利用励磁涌流校核差动保护极性的可行性研究与实践

王霏霏

(清远蓄能发电有限公司，广东清远511853)

利用励磁涌流校核差动保护极性的可行性研究与实践

王霏霏

(清远蓄能发电有限公司，广东清远511853)

以清蓄电厂为例介绍利用主变压器充电时的励磁涌流校核差动保护极性的可行性分析和实践过程，该方法克服电厂负荷低的困难，利用励磁涌流电流导相偏置的特点开展带负荷检查，具有实际工程意义，可供新并网厂站校核差动保护极性作参考。

励磁涌流；差动保护；TA；极性

根据南方电网电力调度管理规程的规定，500 kV线路不允许无主保护运行，电网内大多数的电厂或电站都采用光纤差动保护作为设备主保护，在新建电厂或电站首次充电时，往往受到条件所限，没有足够的负荷电流来校核差动保护极性。变压器在充电瞬间会产生6～8倍额定电流大小的励磁涌流，在充电时，可以利用冲击变压器时产生的励磁涌流来校核光纤差动保护极性〔1〕。文中以清蓄电厂为例，介绍利用主变压器充电时通过录波的方式对励磁涌流进行对比分析，从而实现差动保护极性校核的可行性分析和实践过程。

1 励磁涌流校核差动保护极性的必要性

清蓄电厂500 kV GIS设备采用四角形接线方式，全厂仅有1条500 kV出线，无其他电压等级的输电设备。500 kV GIS设备通过2条长距离高压电缆与地下厂房4台发变组相连接，电厂地下厂房单台可逆式机组额定容量为320 MW，单台主变压器额定容量为380 MW。电厂用电系统在正常运行方式下，由主变压器低压侧供电，厂用电系统主变压器额定容量6 300 kVA。机组励磁采用自并励静止励磁系统，励磁变压器由主变压器低压侧供电，额定容量1 950 kVA。全厂安装1套静止变频器(SFC)，SFC系统由1号和3号主变压器低压侧供电，SFC输入变压器额定容量为28.576 MW。而电厂500 kV高压设备采用的主保护均为差动保护，因此，在1号主变压器充电过程中，必须校核差动保护极性。

由于1号机组调试的需要，1号主变压器须先行投运。电厂厂内负荷通过清花甲线、500 kV GIS设备、1号高压电缆、1号主变压器由电网供电。在1号主变压器充电范围内，全厂仅有1条500 kV出线清花甲线，无其他电压等级的输电设备，不能通过多条出线形成环流来校核差动保护极性；厂内无电容器组，无法通过电容电流校核差动保护极性；1号主变压器投运时，厂内厂用电负荷尚未完全投入，且容量较小，无法提供足够的负荷电流来校核500 kV设备主保护。因此，在1号主变充电过程中，仅能采用励磁涌流来校核差动保护极性。

2 利用主变压器励磁涌流校核差动保护极性的可行性分析

清蓄电厂主变压器采用无励磁调压变压器，额定容量380 MW，连接组别YNd11型。铁心剩磁－1.0 T，高压额定档合闸，其冲击电流约为1 303.82 A，冲击倍数约为3.12倍，从冲击电流大小来看，此电流足够校核500 kV设备主保护极性。变压器励磁涌流包含有很大成分的非周期分量〔2〕，往往使涌流偏于时间轴的一侧，波形中含有大量高次谐波，并以二次谐波为主，励磁涌流的产生与合闸角有关且呈衰减态势，单纯的励磁涌流波形与工频电流波形有很大区别〔3〕，因此，利用励磁涌流校核差动保护极性不能单纯使用画相量图的方法来判定保护TA极性。由于励磁涌流持续时间很短，并且励磁涌流的产生与合闸角有关，所以需要借助故障录波装置来采集保护TA回路的电流波形，从波形中获取有效数据进行保护极性的判定〔4〕。

