500kV自耦變帶負荷測試二次回路接線正確性的智能分析

國網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備的核心，主保護采用主變差動保護，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，其性能決定電網安全穩定運行。根據《繼電保護及自動裝置的檢驗規程》要求，對新安裝或二次回路有變動的主變保護，在投入運行前須進行帶負荷測試工作。而500kV以上特高壓主變多為自耦變，為實現用于自耦變的帶負荷測試，其分析方法的研究具有十分重要的意義。

傳統的帶負荷測試方法是使用鉗形相位伏安表以高壓側電壓為基準，測量保護屏的高中低壓各側電流的幅值和相位，再根據測量數據計算有功、無功功率，手動繪制出六角相量圖，結合后臺監控的負荷的大小和方向進行人工分析，從而判斷CT極性和二次回路接線方式的正確與否。由于差動保護的三側電流存在相位差，相對矢量關系復雜，要求人員具備較高的理論基礎和專業技能水平，能準確計算不同側電壓電流間的相位關系并繪制出六角相量圖，否則對測量結果無法判讀其正確性；特別針對500kV變電站保護裝置帶負荷測試工作，這樣的操作方式不但流程繁瑣且容易因人為因素導致報告整理不及時、原始數據丟失、書寫數據不規范、謄寫錯誤等影響判斷，工作效率低，不利于專業管理水平的提升。隨著智能化的行業推進，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，如何進行自耦變的帶負荷測試時的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；U1為原繞組電壓；I1為原繞組電流；W2為副繞組匝數；U2為副繞組電壓；I2為副繞組電流。電力系統中的聯絡變壓器常采用三繞組（高壓、中壓、低壓）自耦變[1]。

圖1 三繞組自耦變結構示意圖

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）：當高、低壓側運行時，Ih超前Il150°，Il超前Ilb30°，如圖2(a)所示；當高、中壓側運行時，Ih與Im相差180°，如圖2(b)所示；高壓側電流、公共繞組電流與中壓側電流方向相反，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為以高壓側為基準的電壓、Ih為高壓側電流，-Ih為高壓側反向電流，Im為中壓側電流，Il為低壓側開關電流，Ilb為低壓側套管電流，Ip為公共繞組電流，φh表示參考電壓以高壓側Ua為基準的高壓側電流阻抗角，φm表示參考電壓以高壓側Ua為基準的中壓側電流阻抗角，φp表示參考電壓以高壓側Ua為基準的公共繞組電流阻抗角。

2 電流回路極性分析

差動保護及帶負荷測試[2]：差動保護作為變壓器的主保護，原理簡單、實現方式復雜，人為影響出錯率較大，會導致正確動作率降低。主變投運前必須進行帶負荷測試[3]。通過對變壓器各側電流數據進行測量后進行如下數據分析：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：投運負荷P、Q，則功率因數角為φ，同時由P、Q的正負可計算阻抗角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。測量各側電流的幅值，一次電流與二次電流符合需變比關系；各側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為基準的U2與I2的相位，并將數據顯示在液晶顯示屏上，同時通過藍牙/USB將數據傳送到智能終端；支持智能終端進行數據處理。

3.2 智能帶負荷測試

智能終端讀取測量終端測量結果，統一以高壓側Ua為參考電壓，利用軟件將多次測量結果進行合成計算，處理流程結合圖3具體分析如下：在智能終端中可設定高壓側、中壓側、低壓側開關、公共繞組、低壓側套管的PT和CT變比；可設定高壓側、中壓側、低壓側有功功率P(MW)、無功功率Q(MVar)或輸入電容、電抗器負荷的容量；根據投運負荷P、Q確定本側功率因數角φ：根據不同側測量得到的數據進行向量分析，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

假設由于負載不平衡引起阻抗角的變化是10°，根據投運負荷P、Q，流出的高壓側負荷，確定參考電壓以高壓側Ua為基準的高壓側阻抗角為φh，三相（ac）負荷電流分別為Iha、Ihb、Ihc，通過阻抗角分析進行查表，確定高壓側三相電流及相對應的極性，查找表中的阻抗角、三相負荷電流、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。

若存在低壓側負荷，根據投運負荷P、Q，流出的低壓側負荷，Il表示低壓側開關電流，Ul表示低壓側電壓，低壓側的功率因數角為φl=φ〈Ul,Il〉，三相（ac）負荷電流分別為Ila、Ilb、Ilc，通過參考電壓以高壓側Ua為基準的低壓側阻抗角分析進行查表，確定低壓側開關三相電流及相對應的極性，查找表中的阻抗角、三相負荷電流、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。

若存在中壓側負荷，根據投運負荷P、Q，流出的中壓側負荷，確定中壓側的功率因數角為φma=φ〈Um,Im〉，三相（ac）負荷電流分別為Ima、Imb、Imc，通過參考電壓以高壓側Ua為基準的中壓側阻抗角分析進行查表，確定中壓側開關三相電流及相對應的極性，查找表中的阻抗角、三相負荷電流、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）負荷電流分別為Ipa、Ipb、Ipc，通過參考電壓以高壓側Ua為基準的公共繞組阻抗角分析進行查表，確定公共繞組三相電流及相對應的極性，查找表中的阻抗角、三相負荷電流、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行查表判斷，測試合格則判定結果通過；否則可判定極性、接線存在問題。最后將測試結果生成電子版試驗報告。

3.3 試驗與效果分析

模擬變電站現場，設接線方式為Y/Y/Δ；首先進行高壓側5041回路測量，再對高壓側5042回路、低壓套管回路11測量，智能終端可實現電流二次回路極性、接線等智能分析；測試結果可進行信息地理位置等信息備注，數據可導出電子報告。

綜上，本文提出一種在自耦變帶負荷測試中電流二次回路接線的智能分析方法。通過設定高壓側、中壓側、低壓側開關、公共繞阻、低壓側套管的電壓等級、CT變比等，輸入帶負荷測試的電容、電抗器負荷有功功率、無功功率，并根據測量得到的以高壓側Ua為基準的各側電壓、電流的幅值、相位數據可以生成向量圖，并根據查找對應表格智能分析高壓側、低壓側、公共繞阻、低壓側的各側三相電流CT二次回路的極性、相序接線是否正確。