核。

5 結論

從利用主變壓器充電時的勵磁涌流校核差動保護TA極性的分析過程來看，這種帶負荷極性校核方法不受電廠或電站的接線方式以及建設完成情況的影響，對實際工程條件要求較低，可以解決大多數無負荷電流情況下，差動保護極性校核的需求。利用變壓器為感性負載的特性，通過變壓器高壓側電壓及流經變壓器高壓側的電流之間的相位關系確定變壓器高壓側TA的極性，再將電流流經該TA的方向作為參考方向，然后，利用勵磁涌流波形往往偏向時間軸的一側這一特點，觀察電流流經的各個TA錄波圖形，對照TA設計圖紙判定TA極性是否與設計相符〔6〕。

清蓄電廠機組投運后，通過負荷電流來進一步復核差動保護TA的極性，與依靠勵磁涌流錄波判定的TA極性情況完全一致。利用涌流波形判斷差動保護TA極性的方法，可以準確判斷差動保護的TA極性是否符合設計要求，并可推廣應用到所有保護或測量TA極性的校核。這種勵磁涌流判斷差動保護TA極性的方法，滿足實際工程需求，可以解決部分新投運廠站沒有足夠負荷電流校核差動保護極性的問題，為新設備可靠并網提供了技術保障，具有一定的參考意義。

〔1〕安曉龍，王樹達，陳亮，等.變壓器勵磁涌流對差動保護的影響及解決方法的探討 〔J〕.電氣開關，2011，49(3):10-12.

〔2〕國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答〔M〕.北京:中國電力出版社，1999.

〔3〕賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理 〔M〕.北京:中國電力出版社，1994.

〔4〕安曉龍，王樹達，陳亮，等.變壓器勵磁涌流對差動保護的影響及解決方法的探討 〔J〕.電氣開關，2011，49(3):10-12.

〔5〕趙博.變壓器勵磁涌流對差動保護影響的研究 〔D〕.保定:華北電力大學，2014.

〔6〕姚東曉，鄧茂軍，倪傳坤，等.變壓器多側勵磁涌流產生機理及對差動快速動作區影響研究 〔J〕.電力系統保護與控制，2016，44(5):36-41.

Feasibility study and practice of checking the polarity of differential protection by using the inrush current

WANG Feifei

(Qingyuan pumped storage power generation Co.，Ltd.，Qingxin 511853，Guangdong)

Taking Qingyuan power plant as an example，the feasibility analysis and practice are introduced using the main transformer charging excitation inrush current to check the polarity.The methed can overcome the difficuties of low load and check polarity of the differential protectin with load by the characteristics of inrush current pilot bias.The result illustrate this method has engineering significance，and it can be a reference for new power plant to check the polarity of the differential protection.

inrush current；differential protection；TA；polarity

TM773.4

B

1008－0198(2016)06－0026－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.007

王霏霏(1983)，女，工程師，主要研究方向電力系統自動化。

2016－04－28 改回日期:2016－07－01