500kV自耦变压器分相差...低压绕组电流互感器接线研究_于航.pdf

第 24 卷 第 2 期 2023 年 2 月 电 气 技 术 Electrical Engineering Vol.24 No.2Feb.2023 500kV 自耦变压器分相差动保护低压绕组 电流互感器接线研究 于 航1 郑 瑜2 蒋炯锋1 司徒伟业1 王 皓1（1.广东电网有限公司中山供电局，广东 中山 528400；2.广东电网有限公司佛山供电局，广东 佛山 528000）摘要 500kV 自耦变压器分相差动保护在低压侧使用接线形式复杂的低压绕组电流互感器。本文首先给出了差动保护电流互感器减极性接线形式，在此基础上，着重分析低压绕组电流互感器接线原理和在不同安装位置的接线形式，防止验收人员按照减极性接线固有经验进行低压绕组电流互感器接线造成电流互感器极性接反。然后，通过某 500kV 主变带负荷测试案例详细说明低压绕组电流互感器极性接反后保护装置的实际运行状态和动作情况，以提高变电验收人员对低压绕组电流互感器极性验收问题的警惕性，为将来的变压器改造验收工作提供理论基础。关键词：自耦变压器；差动保护；分相差动保护；低压绕组电流互感器；减极性 Research on low-voltage winding current transformer wiring of phase differential protection in 500kV autotransformer YU Hang1 ZHENG Yu2 JIANG Jiongfeng1 SITU Weiye1 WANG Hao1(1.Zhongshan Power Supply of Guangdong Power Grid Co.,Ltd,Zhongshan,Guangdong 528400;2.Foshan Power Supply of Guangdong Power Grid Co.,Ltd,Foshan,Guangdong 528000)Abstract Phase differential protection uses low-voltage winding current transformer at the low-voltage side in 500kV autotransformer.On the basis of describing the differential protection depolarity wiring for the autotransformer,this paper focuses on analyzing the wiring and polarity of low-voltage winding current transformer in the phase differential protection to solve the difficulties in the current transformer polarity acceptance of the autotransformer differential protection in actual work.Finally,through a load test case of 500kV autotransformer,the actual operating state and action of the protection devices are explained in detail where the polarity of the low-voltage winding current transformer is reversed.Keywords：autotransformer;differential protection;phase differential protection;low-voltage winding current transformer;subtractive polarity 0 引言 自耦变压器因其体积小、损耗低而被广泛应用于 500kV 及以上电压等级电力系统中，进行电压变换和能量传递。差动保护为自耦变压器的主保护，文献1-5介绍了自耦变压器差动保护的主要分类和电流互感器（current transformer,CT）配置情况。