励磁涌流在清蓄电站保护极性校验中的应用

周玉权，王霏霏，甄培江

（清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853）

1 概述

清蓄电站500kV开关站GIS设备采用四角形接线方式，经一回500kV清花甲线接至500kV花都变电站，并预留一回出线间隔。500kV开关站GIS设备通过两条高压电缆与地下厂房GIS设备及4台发变组相连接。地下厂房单台可逆式机组额定功率320MW，单台主变压器额定容量380MVA。清蓄电站主接线如图1所示。

图1 清蓄电站主接线图

由于机组调试需要，500kV线路、GIS、高压电缆、主变等高压设备须先行投运，才能将厂内调试负荷并入电网。根据南方电网电力调度管理规程规定，500kV设备不允许无主保护运行，而清蓄电站500 kV设备所采用的主保护均为差动保护，因此，在主变启动充电过程中，必须校验500kV线路、GIS、高压电缆、主变等高压设备差动保护相关CT极性，确保其极性正确后才能投入使用，长期带电运行。但1号主变（首台）受限于以下因素，仅能采用励磁涌流来校核差动保护极性：

（1）在主变充电范围内，全厂仅有一条500kV出线--清花甲线，无其他电压等级的输电设备，不能通过线路潮流的转移形成环流来校核保护极性。

（2）首台主变投运时，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差动保护极性。

（3）厂内无电容器组，无法通过电容电流校核差动保护极性。

（4）由于蓄能机组调试进度及特点，无法通过主变高压侧短路零起升流法校验主变保护极性。因为该方法需要机组能空载稳定运行，形成负荷电流作为前提，对库容、水头也有一定要求。同样，也无法通过主变低压侧短路升流法校验主变保护极性。因为高压侧须外接施工电源，工作量大，并且受电源容量限制，通入电流较小，不能全面检查CT特性及二次回路接线中可能存在的问题。

2 利用励磁涌流校验保护极性的可行性分析

清蓄电站主变压器为无励磁调压变压器，额定容量380MVA，连接组别为YNd11。差动保护装置最小测量二次电流为5mA,为了确保主变差动保护CT极性可靠校验，一般要保证主变高压侧CT一次电流应达到10mA以上。主变高压侧CT变比3000/1,所以只要主变高压侧CT一次电流达到30 A以上，即可满足保护CT极性校验需求。考虑主变压器铁心剩磁1.2T，当从高压侧合闸冲击时，其冲击电流达1000A以上，足以满足校核500kV设备主保护极性要求。

变压器励磁涌流含有较多的二次、高次谐波分量与非周期分量，其中的非周期分量会使涌流偏于时间轴的一侧。励磁涌流的产生与变压器合闸时的电压相角有关，如在电压过零点合闸，其励磁涌流的值可以达至最高。励磁涌流呈衰减趋势，单纯的励磁涌流波形与工频电流波形有很大区别，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CT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采集保护CT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。

变压器为感性负载，在清蓄电站1号主变启动充电过程中，主变高压侧电流应滞后主变高压侧电压90°，电流从系统流向主变，主变差动保护高压侧的CT极性应指向主变，因此，主变差动保护高压侧CT极性应为正方向，该保护CT采集的电流波形应滞后电压约90°。利用这一特性，可以先确认参考电流方向，再结合保护CT配置图中各个CT极性的分布，通过分析保护CT回路录波图来判定主变启动充电范围内所有500kV设备差动保护CT极性方向是否与设计相符。

3 校验过程

3.1 试验接线

按规程规范要求，保护设备均应双重化配置，但部分保护CT是未接入故障录波装置的，须采用试验接线的方式临时将所有待校验的保护CT回路接入故障录波装置。电流回路试验接线时注意尽量简化CT回路，并尽可能避免CT开路风险。根据清蓄电站保护CT实际情况，按以下试验接线方式接线：

（1）若接入保护装置的电流为各CT电流或差流，则拆除保护装置电流回路尾部短接线，将故障录波装置串入每一个CT回路或CT差流回路中，录波装置采集的即是该保护各个CT回路电流波形或该保护CT差流波形。试验接线如图2、图3所示。

图2 保护CT电流回路拆接点

图3 保护CT差流回路拆接点

（2）因故障录波装置备用CT回路模块数量不足，需采用试验接线改接差动电流，将差流接入故障录波装置。如图4所示，将不在此次充电范围内的2号高压电缆保护CT回路断开，分别将短引线保护各CT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4 改接差流回路示意图

按照上述接线方式，1号主变充电范围时，待校验保护CT录波接线情况见表1。

表1 待校验保护CT回路录波接线

3.2 校验过程

（1）第1阶段冲击通过合上5002开关，电流从清花甲线、5002开关、1号高压电缆流向1号主变。此时可以通过相关录波波形校验充电路径范围内的CT极性，包括5002开关间隔内的CT、1号高压电缆保护主变高压侧CT、1号主变差动保护高压侧CT。第1阶段充电路径如图5所示。

图5 第1阶段主变充电路径图

1）参考波形的选取

因1号主变在充电过程中，相当于一个感性负载，电流滞后电压约90°。实际录得波形如图6所示，主变高压侧电压与电流峰值时刻间的时差约为5ms，对比工频一个周波时差为20ms，波形显示主变高压侧电流滞后电压约90°，说明主变高压侧CT电流为正向，与设计一致。

图6 第1阶段参考电流波形图

2）其他CT录波记录及极性确认

以主变高压侧CT电流波形为参考波形（定义为正向：A相偏负半轴，B相偏正半轴，C相偏负半轴），将其他位置的CT波形与之相对比，来确定此次充电路径范围内其他保护CT极性。此处以个别?

图7 清花甲线主一保护差流波形

图8 1号高压电缆保护一（开关站侧）差流波形

根据清花甲线主一保护差流波形，对比主变高压侧CT电流波形参考方向，该组电流方向为反向，CT极性与设计一致。

1号高压电缆保护一（开关站侧）差流波形对比主变高压侧CT电流波形参考方向，该组电流方向为反向，CT极性与设计一致。

图9 1号高压电缆保护一电流波形（地下厂房侧）

1号高压电缆保护一电流波形（地下厂房侧）对比主变高压侧CT电流波形参考方向，该组电流方向为正向，CT极性与设计一致。

3）第1阶段充电后CT极性校验结果

按照上述对比方法，第1阶段1号主变充电路径内各保护CT回路极性方向校验均可以得出相应结果。实际试验结果如表2所示。

表2 第1阶段各保护CT极性校验结果表

（2）同理，第2阶段冲击通过合上5001、5004、5003开关，电流从清花甲线、5001/5004/5003开关、1号高压电缆流向1号主变，此时可以通过相关录波波形校验充电路径范围内的CT极性，包括5001/5004/5003开关间隔内的CT、1号高压电缆保护主变高压侧CT（复核）、1号主变差动保护高压侧CT（复核）。第2阶段充电路径如图10所示，校验过程此处不作冗述。至此1号主变充电范围内的差动保护CT除主变低压侧均可得到校验。

图10 第2阶段主变充电路径图

4 结论

利用查看主变压器启动充电时励磁涌流波形的方式，可以准确地校验充电范围内差动保护的CT极性，解决清蓄电站首台主变投运前差动保护极性校核的问题，为新设备可靠投运提供了技术保障。但该方法需要在二次侧拆接线进行录波，充电过程中须防范二次CT回路开路风险。而且主变低压侧CT无法校验极性，需要在满足条件后，如厂用变充电（带负荷或励磁涌流）、机组短路试验校验低压侧CT极性，校验过程中需制定措施防范或应对投运设备跳闸的风险。

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