第３３卷第４期 １６ 水电站机电技术 Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１０ ２０１０年８月 Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ 抽水蓄能电站主变压器差动保护ＣＴ极性校验方法探讨 杨洪涛，景城 （湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北罗田４３８６００） 摘要：从主变压器差动保护原理出发，探讨了主变压器差动保护ＣＴ极性校验方法，详细分析了蓄能电站主变压 器差动保护ＣＴ极性校验新方法的原理、试验设备容量计算及设备选型方法和试验程序，解决了蓄能电站主变倒受 电前其差动保护ＣＴ极性校验难题，并对两种试验方法的优缺点进行了对比分析。 关键词：主变压器；差动保护；极性校验；方法 中图分类号：ＴＭ７７４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５３８７（２０１０）０４－００１６—０４ ０引言 主变压器作为电站的输变电设备，是电站的重要 失，起到保护变压器作用。但是，当ＣＴ１与ＣＴ２的极 ； 性接反时，则正好产生相反的效果，变压器差动保护 ， ； 。 一 － 将不能正确动作，特别是由于变压器高低压侧经过 了Ｙ／△变化后，高低压侧ＣＴ的极性校验难度会更 ， 设备之一，差动保护为变压器主保护，在电站变压器 投入正式运行之前，调度要求必须对差动保护ＣＴ 大，因此变压器差动保护ＣＴ极性校验必须经过一 极性进行校验，确保其极性正确后才能投入使用。如 次通流校验后才能最终确定。 果其极性得不到正确校验，在变压器投入运行后，如 ～二 ～ 果变压器内部有故障，差动保护拒动，可能会导致变 压器烧毁事故发生，同时可能会对电网造成巨大危 害，甚至会导致局部电网崩溃。因此变压器差动保护 ＣＴ极性校验是每一台主变压器投运前必须要完成 的检测项目之一。 １主变差动保护原理 变压器差动保护，是变压器内部及引出线上短 路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上 的相间短路、变压器内部匝问短路及大电流系统侧 图１ 变压器差动交流回路接入不意图 呼 一曰 口 的单相接地短路故障。变压器差动保护，按比较变压 器名侧同名相电流之间的大小及相位构成。以二卷娈．压 器为例，其—相差动的交流接入回路示意图如图１。 变压器正常运行时，，１与，２流人差动保护装置的 ２主变差动保护ＣＴ极性校验的一般方法 电站主变压器差动保护ＣＴ极性校验一般方法 是高压侧短路零起升流法。即利用主变高压侧出口 的接地刀闸形成三相短路接地，通过与其相连机组 提供短路电源（如图２所示），首先将机组手动开机 至发电工况，合上相应断路器和隔离开关，通过调节 收稿日期：２０１０—０５—０８ 电流大小相等，方向相反，在差动保护装置内不产生 差流，保护装置不动作，但是当变压器内部故障时， 变压器高低压侧一次电流均向变压器内部流动，此 时，ＣＴ二次侧电流，１与，２流人差动保护装置的电 流方向相同，差动保护装置内差流很大，保护装置迅 速动作，切断变压器高、低压侧断路器，故障电流消 作者简介：杨洪涛（１９６８一），男，教授级高级工程师，从事抽水蓄能电 站机电安装管理工作。 第４期 杨洪涛，等：抽水蓄能电站主变压器差动保护ＣＴ极性校验方法探讨 １７ 图２ 主变差动保护ＣＴ极性校验一般方法接线图 励磁电流的大小，逐步增加定子电流至额定电流的 １０％左右，从而达到检测主变差动保护ＣＴ极性目 的。使用该方法时必须具备下列条件： （１）机组发电工况空载试验已基本完成； （２）励磁系统、调速器系统空载试验已基本完 成； （３）励磁变高压侧与一次系统的连接线解开，并 做好安全防护措施； （４）从厂用电系统通过临时高压电缆接人励磁 变高压侧，并将励磁变保护跳闸回路通过临时电缆 连接至相应的厂用电断路器； （５）上水库仍有足够水源，机组水头在合适范围 之内，可保证机组发电工况空载稳定运行。 ３主变差动保护ＣＴ极性校验新方法 由于抽水蓄能电站具有的特殊性，①绝大多数 抽水蓄能电站在首台机组启动前，上库没有天然来 水，即便有些蓄能电站上库有水，也仅能满足机组发 电工况部分试验，上库存水很难满足通过机组带主 变零起升流来校验主变差动保护ｃＴ极性；②机组 在水泵工况启动时必须有外来电源拖动机组。因此， 蓄能电站在首台机组启动前，一般须完成主变倒受 电操作。而主变倒受电的必要条件之一是要确保主 变差动保护ｃＴ极性已经过一次通流（即在主变高 低压侧ＣＴ一次回路均同时流过电流）校验。由于主 变差动保护两组ＣＴ是分别接在主变高低压侧，且 因ＣＴ变比很大（ＣＴ变比选择与主变及机组容量有 关），一次侧电流如果达不到一定值，反应在ＣＴ二 次侧电流将很小，主变差动保护ＣＴ极性将无法确 定。因而必须要寻求一种新的方法来校核主变差动 保护ＣＴ极性。下面将以一台容量为３６０ ＭＶＡ ５００ ｋＶ主变为例介绍主变压器差动保护极性校验 新方法——主变低压侧短路升流法（外施电源法）。 ３．１基本原理 试验主接线如图３所示。将变压器低压侧利用 接地开关将其三相短路，而从高压侧加人额定频率 的三相交流电压，通过调节三相调压器输出，使短路 范围内ＣＴ二次侧电流达到满足极性校验的要求 值，通过差动保护装置（或高精度相位测试仪器），检 验三相差流的大小和相位是否正确。 图３ 主变差动保护ＣＴ极性校验新方法接线简图 ３．２已知试验条件 主变容量 为３６０ＭＶＡ；额定电压为５２５ ｋＶ／ １５．７５ ｋＶ（中间档位）；额定电流为３９６Ａｌｌ３ １９７Ａ；联 结组标号为ＹＮｄｌ１；短路阻抗 为１４％； 主变高压侧地刀最高可承受电压为１０ ｋＶ（该 １８ 水电站机电技术 第３３卷 值可查询ＧＩＳ设备手册）； 主变高压侧ＧＩＳ套管已安装试验合格，且ＧＩＳ 内已充合格的ＳＦ 气体； 时，所需外加电压为３ ｋＶ左右，满足主变高压侧地 刀最高可承受电压为１０ ｋＶ条件，且有较大余量，不 会对该地刀造成影响。 主变高压侧ＣＴ变比１ ５００Ａ／１ Ａ； 主变低压侧ＣＴ变比１５ ０００Ａ／１ Ａ； 考虑三相试验变压器及主变短路负载损耗，试 验三相变压器和三相调压器容量可选大于１００ ｋＶＡ 差动动保护装置（或高精度相位测试仪器）最小 试验设备。 测量二次电流为５ ｍＡ（Ｉ￣Ｐ当二次侧输入电流达到５ ｍＡ 现场实际试验过程中，根据实际情况，按如下选 以上时，可准确反应其电流和相位，该值可通过厂家 择试验设备： 技术说明书得知）。 ３．３试验设备选型计算 （１）试验所需电流计算 为了确保主变差动保护ＣＴ极性可靠校验，一 般考虑主变高压侧ＣＴ二次电流（，Ｊ）应达到１０ ｍＡ 以上，则主变高压侧一次电流 为： ｊ： １ Ｘ １０—３×１ ５００＝１０×１０ ×１ ５００＝１５ Ａ 则主变低压侧一次电流为： Ｊ』 』×１３ １９７÷３９６＝１５×１３ １９７÷３９６＝４９９．９ Ａ 保护装置侧低压侧二次电流，２为： １２＝１￣÷１５ ０００＝４９９．９÷１５ ０００＝０．０３３ ３ Ａ＝３３．３ ｍＡ 从上述计算可知，保护装置ＣＴ二次侧电流均 满足差动保护ＣＴ极性校验（或高精度相位测试仪） 要求。 （２）试验所需电源容量计算 试验所需电源容量可按下式计算： ， 、２ （１ １ ≥ ×ｆ １ 、所需的试验电压为： 、“ Ｕ： ×一Ｕｋ２ × “１００， 式中： 、（ 『＿＿—分别为变压器 走 容量和额定电压； 厶、＾ ——分别为变压器额定电流和变压器 高压侧一次试验电流； ——变压器短路阻抗百分数（％）； 、￡，＿—分别为所需试验电源视在功率和 变压器高压侧试验电压。 代入相关数据，根据公式（１）计算得知所需电源 的视在功率Ｓ≥７２－３ ｋＶＡ； 根据公式（２）计算得知变压器高压侧试验电压 Ｕ＝２．７８ ｋＶ。 （３）试验设备选择 从上述计算可知，当主变一次侧电流通入１５ Ａ 试验电力变压器选择为电站检修用三相电力变 压器，容量及变比分别为： ‘ Ｓ＝８００ ｋＶＡ，变比为：４００ Ｖ／１０ ｋＶ； 三相试验调压器从中试所借用，容量及变比分 别为： Ｓ＝１ ０００ ｋＶＡ，原边与副边电压为： ４００Ｖ／６５０Ｖ： ４００Ｖ开关从电站公用４００ Ｖ开关上选择备用 ４００ Ａ开关。 ３．４主变小差保护极性校验试验步骤 从图３可知：主变小差保护所用ＣＴ为ＣＴ ９与 ＣＴ１ ７。试验原理 口图４所示，具体试验 Ｉ１下： （１）断开０４６１、ｏ４６２隔离开关，合上主变低压侧 接地刀０４６１７地刀； （２）断开５００４６隔离开关，合上主变高压侧 ５００４６７地刀，并将每相接地连接片断开； （３）连接好试验变压器、试验调压器及调压器控 制柜之间的连接线； （４）整定三相调压器输出电压保护，按２００ Ｖ整 定，对应三相变压器输出电压为５ ｋＶ，并做好保护跳 闸测试； （５）将调压器调至最小位，合上４００ Ｖ开关，缓 慢调节调压器输出，监测试验变压器低压侧电压和 高压侧电流，同时从主变差动保护装置上检查主变 高低压侧ＣＴ电流是否正常。 （６）当确认主变高低压侧ＣＴ电流正常后，缓慢 调节试验调压器输出，直到试验变压器高压侧电流 达到１５ Ａ，保持稳定。检查主变高低压所有ＣＴ电流 是否正常，主变差动保护ＣＴ极性是否正确，当确认 所有结果满足要求后，降低调压器输出，并断开４００ Ｖ 开关。 第４期 杨洪涛，等：抽水蓄能电站主变压器差动保护ｃＴ极性校验方法探讨 １９ 图４试验原理接线图 ３．５试验中实测数据分析 试验中，现场实测电流数据如表１。 表１现场实测电压、电流数据 从上述实测数据可知，现场实际测量值与３．３．（２） 中计算值接近，在测量误差范围之内，同时通过主变差 动保护装置可清晰读取主变高低侧一次电流值，且相 位正确，差流均接近为０，主变小差保护极性正确。 ３．６试验方法进一步推广使用 （１）主变大差保护ＣＴ极性校验 从图３可以看出，主变大差保护所用ＣＴ为 ＣＴ１８和ＣＴ５，因ＣＴ５为发电机出口电流互感器，要 想在ＣＴ５二次侧有电流，则图３中的短路点应设在 发电机出口。解开发电机出口与ＩＰＢ（封闭母线）的 连接铜排，临时加装一组短路线（可承受短路电流 １ ０００ Ａ即可），主变低压侧接地刀闸均在分闸位置， 合上图３中的０４６１隔离开关（发电换相隔离开关） 和０４断路器，同时断开０４断路器的跳闸电源（防止 ０４断路器误跳闸）。 主变高压侧接线仍如图３所示，试验方法同３．４ 中的第（３）至第（６）步。利用此方法可顺利完成主变 大差保护中ＣＴ极性校验。 （２）５００ ｋＶ母线及高压电缆差动保护ＣＴ极陆险验 图５为电站５００ ｋＶ母线及高压电缆差动保护 ＣＴ配置图。尽管母线及高压电缆差动保护ＣＴ极性 可以利用高压电缆充电电流和主变冲击合闸过程中 录波方式来检验。但是也可以利用主变差动保护极 图５ 电站５００ ｋＶ系统母线及高压电线差动保护ＣＴ配置图 性校验新方法，在一次设备正式受电前，完成母线及 高压电缆差动保护ＣＴ极性校验。方法与３．４中方法 基本相同，试验设备容量仅需要考虑加上高压电缆 的充电电流即可，加压点可选择在图５中的Ａ点， 所加电压不受图３中接地开关电压限制，合上相应 的断路器及隔离开关（对断路器采取相应的防跳措 施），即可形成一次电流的通路，校验母线及高压电 缆保护ＣＴ极性。 ４结语 主变高压侧短路零起升流法在常规电站和蓄能 电站非首台主变差动保护极性校核中应用较为普 遍，该方法比较复杂，使用条件苛刻，且需要临时高 压电缆，占用机组有水调试直线工期。但该方法校验 ＣＴ极性效果较好、直观，能更全面检查电流互感器 特ｌ生及二次回路接线中存在的问题。 外施电源法解决了蓄能电站机组启动前，主变 倒受电时相关差动（主变差动、母线差动及高压电缆 差动等）保护ＣＴ极性无法校验问题，确保主变倒受 电的安全、可靠。该方法操作及使用条件简单，节省 临时高压电缆投资，不占用机组有水调试直线工期。 但该方法由于使用的是外施电源，受电源容量限制， 通人电流较小，不能全面检查电流互感器特性及二 次回路接线中可能存在的问题，因此在机组并网后， 需对ＣＴ及其二次回路进一步检验。 参考文献： 【１】李建明，朱康．高压电气设备试验方法ｆＭ】．（第二版）．中 国电力出版社，２００１．