变压器为感性负载，电流应滞后电压90°。在1号主变压器充电过程中，若不考虑损耗，可以认为电厂侧仅有1号主变感性负载。1号主变充电过程中，通过1号主变的电流应滞后电压约90°，那么，1号主变高压侧电流应滞后1号主变高压侧电压90°。1号主变充电过程中，电流从系统流向1号主变，1号主变压器差动保护高压侧的TA极性应指向主变压器，主变差动保护高压侧TA采集的电流波形应滞后电压波形约90°。利用这一特点，可以首先确认参考电流方向，然后，结合TA配置图中各个TA极性的设计情况，通过保护TA回路录波图来判定其他各个TA的方向是否与设计相符，进而确定所有1号主变充电范围内的500 kV设备差动保护TA极性。

3 差动保护电流回路录波接线方式

根据南方电网反措要求，保护设备均双重化配置，仅单套保护TA并未接入故障录波装置，所以必须采用人为试验接线的方式将所有保护TA回路接入故障录波装置。电流回路试验接线的原则是，结合现场实际情况，尽量简化TA回路试验接线方式，尽可能降低 TA断线风险〔5〕。根据电厂保护TA实际接线情况，试验接线可采用以下3种方式:

1)若接入保护装置的电流为差流，则拆除装置电流回路尾部短接线，将故障录波装置串入差流回路中，录波装置采集该保护差流波形。

2)若接入保护装置的电流为各TA电流，则分别拆除装置各个电流回路尾部短接线，将故障录波装置串入每个TA回路中，录波装置采集该保护各个TA回路电流波形。

3)当故障录波屏内备用TA回路模块数量不足时，采用试验接线改接差动电流，将差流接入故障录波的接线方式。图1中2号高压电缆不在此次充电范围内，将2号高压电缆保护TA回路断开，分别将短引线保护TA回路A，B，C三相短接形成差流回路后再逐相接入故障录波装置。

图1 第1次充电电流流向图

4 1号主变充电时保护TA极性校核

电厂首台主变 (1号主变)充电时，将500 kV GIS解环运行，调整电流流向，使充电时的电流分别流经各个保护TA，采录电流波形。

4.1 第1次冲击

第1次冲击通过合5002开关，电流从清花甲线、5002开关流向 1号主变，如图1所示。通过观察录波波形校核安装在5002开关间隔内的TA极性、1号高压电缆保护主变高压侧TA极性、1号主变差动保护高压侧TA极性。

第1次充电时，录波记录下的TA情况如下:

1)参考波形的选取

1号主变在充电过程中，相当于一个感性负载，电流应滞后电压90°。从录波波形来看，主变高压侧电压尖峰时刻与主变高压侧TA电流尖峰时刻间的时差为5 ms，工频1个周波时差为20 ms，波形显示主变高压侧电流滞后电压约为90°(如图2—3所示)，说明主变高压侧TA电流流向为P1指向P2，与设计相符。

图2 第1次充电时主变高压侧三相电压波形

图3 第1次充电时主变高压侧三相电流波形

2)差动保护TA波形的对比分析

以主变高压侧TA电流波形为参考波形 (定义为正方向，主变励磁涌流A相偏向负半轴，B相偏向正半轴，C相偏向负半轴)。将其他位置的TA波形与之相对比，确定其它各TA的极性。以清花甲线差动保护极性的判断为例，清花甲线差动保护的差流回路接入了录波装置，第1次充电时，差流为清花甲线纵差保护流经5002开关间隔时的波形，如图4所示。对比参考方向，该组电流方向与主变高压侧TA电流方向相反 (P2指向P1)，对照设计图可以看到，清花甲线光纤差动保护安装于5002开关间隔的TA极性正确。

图4 清花甲线清蓄侧主一保护三相差流波形

清花甲线主二保护差流 (清花甲线短引线保护二)，如图5所示。对比参考方向，该组电流方向与参考电流方向相反，为P2指向P1，TA极性正确。

图5 清花甲线清蓄侧主二保护三相差流波形

清花甲线对侧站 (花都变电站)主保护差流波形 (与电厂侧电流方向相反，与设计相符)。如图6所示。

图6 清花甲线花都站侧主二保护三相差流波形

清花甲线光纤差动保护位于5002开关间隔内的TA极性校核完毕。同样的方法，可以对第1次充电时，电流流经的各个TA的极性进行校核。

4.2 第2次冲击

第2次冲击通过合5001，5004，5003开关来调整潮流流向，电流从清花甲线、5001开关、5004开关、5003开关流向1号主变，如图7所示。通过观察录波波形校核安装在这3个开关间隔内的TA极性、1号高压电缆保护主变高压侧TA极性、1号主变差动保护高压侧TA极性。

