勵(lì)磁涌流在清蓄電站保護(hù)極性校驗(yàn)中的應(yīng)用

周玉權(quán)，王霏霏，甄培江

（清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511853）

1 概述

清蓄電站500kV開關(guān)站GIS設(shè)備采用四角形接線方式，經(jīng)一回500kV清花甲線接至500kV花都變電站，并預(yù)留一回出線間隔。500kV開關(guān)站GIS設(shè)備通過兩條高壓電纜與地下廠房GIS設(shè)備及4臺(tái)發(fā)變組相連接。地下廠房單臺(tái)可逆式機(jī)組額定功率320MW，單臺(tái)主變壓器額定容量380MVA。清蓄電站主接線如圖1所示。

圖1 清蓄電站主接線圖

由于機(jī)組調(diào)試需要，500kV線路、GIS、高壓電纜、主變等高壓設(shè)備須先行投運(yùn)，才能將廠內(nèi)調(diào)試負(fù)荷并入電網(wǎng)。根據(jù)南方電網(wǎng)電力調(diào)度管理規(guī)程規(guī)定，500kV設(shè)備不允許無主保護(hù)運(yùn)行，而清蓄電站500 kV設(shè)備所采用的主保護(hù)均為差動(dòng)保護(hù)，因此，在主變啟動(dòng)充電過程中，必須校驗(yàn)500kV線路、GIS、高壓電纜、主變等高壓設(shè)備差動(dòng)保護(hù)相關(guān)CT極性，確保其極性正確后才能投入使用，長期帶電運(yùn)行。但1號(hào)主變（首臺(tái)）受限于以下因素，僅能采用勵(lì)磁涌流來校核差動(dòng)保護(hù)極性：

（1）在主變充電范圍內(nèi)，全廠僅有一條500kV出線--清花甲線，無其他電壓等級(jí)的輸電設(shè)備，不能通過線路潮流的轉(zhuǎn)移形成環(huán)流來校核保護(hù)極性。

（2）首臺(tái)主變投運(yùn)時(shí)，廠內(nèi)廠用電負(fù)荷尚未完全投入，且容量較小，無法提供足夠的負(fù)荷電流來校核差動(dòng)保護(hù)極性。

（3）廠內(nèi)無電容器組，無法通過電容電流校核差動(dòng)保護(hù)極性。

（4）由于蓄能機(jī)組調(diào)試進(jìn)度及特點(diǎn)，無法通過主變高壓側(cè)短路零起升流法校驗(yàn)主變保護(hù)極性。因?yàn)樵摲椒ㄐ枰獧C(jī)組能空載穩(wěn)定運(yùn)行，形成負(fù)荷電流作為前提，對(duì)庫容、水頭也有一定要求。同樣，也無法通過主變低壓側(cè)短路升流法校驗(yàn)主變保護(hù)極性。因?yàn)楦邏簜?cè)須外接施工電源，工作量大，并且受電源容量限制，通入電流較小，不能全面檢查CT特性及二次回路接線中可能存在的問題。

2 利用勵(lì)磁涌流校驗(yàn)保護(hù)極性的可行性分析

清蓄電站主變壓器為無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，額定容量380MVA，連接組別為YNd11。差動(dòng)保護(hù)裝置最小測量二次電流為5mA,為了確保主變差動(dòng)保護(hù)CT極性可靠校驗(yàn)，一般要保證主變高壓側(cè)CT一次電流應(yīng)達(dá)到10mA以上。主變高壓側(cè)CT變比3000/1,所以只要主變高壓側(cè)CT一次電流達(dá)到30 A以上，即可滿足保護(hù)CT極性校驗(yàn)需求?？紤]主變壓器鐵心剩磁1.2T，當(dāng)從高壓側(cè)合閘沖擊時(shí)，其沖擊電流達(dá)1000A以上，足以滿足校核500kV設(shè)備主保護(hù)極性要求。

