王世佳 王立璞 王忠涛 李泉

【摘要】电力变压器是电力系统重要的变电设备，对确保供电可靠性和系统正常运行具有重要作用。大容量的变压器都安装有性能良好、工作可靠的差动保护装置作为变压器的主保护。变压器差动保护投入运行之前，我们必须带负荷测量变压器各侧电流的相位和数值大小，以校核电流回路接线是否正确。从而可以发现并解决变压器差动保护在设计、安装、整定过程中可能出现的各种问题。为了保证电流大小及相位测量正确，克服电流互感器误差等影响差动回路电流的因素，通常要求变压器在带20%-30%负荷下进行相位测量。文中详细的论述在差动保护向量测试中，我们需要检验测哪些量，测得的数据如何进行分析、判断等。同时，我们就新站所投入前出线负荷太小或低压侧出线还没有负荷，导致向量测试无法实施时，我们经常采用空载的两台变压器并列运行，在低压侧合环，调整两台主变压器电压抽头，使其产生电压差，从而在两台变压器中可以测量到无功环流，这样仍旧可以对变压器差动保护电流二次回路相位进行测量。

【关键词】差动保护;向量;带负荷测试;环流法;数据分析

1.带负荷测变压器差动向量

差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护，其运行情况直接关系到变压器的安危。怎样才知道差动保护的运行情况呢？怎样才知道差动保护的整定、接线正确呢？最快捷、准确的方法是用负荷电流检验。但检验时要测哪些量？测得的数据又怎样分析、判断呢？下面就针对这些问题做些讨论。

1.1 变压器差动保护带负荷测试内容

要排除设计、安装、整定过程中的疏漏（如线接错、极性弄错、平衡系数算错等等），就要收集充足、完备的测试数据。实际运行中由于条件限制，测量数据前至少应保证CT二次电流不小于0.3A。

1.1.1 差流

变压器差动保护是靠各侧CT二次电流和差流工作的，所以，差流是差动保护带负荷测试的重要内容，对于微机型保护装置应进入相应的界面，读取差流数值。测试前应断开差动保护跳闸压板。

1.1.2 各侧电流的幅值和相位

只凭借装置读取差流来判断差动保护正确性是不充分的，在负荷电流较小时，一些接线或变比的小错误，往往不会产生明显的差流，且差流随负荷电流变化，负荷小，差流跟着变小，所以，除测试差流外，还要测出变压器各侧电流的幅值和相位并记录。同时与微机保护装置测量的电流幅值和相位进行核对。通过以高压侧电压为基准测出主变各侧电流的大小及相角，按比例绘制而成，形成一个等边六角图。测试各侧电流的幅值和相位一般采用三相智能数字相位表，只须将三相电压、三相电流按板性端接入相位表，即可在表上直观显示各式各参量的大小、角度以及相序相位。

1.1.3 变压器潮流

通过控制屏上的电流、有功、无功功率表，或者监控显示器上的电流、有功、无功功率数据，记录变压器各侧电流大小，有功、无功功率大小和流向，为CT变比、极性分析奠定基础。

1.2 变压器差动保护负荷测试数据分析

数据收集完后，便是对数据的分析、判断。数据分析是带负荷测试最关键的一步，如对变压器差动保护向量分析错误，将直接威胁变压器安全运行。那么对于测得的数据我们应从哪些方面着手呢？

1.2.1 看电流相序

正确接线下，各侧电流都是正序：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。若与此不符，则有可能：a.在端子箱的二次电流回路相别和一次电流相别不对应，这种情况在一次设备倒换相别时最容易发生。b.从端子箱到保护屏的电缆芯接反，这种情况一般由安装人员的马虎造成。

1.2.2 看电流的对称性

每侧A相、B相、C相电流幅值基本相等;相位互差120?，若一相幅值偏差大于10%或相位偏差大于10%，则有可能：a.变压器负荷三相不对称，一相电流偏大或偏小。b.变压器负荷三相对称，但波动较大，造成测量中出现波动。c.某一相CT变比接错，该相CT二次绕组抽头接错。d.某一相电流存在寄生回路，造成回路电流减小和相位偏移。e.变压器负荷功率因数波动较大，造成测量时相位波动大。

