抽水蓄能电厂主变压器差动保护CT极性判别方法的商榷

罗 胤，王小军，吕志娟，董政淼，李长胜

（1.河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南阳市 473000；2.国网新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

抽水蓄能（以下简称蓄能）电厂励磁系统、静止变频系统（以下简称SFC）和厂用电系统的受电方式均来源于主变压器（以下简称主变）低压侧，因此，完成电力系统倒送电成为蓄能电厂首机首次启动调试的主要前提条件之一[1]。当主变受电完成后，由于电厂初期往往不能组织起有效的负荷对主变差动保护CT极性进行判别，电力系统管理部门根据相关运行规程将受电后的主变再次停运，对电厂调试工作造成重大影响。如何在电厂调试初期利用有限资源完成主变差动CT极性判别成为蓄能工程建设者的一道技术难题。

1 主变差动CT极性的判别的传统方法

变压器差动保护是根据被保护区域内的电流变化差额而动作的，一般需要进行幅值校正和相位校正，以补偿各侧变比差异及变压器接线组别导致的相位差。对新安装的或设备回路有较大变动的差动保护装置，在投入运行前，必须在同一时刻通入一次电流，对接入到装置中的各组电流回路方向关系进行判别确认，保障继电保护装置的可靠性[2-4]。主变差动CT极性判别的传统方法是发电电动机短路试验法。

利用主变高压侧出口接地开关（或在出线侧装设一组地线）形成三相短路，通过发电电动机励磁系统升流。具体方法见图1，依次合上主变各侧接地开关，启动机组至额定转速，换相隔离开关合于发电方向，出口断路器合闸，励磁系统为手动电流调节方式，通过调节励磁电流的大小，逐步增加定子电流至额定电流的1%～5%左右，从而达到判别差动CT极性的目的。例如广蓄电厂（8×300MW）。实际操作中，逐步增加定子电流至1500A左右，主变高、低压侧CT二次电流分别为0.05In、0.1In，电流方向从发电电动机指向电力系统，主变差动CT极性正确。但使用这一方法的前提条件是蓄能电厂上库须有充足水源，这一条件对于上库死库容较大、水头较低的电厂是苛刻的，必须采用其他新方法完成主变差动极性判别[5]。

图1 发电电动机短路试验图Figure 1 Generator/Motor circuit testing

2 主变差动CT极性判别的其他方法

2.1 利用其他厂（站）机组短路试验

如果蓄能电厂接入的变电站还有其他发电机组，可考虑采用倒闸操作的方式，使其他厂（站）机组与蓄能电厂组成一个孤网；或将临近电厂（站）送出线路接至本电厂高压线路出口侧，在蓄能电厂主变低压侧三相短接，由其他厂（站）机组短路试验，检查主变差动CT极性的正确性。宝泉蓄能电厂（4×300MW）首先考虑采用临近小水电机组升流来检验本厂主变差动CT极性。该厂主变保护装置需采样到0.025In才能判断CT极性，则主变高压侧要有62.5A电流通过。该厂附近有潭头水电站以35kV线路与系统连接，且此线路正好在宝泉500kV开关站附近路过，但因机组容量太小，该方案无法实施。后经与调度机构协商，决定采用倒闸操作的方式来完成主变差动CT极性的判别。试验过程见图2，将宝泉电厂通过获嘉、修武变电站的联络线与万方电厂组成孤网，解开宝泉1号机出口软连接，合上1号机出口隔离开关，由万方电厂升流，试验升流回路见图2红色部分。差动电流方向从电力系统指向发电电动机，CT极性正确。

2.2 接入大容量无功设备

图2 宝泉蓄能电厂判别主变差动CT极性图Figure 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Baoquan PSP

在发电电动机出口侧、厂用分支侧和SFC分支侧分别临时接入一组大容量无功设备，主变正常受电运行时，带有一定的无功负荷，电流能够达到额定电流的1%～5%，即可判别主变差动极性。仙居蓄能电厂（4×375MW）采用此方法，具体参数和试验结果见表1，经过相位分析，判断该电厂三个分支的CT极性均正确。

2.3 接入试验变压器

将试验用三相调压器、变压器和开关等设备接入蓄能电厂的主变回路，调节试验变压器的输出，使主变回路电流达到额定电流的1%～5%，从而校验主变差动CT极性。试验变压器和调压器的容量S和电压U选取应能满足式（1）、式（2）的要求，选择的试验断路器额定电流应能大于试验过程最大电流，选择接入试验回路隔离开关等设备的电压应能满足式（2）要求。

表1 仙居蓄能电厂判别主变差动CT极性结果表Table 1 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Xianju PSP