近年来，继电保护厂家在自耦变压器的差动保护中增加了分相差动保护功能，旨在提高变压器各相对其内部轻微短路故障的灵敏度。分相差动保护使用高压侧、中压侧开关 CT 和低压绕组 CT 构成各相的差动保护。构成差动保护的 CT 使用减极性接线形式，在原主变保护装置中，低压绕组 CT 只用于低压侧绕组过电流保护，未考虑低压绕组 CT 的极性问题。在主变改造过程中，验收人员极易忽略低压绕组 CT极性及其与高压侧、中压侧开关 CT 极性的配合情况，将新放置的二次电流电缆按照原接线位置接入，可能会使低压绕组 CT 不满足减极性接线要求，进78 电 气 技 术 第 24 卷 第 2 期 而引起分相差动保护误动。目前，还没有文章分析低压绕组 CT 的接线方式对分相差动保护造成的影响。因此，本文着重分析分相差动保护低压绕组 CT 的接线情况，详细阐释低压绕组 CT 的接线原理和在不同安装位置的接线形式，防止实际工作中验收人员按照减极性接线的固有经验进行低压绕组 CT 接线，造成 CT 极性接反。最后通过某 500kV 主变带负荷测试案例，说明低压绕组 CT 极性接反后保护装置的实际运行状态和动作情况，为将来变压器改造验收工作提供理论基础。1 自耦变压器分相差动保护原理分析 自耦变压器6-7根据电磁感应现象中的自感现象制成，自感电动势是由于通过线圈本身的电流产生变化，使穿过线圈的磁通发生变化而在线圈两端感应出的电动势。自耦变压器一、二次侧既有磁的联系也有电的直接联系。目前，500kV 电压等级电力系统主要使用三绕组自耦变压器，三个绕组分别为高压绕组、公共绕组和低压绕组。1.1 500kV 自耦变压器差动保护分类 三绕组自耦变压器差动保护8主要配置有纵联差动保护、分侧差动保护、分相差动保护和零序差动保护。某 500kV 变电站自耦变压器差动保护 CT配置如图 1 所示。其中，纵差保护由高压侧开关 CT1、中压侧开关 CT2、低压侧开关 CT3 构成；分相差动保护由高压侧开关 CT1、中压侧开关 CT2、低压套管 CT4 构成；分侧差动保护由高压侧开关CT1、中压侧开关 CT2、公共绕组 CT5 构成；零序差动保护由高压侧开关 CT1、中压侧开关 CT2、公共绕组 CT5 各侧自产零序电流构成。图 1 自耦变压器差动保护 CT 配置 1.2 分相差动保护原理分析 近年来，继电保护厂家在变压器差动保护中增加了分相差动保护功能，旨在提高变压器各相对其内部轻微短路故障的灵敏度。分相差动保护采用比率制动的形式，其动作特性如图 2 所示，分相差动保护中每相差流只与本相相关，与其他相无关，故不存在相位校正等问题。分相差动保护的差流及制动电流公式（针对 Yyd11 接线分相变压器）如式（1）和式（2）所示。图 2 分相差动保护动作特性 差动方程为 dhmltIIII=+（1）制动方程为 hmltr2IIII+=（2）式中：Id、Ir分别为差动电流、制动电流；Ih为高压侧开关CT1的电流；Im为中压侧开关CT2的电流；Ilt为低压绕组CT4的电流。计算分相差动保护差流时，只需将各侧实际二次电流值除以各侧额定二次电流值，即可得到归算到高压侧的二次电流值，高压侧开关CT、中压侧开关CT二次额定电流I2e的计算公式为 n2en 13SIU n=（3）式中：Sn为变压器额定容量；Un为变压器各侧一次额定电压；n1为各侧CT电流比。对于低压绕组CT，其二次额定电流I2eLT为 n2eLTn 133SIU n=（4）2 自耦变压器分相差动保护低压绕组 CT接线分析 2.1 500kV 自耦变压器差动保护 CT 减极性接线 构成变压器差动保护9的三侧CT均采用减极性接线。减极性接线的固有经验为：当CT一次极2023 年 2 月 于 航等 500kV 自耦变压器分相差动保护低压绕组电流互感器接线研究 79 性端指向母线时，应由二次同极性端接至保护装置。即当一次电流从CT一次极性端P1流入CT，二次电流由二次同极性端S1流出至保护装置时，流入CT的一次电流与流入保护装置的二次电流相位一致。差动保护CT二次接线原理如图3所示。图 3 差动保护 CT 二次接线原理 规定电流从母线流出为正方向，当主变内部发生故障时，故障电流从各侧母线流入变压器故障点，按照图3所示减极性接线形式，此时主变保护装置测量的各侧二次电流相位相同，保护装置差流不为零，保护将会动作。