1.2.3 看各侧电流幅值，核实CT变比

用变压器各侧一次电流除以二次电流，得到计算CT变比，该变比应与实际变比一致。

1.2.4 看两（或三）侧同名相电流相位，检查差动保护电流回路极性组合的正确性

这里要将两种接线分别对待，一种是将变压器Y型侧CT二次绕组接成Δ，另一种是变压器各侧CT二次绕组都接成Y型。对于前一种接线，其两侧二次电流相位应相差180?，对于后一种接线，其两侧二次电流相位相差角度与变压器接线方式有关。比如变压器为Y/Δ-11接线，其高压侧二次电流应超前低压侧150?。若两侧同名相电流相位差不满足要求（偏差大于10?），则有可能：a.将CT二次绕组组合成Δ时，极性弄错或相别弄错，比如Y/Δ-11变压器在组合Y型侧CT二次绕组时，组合后的A相电流应在A相CT极性端和B相CT非极性端的连接点上引出。b.一侧CT二次绕组极性接反。

图1

1.2.5 看差流大小，检查整定值的正确性

对励磁电流和改变分接头引起的差流，变压器差动保护一般不进行补偿，而采用带动作门槛和制动特性来克服，所以，测得的差流不會等于零。那么什么标准来衡量差流合格呢？通常差流值应小于0.3Icd（Icd为差动低定值），该台变压器差动回路正确;否则，有可能是：a.变压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致。b.变压器Y型侧额定二次电流算错。由于微机变压器差动保护在“计算Y型侧额定二次电流乘不乘”问题上没有统一，所以，整定人员容易将Y型侧额定二次电流算错，从而，造成平衡系数整定错。

2.环流法测变压器差动向量

实际工作中，许多新变电站投运时，往往低压侧出线还没有负荷，导致向量测试无法实施。这时我们常采用环流法进行差动向量测量。

2.1 环流法测试原理

空载的两台变压器并列运行，在低压侧合环，调整两台主变压器电压抽头，使其产生电压差，从而在两台变压器中可以测量到无功环流。这样就可以通过环流进行变压器差动向量测量，通称为“环流法”。为了方便原理分析，取两台变比不同的单相变压器并联运行来分析。如图1所示，两台单相变压器a和b的原边同接至一母线，副边也同接至另一母线。设变比ka>kb，即变压器a的副边电压比变压器b的高，其电压之差为两副边的开路电压之差，由于两变压器空载，其副边回路产生的电流只能在两个副绕组中流通，称之为环流，当两台变压器变比确定后，其变比短路阻抗是一定的，并列运行的环流大小主要取决于副边的空载电压，而此电压是由主变压器调压抽头调节。另外由于变压器的漏阻抗比较小，即使变比相差不大，也能引起较大的环流。由于环流的存在，将在2台变压器一次绕组中分别产生Ila和Ilβ，通过测量变比不等的2台变压器空载并列运行时一、二次循环电流相位，达到校核差动保护电流回路接线是否正确的目的。综上所述，通过调节并列运行主变压器的电压抽头，造成变比差，可以在变压器内部产生适当的环流，从而达到测量变压器差动向量的目的。

2.2 环流法测试的应用

2014年7月，迁钢电厂六总降110kV变电站送电时现场还没有负荷，而现场需要试车及调试电源，差动向量无法按正常带负荷完成向量测试，差动保护无法投运。于是，采用了“环流法”进行向量测试，通过调节主变压器调压分头，在变压器组中形成环流完成向量测试。以该厂六总降1#、2#变向量测量为例，固定1号变分头在3档，2号变分头在1档位，产生一次环流，电流互感器二次也感应出相应的二次电流。环流计算如下：1号主变压器调压分接头置于“3”位，一次电压为115500V;2号主变压器调压分接头置于“1”位，一次电压为110000V。

