利用無功負荷測量電流相量的方法

馬成鵬

（昆明供電局，云南 昆明650000）

電力是城市發(fā)展的先行者。在電力系統(tǒng)中,繼電保護的作用在于:當被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時,該元件的繼電保護裝置迅速準確地給距離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令,使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開,以最大限度地減少對電力元件本身的損壞,降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響,從而滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求,改善繼電保護裝置的性能,提高電力系統(tǒng)的安全運行水平。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大和等級的不斷提高,系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構和運行方式日趨復雜,對繼電保護的要求也越來越高。近年來，隨著城市建設的迅猛發(fā)展，變電站也高頻率投產(chǎn)。但是，由于通道建設、負荷轉(zhuǎn)移等一系列問題，許多新投變電站在投產(chǎn)之時都沒有負荷接入。在無負荷接入的情況下，如何檢測新線路及主變的保護極性是亟需解決的問題。

本文就以某220kV變電站的投產(chǎn)為例，介紹在無負荷情況下利用線路電容電流代替負荷電流，檢測線路保護用電流互感器的極性的測試的方法。

1 線路電容電流

在架空電力線路中，導線之間及導線和大地之間以空氣為介質(zhì)形成一個電容，由此電容形成的電流，叫架空電力線路電容電流。由線路的對地電容電流所產(chǎn)生的無功功率稱為線路的充電功率。每百公里線路的充電功率參考值如下：110kV-0.850（Mvar），220kV-15.7（Mvar），500kV-100（Mvar）。

2 檢測方法

本次新投產(chǎn)2回同塔架設的220kV線路，導線型號為2×LJG-400，單回線路長度12.61km。經(jīng)估算，220kV七松Ⅰ、Ⅱ回二次電流在25mA左右，滿足現(xiàn)場進行電流極性測試的要求。

2.1 檢測期間運行方式安排

合上 2651、231、212、232 斷路器，檢測220kV七松Ⅰ回兩側(cè)2651、231斷路器相關保護方向及電流極性（由于線路很短，212斷路器合環(huán)以增加線路長度）。

2.2 測試內(nèi)容

2.2.1 電流的幅值和相位。用鉗形相位表在保護屏端子排依次測出A、B、C相電流的幅值和相位（相位以一相pt二次電壓做參考），N相電流幅值，并記錄。

2.2.2 線路潮流。電話與當值調(diào)度聯(lián)系，記錄線路電流大小，有功、無功功率大小和潮流方向。

2.2.3 電壓的幅值和相位。用萬用表在保護屏端子排依次測出A、B、C相電壓的幅值和相位（相位以一相電壓或電流做參考），AB相間、BC相間、CA相間、零序電壓的幅值，并記錄。

七松Ⅰ回PSL-631A型線路保護裝置投產(chǎn)檢驗報告：A相電壓為基準UA=60.2V，220kV七松Ⅰ回主一保護的測量結果為：IA=20.9mA，φA=88°；IB=18.9mA，φB=214°；IC=19.3mA，φC=320°；IN=2mA。

負荷情況：空線路電容電流，潮流由七松Ⅰ回流進，七松Ⅱ回流出。

七松Ⅱ回PSL-631A型線路保護裝置投產(chǎn)檢驗報告：A相電壓為基準UA=60.2V，220kV七松Ⅱ回主一保護的測量結果為：IA=18.0mA，φA=269°；IB=16.3mA，φB=35°；IC=16.9mA，φC=140°；IN=1.8mA。

負荷情況：空線路電容電流，潮流由七松Ⅰ回流進，七松Ⅱ回流出。

從電流相量測量結果分析可以得出：同一組電流互感器三相電流IA、IB、Ic之間的關系；差動保護中不同組別電流互感器的電流之間的關系；阻抗或方向元件的電流和電壓之間的相位關系。同時也可判別電流互感器變比是否正確。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 電流相序:由根據(jù)測量數(shù)據(jù)所畫六角圖可知，電流是正序:a相超前b相，b相超前c相，c相超前a相。電流相序正確。

3.2 電流的對稱性：由根據(jù)測量數(shù)據(jù)所畫六角圖可知，a相、b相、c相電流幅值基本相等，相位互差120°，即a相電流超前b相120°，b相電流超前 c相 120°，c相電流超前 a相120°。電流滿足對稱性要求。

3.3 看電流幅值，核實ct變比

用線路一次電流除以二次電流，得到實際ct變比，該變比應和整定變比基本一致。變比錯誤在更換ct時最容易出現(xiàn)。經(jīng)計算CT變比為2000/5與CT銘牌上的變比一致。

3.4 保護方向

保護方向引入電壓作參考量，用以判別故障點的正反向，根據(jù)潮流方向來判斷保護方向的正確與否。

看同名相電壓電流夾角，檢查方向指向的正確性（零序方向保護的零序電流電壓來源于三相電流電壓，因而其方向指向靠同名相電壓電流夾角來保證）。

根據(jù)線路潮流中的有無功值計算一次電壓電流夾角，對比實測的電流電壓夾角，判斷方向指向的正確性。如:母線向線路送出有功90mw、無功90mvar，則該線路一次電壓電流夾角 φ=arctag（90/90）=45°;線路向母線送出有功90mw、無功90mvar，則該線路一次電壓電流夾角 φ=-arctag（90/90）=-45°。由于線路保護都是保護輸電線路一側(cè)的，所以，計算出的一次電壓電流夾角和實測夾角只能相等。七松I回，由于測試結果中有功接近于0.11kW，無功為2.18kW所以帶入公式φ=arctag（0.11/2.18）≈90°，接近于 x向?qū)?cè)輸送純無功（容性）。與實際的潮流方向一致，故可以判斷保護方向正確。七松II回，由于測試結果中有功接近于-0.12，無功為-2.17kW所以帶入公式φ=arctag（-0.12/-2.17）=270°，接近于從對側(cè)接受純無功（容性）。與實際的潮流方向一致，故可以判斷保護方向正確。

從以上分析可以得出，無負荷情況下利用線路電容電流代替負荷電流，檢測線路保護用電流互感器的極性的測試的方法正確可靠，可以用在新投變電站或新投線路時電流互感器極性的測試。

優(yōu)點：

3.4.1 線路帶電后即可立即檢測斷路器的CT極性，不必等下級變電站投產(chǎn)，縮短了線路無保護運行的時間，避免了因未及時測CT極性可能導致保護誤動或拒動。

3.4.2 由于及時的進行了斷路器的CT二次回路六角圖的測試，縮短了上級變電站母差退出運行的時間，可以保證上級變電站安全投運。

3.4.3 “無功法”是一種值得推廣的測試相量的方法。該方法利用電容電流作測試，原理簡單，容易測量。

3.4.4 安全可靠。由于新投變電站未帶出線負荷，因此不會影響負荷的輸送，對保護也無特別要求，因而較安全可靠，不像以往在測相量時，還需考慮萬一發(fā)生事故該如何處理等。

3.4.5 只需進行簡單的低壓側(cè)電容器投切操作，操作簡單方便，而用以往的方法測電流相量，為了調(diào)負荷，通常都有復雜的操作。

但這種方法也有局限性：如果電容電流很小達不到精度要求還是不準確的。但現(xiàn)在電網(wǎng)的絕大多數(shù)變電站都是帶電容器，因此應用還是較為廣泛的。

[1]韋健,劉鵬.大型發(fā)電機組電壓調(diào)差率測量方法探討[J].廣西電力，2009-06-30.