變壓器勵(lì)磁涌流含有較多的二次、高次諧波分量與非周期分量，其中的非周期分量會(huì)使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)。勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與變壓器合閘時(shí)的電壓相角有關(guān)，如在電壓過零點(diǎn)合閘，其勵(lì)磁涌流的值可以達(dá)至最高。勵(lì)磁涌流呈衰減趨勢(shì)，單純的勵(lì)磁涌流波形與工頻電流波形有很大區(qū)別，利用勵(lì)磁涌流校核差動(dòng)保護(hù)極性不能單純使用畫相量圖的方法來判定保護(hù)CT極性。由于勵(lì)磁涌流持續(xù)時(shí)間很短，并且勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與合閘角有關(guān)，所以需要借助故障錄波裝置采集保護(hù)CT回路的電流波形，從波形中獲取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)極性的判定。

變壓器為感性負(fù)載，在清蓄電站1號(hào)主變啟動(dòng)充電過程中，主變高壓側(cè)電流應(yīng)滯后主變高壓側(cè)電壓90°，電流從系統(tǒng)流向主變，主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)的CT極性應(yīng)指向主變，因此，主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)CT極性應(yīng)為正方向，該保護(hù)CT采集的電流波形應(yīng)滯后電壓約90°。利用這一特性，可以先確認(rèn)參考電流方向，再結(jié)合保護(hù)CT配置圖中各個(gè)CT極性的分布，通過分析保護(hù)CT回路錄波圖來判定主變啟動(dòng)充電范圍內(nèi)所有500kV設(shè)備差動(dòng)保護(hù)CT極性方向是否與設(shè)計(jì)相符。

3 校驗(yàn)過程

3.1 試驗(yàn)接線

按規(guī)程規(guī)范要求，保護(hù)設(shè)備均應(yīng)雙重化配置，但部分保護(hù)CT是未接入故障錄波裝置的，須采用試驗(yàn)接線的方式臨時(shí)將所有待校驗(yàn)的保護(hù)CT回路接入故障錄波裝置。電流回路試驗(yàn)接線時(shí)注意盡量簡化CT回路，并盡可能避免CT開路風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)清蓄電站保護(hù)CT實(shí)際情況，按以下試驗(yàn)接線方式接線：

（1）若接入保護(hù)裝置的電流為各CT電流或差流，則拆除保護(hù)裝置電流回路尾部短接線，將故障錄波裝置串入每一個(gè)CT回路或CT差流回路中，錄波裝置采集的即是該保護(hù)各個(gè)CT回路電流波形或該保護(hù)CT差流波形。試驗(yàn)接線如圖2、圖3所示。

圖2 保護(hù)CT電流回路拆接點(diǎn)

圖3 保護(hù)CT差流回路拆接點(diǎn)

（2）因故障錄波裝置備用CT回路模塊數(shù)量不足，需采用試驗(yàn)接線改接差動(dòng)電流，將差流接入故障錄波裝置。如圖4所示，將不在此次充電范圍內(nèi)的2號(hào)高壓電纜保護(hù)CT回路斷開，分別將短引線保護(hù)各CT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4 改接差流回路示意圖

按照上述接線方式，1號(hào)主變充電范圍時(shí)，待校驗(yàn)保護(hù)CT錄波接線情況見表1。

表1 待校驗(yàn)保護(hù)CT回路錄波接線

3.2 校驗(yàn)過程

（1）第1階段沖擊通過合上5002開關(guān)，電流從清花甲線、5002開關(guān)、1號(hào)高壓電纜流向1號(hào)主變。此時(shí)可以通過相關(guān)錄波波形校驗(yàn)充電路徑范圍內(nèi)的CT極性，包括5002開關(guān)間隔內(nèi)的CT、1號(hào)高壓電纜保護(hù)主變高壓側(cè)CT、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)CT。第1階段充電路徑如圖5所示。

圖5 第1階段主變充電路徑圖

1）參考波形的選取

因1號(hào)主變?cè)诔潆娺^程中，相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，電流滯后電壓約90°。實(shí)際錄得波形如圖6所示，主變高壓側(cè)電壓與電流峰值時(shí)刻間的時(shí)差約為5ms，對(duì)比工頻一個(gè)周波時(shí)差為20ms，波形顯示主變高壓側(cè)電流滯后電壓約90°，說明主變高壓側(cè)CT電流為正向，與設(shè)計(jì)一致。

圖6 第1階段參考電流波形圖

2）其他CT錄波記錄及極性確認(rèn)

以主變高壓側(cè)CT電流波形為參考波形（定義為正向：A相偏負(fù)半軸，B相偏正半軸，C相偏負(fù)半軸），將其他位置的CT波形與之相對(duì)比，來確定此次充電路徑范圍內(nèi)其他保護(hù)CT極性。此處以個(gè)別?