图7 第2次充电电流流向图

第2次充电时，选择1号主变保护高压侧TA电流波形 (图8)为参考波形，电流通过该TA的流向为参考正方向。其波形如图9所示，1号主变保护高压侧TA电流波形 (主变励磁涌流A相偏向负半轴，B相偏向正半轴，C相偏向负半轴)。

图8 第2次充电时主变高压侧电流波形

图9 第2次充电清花甲线清蓄侧主一保护三相差流波形图

以主变高压侧TA电流波形为参考波形 (定义为正方向，主变励磁涌流A相偏向负半轴，B相偏向正半轴，C相偏向负半轴)。将其他位置的TA波形与之相对比，来确定其它各TA的极性。第2次充电时，差流为清花甲线纵差保护流经5001开关间隔时的波形，对比参考方向，该组电流方向与主变高压侧TA电流方向相反 (P2指向P1)，对照设计图可以看到，清花甲线光纤差动保护安装于5001开关间隔TA极性正确。

清花甲线主二保护差流 (清花甲线短引线保护二)，波形如图10所示。该组电流方向与参考电流方向相反，为P2指向P1，TA极性正确。

图10 第2次充电清花甲线清蓄侧主二保护三相差流波形图

清花甲线光纤差动保护位于5001开关间隔内的TA极性校核完毕。同样的方法，可以对第2次充电时，电流流经的各个TA的极性进行校核。

5 结论

从利用主变压器充电时的励磁涌流校核差动保护TA极性的分析过程来看，这种带负荷极性校核方法不受电厂或电站的接线方式以及建设完成情况的影响，对实际工程条件要求较低，可以解决大多数无负荷电流情况下，差动保护极性校核的需求。利用变压器为感性负载的特性，通过变压器高压侧电压及流经变压器高压侧的电流之间的相位关系确定变压器高压侧TA的极性，再将电流流经该TA的方向作为参考方向，然后，利用励磁涌流波形往往偏向时间轴的一侧这一特点，观察电流流经的各个TA录波图形，对照TA设计图纸判定TA极性是否与设计相符〔6〕。

清蓄电厂机组投运后，通过负荷电流来进一步复核差动保护TA的极性，与依靠励磁涌流录波判定的TA极性情况完全一致。利用涌流波形判断差动保护TA极性的方法，可以准确判断差动保护的TA极性是否符合设计要求，并可推广应用到所有保护或测量TA极性的校核。这种励磁涌流判断差动保护TA极性的方法，满足实际工程需求，可以解决部分新投运厂站没有足够负荷电流校核差动保护极性的问题，为新设备可靠并网提供了技术保障，具有一定的参考意义。

〔1〕安晓龙，王树达，陈亮，等.变压器励磁涌流对差动保护的影响及解决方法的探讨 〔J〕.电气开关，2011，49(3):10-12.

〔2〕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〕.北京:中国电力出版社，1999.

〔3〕贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理 〔M〕.北京:中国电力出版社，1994.

〔4〕安晓龙，王树达，陈亮，等.变压器励磁涌流对差动保护的影响及解决方法的探讨 〔J〕.电气开关，2011，49(3):10-12.

〔5〕赵博.变压器励磁涌流对差动保护影响的研究 〔D〕.保定:华北电力大学，2014.

〔6〕姚东晓，邓茂军，倪传坤，等.变压器多侧励磁涌流产生机理及对差动快速动作区影响研究 〔J〕.电力系统保护与控制，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，工程师，主要研究方向电力系统自动化。

2016－04－28 改回日期:2016－07－01