式（1）、（2）中：Sn、Un、In、I2分别为变压器额定容量、额定电压、额定电流和变压器高压二次侧试验电流；Uk为变压器短路阻抗；n为变压器高压侧CT变比；S、U分别为所需试验电源的容量和试验电压。白莲河蓄能电厂（4×300MW）采用该方法完成主变差动CT极性判别。该厂主变容量为360MVA，额定电压为525/18kV，短路阻抗为14%，高、低压侧CT变比为1500/1、15000/1，要求二次侧试验电流不小于0.01In。代入公式（1）、（2）可得，试验电源容量不小于72.3kVA，电压不低于2.78kV。现场试验的过程中，实际选用容量为800kVA、变比为10/0.4kV的试验变压器，选用容量为1000kVA，变比为400/650V的调压器。具体试验数据见表2。从实测数据可知，主变差动CT极性正确。

表2 白莲河蓄能电厂判别主变差动CT极性结果表Table 2 Main transformer differential CT polarity calibration chart of Bailianhe PSP

2.4 接入大电流发生器

利用大电流发生器校验差动电流极性的方法与接入试验变压器的方法基本类似，选取足够大容量的电流发生器，接入试验回路，主变低压侧接地开关合闸，形成人工三相短路点，构成回路。按照设定程序，逐步增加试验回路电流值，以达到判别主变差动CT极性的目的。该方法在宜兴蓄能电厂（4×250MW）成功使用，具体试验步骤不再赘述。

2.5 外接电源并网调相

励磁系统和SFC系统采用临时外接的厂用电源，SFC拖动机组抽水调相并网，励磁系统为手动电流调节模式，调节励磁系统发无功约为30～70MVar，即可判别主变高压侧、发电机出口侧、厂用分支侧的CT极性。待此3侧的CT极性校验完成后，恢复励磁系统和SFC系统接线，并再次启动SFC拖动机组升至60%的额定转速左右，录制波形，检查SFC分支侧的CT极性。惠蓄电厂（8×300MW）采用该方法完成了CT极性判别。表3为机组并网抽水调相、SFC升速过程中录制的电流、电压相量。依据表3可判别该蓄能电厂主变各侧CT极性是正确性。

3 主变差动保护CT极性判别方法的几点商榷

从技术角度分析，以上几种主变差动CT极性判别方法可以归类为：主动升流类（本电厂机组短路试验）、被动升流类[其他厂（站）机组短路试验]、负荷类（接入大容量负荷设备）、注入类（接入试验变压器或电流发生器）和运行类（机组并网运行），共计5类方法。每类方法的使用条件不尽相同，优缺点各异，将会受到电厂首机首次启动方式、机电设备安装调试进度和协调难度等诸多条件限制，或受其制约。重点从以下两个方面进行商榷。

3.1 相同点的探讨

这5类主变差动保护CT极性判别方法的实现都必须满足以下条件：第一，相关电气回路设备调试完成，调试结果满足相关要求，是进行试验的前提；第二，所有试验方法都涉及额外增加试验设备，提前准备这些试验用的设备，是完成试验关键；第三，所有试验方法都涉及特殊的隔离操作，相关人员应提前着手编制试验方案和预案，确保整个试验过程都处于可控状态。尤其是参与试验的继电保护、机械保护应具备相应功能，若试验发生异常时，能够可靠的、及时的切断电源及水源，并完成停机。

3.2 优缺点的比较

分别从机电安装、调试进度及工期安排，试验过程增加设备或临时措施的复杂程度，协调难度及可操作性等角度探讨各类主变差动CT极性判别方法的优缺点，其结果见表4。

根据表4可知，注入类方法的主要优势在于，只要有试验设备，试验过程可不受机组及系统的任何影响。运行类方法和主动升流法的优点是，不需实际增加现场工作量，只需要考虑机组安装、调试工期。负荷类方法优点与注入类方法类似，但需考虑系统倒送电的时间，另外需要重复拆除和安装部分电气连接。相比之下被动升流法的可操作性最差，需要协调的工作也最多。

表3 惠蓄电厂主变差动CT极性分析表Table 3 Main transformer differential CT polarity analysis of Huizhou PSP

表4 主变差动CT极性判别方法的优缺点Table 4 Table for main transformer differential CT polarity of advantages and disadvantages

4 结束语

抽水蓄能电厂主变差动CT极性判别是一个综合性课题，按照技术性能经济比较，在选择判别方法时应注重以下商榷结论：

（1）优先推荐选用外接试验变压器或电流发生器法，该方法操作较为简单，具备安全性，且与机组调试无关，不占用直线工期；次之推荐外接负荷法，该方法具备一定的操作性，但需增加现场部分工作量，且需调度机构配合。

（2）对于上库有充足水源的蓄能电厂，则推荐选用传统的发电电动机短路试验法，该方法在可行性、可靠性和可操作性等方面俱已成熟，且简单适用。

（3）在与调度机构或其他厂（站）充分沟通、协调后，取得调度机构或其他厂（站）的同意，则利用其他厂（站）机组升流和外接电源并网调相也可校准主变差动CT极性。