主变正常运行时，负荷穿越电流从高压侧母线流出经主变流入低压侧母线，主变保护装置测量的高压侧二次电流与穿越电流相位相同，低压侧二次电流相位与穿越电流相位相反，保护装置差流为零，保护不会误动。2.2 分相差动保护低压绕组 CT 接线分析 500kV主变三相单独放置，主变低压侧采用三角形联结，每一相在变低处分别引出两个套管，命名为A、a端，B、b端，C、c端，通过过渡母线形成三角形11点联结形式，再经该过渡母线连接35kV母线，完成电压变换和能量传递。由于500kV主变保护采用双重化配置，因此需要在每相低压套管引出端各装一个CT，分别供主变主一保护装置和主二保护装置使用。某500kV变电站低压绕组CT安装位置如图4所示。由图4可知，每相低压绕组中两个CT的极性端P1均安装于35kV母线侧，其中CT4.1供主一保护装置使用，CT4.2供主二保护装置使用，图4中箭头指向为正常情况下负荷电流流向。以A相为例，电流经低压套管A一部分流向35kV母线，一部分流向其他相后，再经过渡母线流入低压套管A，构成Yyd11联结。图5为低压绕组CT接线原理。由图5可知，两个低压绕组CT极性端P1均指 图 4 某 500kV 变电站低压绕组 CT 安装位置 图 5 低压绕组 CT 接线原理 向母线侧，但这两个低压绕组CT反向串接，负荷电流从CT4.1的P2端流入，从CT4.2的P1端流入。正常负荷电流时，主变保护装置测量的高压侧二次电流与穿越电流相位相同，为使保护装置差流为0，保护装置测量的低压绕组二次电流相位应与负荷电流相位相反。因此，CT4.1应从S1端接至主一保护装置，CT4.2应从S2端接至主二保护装置，该低压绕组CT二次接线如图6所示。图 6 低压绕组 CT 二次接线 由上述分析可知，构成分相差动保护的低压绕组CT满足减极性接线。但是安装于套管a的CT4.2的接线形式并不符合“当CT极性端指向母线侧，二次侧由同极性端接至保护装置”的减极性接线固有经验，这是因为CT4.2虽然极性端P1指向母线侧，但由于负荷电流也由该极性端P1流入CT，为使保80 电 气 技 术 第 24 卷 第 2 期 护装置测量的低压侧二次电流与负荷电流相位相反，CT4.2二次侧应由S2端接至保护装置。由于不同厂家的主变低压绕组CT的安装位置不同，二次侧接线方式也不同，表1为不同CT安装位置下低压绕组CT的二次接线形式。表 1 不同 CT 安装位置下低压绕组 CT 的二次接线形式 CT 名称 指向母线侧 CT4.1 CT4.2 P1 S1 S2 P2 S2 S1 因此，在现场实际工作中，验收人员应摒弃减极性接线的固有经验，仔细核对主变铭牌上每相低压绕组CT的极性端安装方向，根据实际流入CT的电流方向，选择正确的低压绕组CT二次接线方式，而不是按照CT安装时指向母线极性端的固有经验选择低压绕组CT二次接线方式。3 实例分析 某500kV变电站自耦变压器改造后投运，采用投入1个电抗带主变变高开关和变低开关进行带负荷测试。该主变联结组标号为Yyd11，CT配置如图1所示，低压绕组CT极性端P1指向母线侧，二次侧由同极性端S1接至保护装置。主变参数见表2，带负荷测试结果见表3，保护装置电流示数见表4。表 2 主变参数 名称 参数 高压侧 CT 电流比 nH 4 000/1 低压侧 CT 电流比 nL 8 000/1 低压绕组 CT 电流比 nLT 4 000/1 高压侧额定电流/A 0.275 低压侧额定电流/A 2.095 低压绕组额定电流/A 2.381 从表3和表4可知，主一保护装置和主二保护装置变高侧电流和变低侧电流均相同。主一保护装置差流显示为0，但主二保护装置差流显示为0.11Ie。根据表3带负荷测试结果可计算出主一保护装置差流为 d10.0150.1200.2752.381I=（5）主二保护装置差流为 d2e0.0150.120.110.2752.381II=+=（6）表 3 带负荷测试结果 回路编号用途 电流比 电流/mA 相位/()A5111 14.6 90 B5111 14.8 210 C5111 15.1 330 N5111 主一（变高开关）4 000/1 0.3 A3211 118.0 270 B3211 117.0 30 C3211 121.0 150 N3211 主一（变低绕组）4 000/1 0.6 A5121 14.9 90 B5121 14.6 210 C5121 15.1 330 N5121 主二（变高开关）4 000/1 0.5 A3221 121.0 90 B3221 117.0 210 C3221 119.0 330 N3221 主二（变低绕组）4 000/1 0.5 表 4 保护装置电流示数 名称 主一 主二 高压侧二次电流/A 0.015 0.015 低压绕组二次电流/A 0.12 0.12 分相差动保护差流/A 0 0.11Ie 计算结果与表4中保护装置实际显示的差流一致。