1号变压器阻抗电压为：

U%×UN2=10.23%×10000=1023V

2号变压器阻抗电压为：

U%×UN2=10.32%×10000=1032V

高压侧电压差为：

AU1=115500-110000=5500V

低压侧电压差为：

AU2=5500/（110/10）=500V

50MVA变压器低压侧额定电流为：

12=50000/（1.732×10）=2886A

折算至低压侧1号变压器短路阻抗为：

Z2K=1023/2886=0.354Ω

折算至低压侧2号变压器短路阻抗为：

Z2K=1032/2886=0.357Ω

可得环流为：

12h=500/（0.354+0.357）=705A

折算至高压侧电流为：705/（110/10）=64A

高压侧TA二次侧电流为：64/（400/5）二0.8A

该电流完全达到相位测量所要求的精确值。

图2

图2所示的主接线，相量测试1次即可完成，运行方式：断路器111合，断路器145、102、502，512、501，101合，112分，固定1号变分头在3档，调节2号变分头到1档。

由于两个变压器内部电压不同，将产生环流。此时环流在联络断路器145-102-2#变压器-断路器502-512-501-1#变压器-断路器101-145中流动，111断路器没有电流流过。

在这种方式下，能完成1#变压器主进断路器101对501的相量测试，及2#变压器主进断路器102对502的相量测试。

1#主变测试数据如表1所示：

表1 1#主变测试数据

系统运行状况 项目CT变比

位置 CT变比 一次电流 一次电流

高压侧 400/5 66A 66A

低压侧 3000/5 700A 700A

各回路

二次电流 项目

位置 二次电流

IA IB IC IN

高压侧差动411 0.82A 0.82A 0.82A

高压侧后备421 0.82A 0.82A 0.81A

高压侧计量431 0.82A 0.81A 0.81A

低压侧计量481 1.16A 1.17A 1.16A

低压侧后备491 1.16A 1.17A 1.17A

低压侧差动501 1.17A 1.18A 1.16A

110KVUa为基准，电流超前 项目

位置 U V W

411 345° 224° 102°

421 346° 224° 102°

431 346° 223° 102°

501 196° 78° 315°

10KVUa为基准，电流超前 491 165° 43° 285°

481 346° 224° 105°

差动继电器相位检查 高压侧

低压侧 U411 V411 W411

U501 149° 28° 266°

V501 267° 146° 24°

W501 30° 269° 147°

差流测量 U V W

0 0 0

通过以上数据可见，1#主变二次电流为0.82A，与理论计算基本吻合，变比正确;其一次A、B、C三相电流大小相等，相位差接近120度，顺相序;其二次A、B、C三相电流大小相等，相位差接近120度，顺相序;差流正常，可以判断1号主变差动保护电流回路接线正确，相量测试正常，符合投运条件。

3.结论

带负荷测试对变压器差动保护的安全运行起着至关重要的作用，对于我们继电保护人员要有足够的重视。带负荷测试前，要深入了解变压器差动保护原理、实现方式和定值意义，熟悉现场接线;带负荷测试中，要按照带负荷测试内容，认真、仔细、全面收集数据;带负荷测试后，要对照上述分析方法，逐一檢查，逐一判断。只要切实做到了这三点，变压器差动保护就万无一失了。

参考文献

[1]贺家李.电力系统继电保护原理[M].水电出版社，1984. 05.

[2]方大千.实用继电保护技术[M].人民邮电出版社，2003. 10.

[3]郭光荣.电力系统继电保护[M].高等教育出版社，2006.3.

[4]许建安.电力系统继电保护整定计算[M].水利水电出版社，2009.2.

作者简介：王世佳（1994—），男，华北电力大学电气与电子工程学院大三学生，华电校史、党史研究会会长，多次利用假期及课余时间到首钢的迁钢、京唐以及唐钢等相关厂矿实习、调研。