圖7 清花甲線主一保護(hù)差流波形

圖8 1號(hào)高壓電纜保護(hù)一（開關(guān)站側(cè)）差流波形

根據(jù)清花甲線主一保護(hù)差流波形，對(duì)比主變高壓側(cè)CT電流波形參考方向，該組電流方向?yàn)榉聪?，CT極性與設(shè)計(jì)一致。

1號(hào)高壓電纜保護(hù)一（開關(guān)站側(cè)）差流波形對(duì)比主變高壓側(cè)CT電流波形參考方向，該組電流方向?yàn)榉聪?，CT極性與設(shè)計(jì)一致。

圖9 1號(hào)高壓電纜保護(hù)一電流波形（地下廠房側(cè)）

1號(hào)高壓電纜保護(hù)一電流波形（地下廠房側(cè)）對(duì)比主變高壓側(cè)CT電流波形參考方向，該組電流方向?yàn)檎?，CT極性與設(shè)計(jì)一致。

3）第1階段充電后CT極性校驗(yàn)結(jié)果

按照上述對(duì)比方法，第1階段1號(hào)主變充電路徑內(nèi)各保護(hù)CT回路極性方向校驗(yàn)均可以得出相應(yīng)結(jié)果。實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 第1階段各保護(hù)CT極性校驗(yàn)結(jié)果表

（2）同理，第2階段沖擊通過合上5001、5004、5003開關(guān)，電流從清花甲線、5001/5004/5003開關(guān)、1號(hào)高壓電纜流向1號(hào)主變，此時(shí)可以通過相關(guān)錄波波形校驗(yàn)充電路徑范圍內(nèi)的CT極性，包括5001/5004/5003開關(guān)間隔內(nèi)的CT、1號(hào)高壓電纜保護(hù)主變高壓側(cè)CT（復(fù)核）、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)CT（復(fù)核）。第2階段充電路徑如圖10所示，校驗(yàn)過程此處不作冗述。至此1號(hào)主變充電范圍內(nèi)的差動(dòng)保護(hù)CT除主變低壓側(cè)均可得到校驗(yàn)。

圖10 第2階段主變充電路徑圖

4 結(jié)論

利用查看主變壓器啟動(dòng)充電時(shí)勵(lì)磁涌流波形的方式，可以準(zhǔn)確地校驗(yàn)充電范圍內(nèi)差動(dòng)保護(hù)的CT極性，解決清蓄電站首臺(tái)主變投運(yùn)前差動(dòng)保護(hù)極性校核的問題，為新設(shè)備可靠投運(yùn)提供了技術(shù)保障。但該方法需要在二次側(cè)拆接線進(jìn)行錄波，充電過程中須防范二次CT回路開路風(fēng)險(xiǎn)。而且主變低壓側(cè)CT無法校驗(yàn)極性，需要在滿足條件后，如廠用變充電（帶負(fù)荷或勵(lì)磁涌流）、機(jī)組短路試驗(yàn)校驗(yàn)低壓側(cè)CT極性，校驗(yàn)過程中需制定措施防范或應(yīng)對(duì)投運(yùn)設(shè)備跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]．北京:中國電力出版社，2004.

[2] 李建明，朱康．高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M]．2版.北京:中國電力出版社，2001.

[3] 張青松，蔡恒，徐浚.勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及勵(lì)磁涌流判別方法[J].電氣制造，2013（05）：26-30.

[4] 楊洪濤，景城.抽水蓄能電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)CT極性校驗(yàn)方法探討[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2010（04）：16-19.

[5] 郭志端，李迪[J].大型變壓器投產(chǎn)勵(lì)磁涌流特點(diǎn)分析[J].電力訊息，2016（05上）：215-216.

[6] 國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京.中國電力出版社，2009.