低压绕组CT4.1接线正确，低压绕组CT4.2二次侧接线接反，应由CT4.2的S2端接至主二保护装置。实际上，当任一相低压绕组CT极性接线接反时，保护装置的差流应为该相低压绕组实际二次电流值的2倍。低压绕组CT接线正确时，保护装置的差流为0，即 dhmlt0IIII=+=（7）低压绕组CT极性接线接反时，保护装置的差流为 dhmltlt2IIIII=+=（8）本案例中，在投入一个电抗时，低压绕组一次侧实际相电流为 lt0.12 4000A480AI=（9）2023 年 2 月 于 航等 500kV 自耦变压器分相差动保护低压绕组电流互感器接线研究 81 根据式（8）可得，低压绕组侧一次差流Idlt为 dltlt2960AII=（10）根据能量守恒定律，高压侧和低压绕组侧传递的功率守恒，则折算到高压侧的一次差流为 dlt35D500960 35A116A5003I UIU=相相 （11）换算为二次值为 de116A0.03A0.114000II=（12）本案例中，验收人员忽略低压绕组CT接线的特殊性，按照减极性接线的固有经验进行低压绕组CT接线，当CT4.2极性端P1指向母线侧时，误将二次侧由同极性端S1接至保护装置，使位于套管a上的CT4.2极性接反，相应的主变保护在负荷穿越电流的情况下，分相差动保护差流不为0。虽然CT4.2极性端P1指向母线侧，但由于负荷电流也由该极性端流入CT，只有当低压绕组CT二次侧由S2端接至保护装置时，才能保证保护装置测量的该二次电流与高压侧开关CT二次电流相位相反，在正常负荷电流下差流为0。4 结论 500kV自耦变压器中低压绕组CT串接在一起，不同厂家的主变低压绕组CT的安装位置不同，在主变改造验收过程中，验收人员应摒弃减极性接线的固有经验，重视低压绕组CT接线的特殊性，仔细核对主变铭牌上每相低压绕组CT的极性端安装方向，根据实际流入CT的电流方向，选用正确的低压绕组CT二次接线方式，而不是按照CT安装时指向母线极性端的固有经验选择低压绕组CT二次接线方式，防止低压绕组CT极性接线错误，造成主变分相差动保护误动，影响电力系统的安全稳定 运行。对于已投运且具有分相差动保护功能的主变保护装置，继保人员应特别注意低压侧无功补偿装置投入时主变保护装置差流异常的情况，进一步按照本文所示差流计算方法与保护装置显示的差流进行比较，判断低压绕组CT接线是否正确。当低压绕组CT极性接线错误时，应及时将该主变保护装置退出运行进行消缺。参考文献 1 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答M.2 版.北京:中国电力出版社,2011.2 王欢,井永腾,李岩.自耦变压器的短路阻抗计算与分析J.变压器,2017,54(11):1-5.3 李杰.一起线路故障引起主变差动保护误动的分析J.电气技术,2019,20(12):112-115,118.4 楚皓翔,宋宇,李涵.500kV 变压器纵差保护试验方法J.电气技术,2022,23(3):87-91.5 郑瑜,蒋炯锋.一起 10kV 接地变零序保护误动的事件分析J.电气技术,2021,22(2):101-104.6 李智.自耦变压器差动保护动作原因分析及判断J.电气化铁道,2018,29(4):79-83.7 关万祥.500kV 自耦变压器带负荷测试保护向量方法分析J.内蒙古电力技术,2015,33(1):86-89.8 席亚克,刘桂莲,刘永欣,等.自耦变压器主保护配置方案研究J.电气技术,2015,16(6):84-88.9 国家电电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材(下册)M.北京:中国电力出版社,2009.收稿日期：2022-11-29 修回日期：2022-12-23 作者简介 于 航（1991），男，河北省邢台市人，硕士，工程师，主要从事电力系统保护控制技术工作。