關于500 kV主變壓器低壓側小區差動保護與CT極性問題的探討

宋小欣，魏藝君

（國網江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330029）

0 引言

隨著江西超高壓主網架構建設及改造的不斷深化，為全方面保證江西主干電網的安全穩定運行，對超高壓大容量主變的安全配置及事故預防上都提出了更高的要求[1-3]。

準確無誤的電流互感器（CT）極性和保護方向是確保繼電保護安全可靠運行的基礎，大型發變組保護采用主后一體化的雙重化配置模式，需要接入的CT電流回路較多，且部分CT電流回路同時供主保護、后備保護和異常運行保護共同使用，CT極性必須同時滿足主保護、后備保護、異常運行保護的要求。由于大型發變組保護的配置及其二次回路的復雜性，導致CT極性和保護方向錯誤而引發的發變組保護誤動或拒動的事情時有發生，嚴重影響了電網的安全穩定運行[4-6]。目前，基于對超高電壓等級主變差動保護的靈敏性要求，500 kV主變差動保護多配置為差動速斷、分相差動及低壓側小區差動等多種保護[7-9]。低壓小區差動保護作為差動主保護之一，是由兩相套管CT及其外附CT構成的差動保護，作為低壓開關與低壓繞組CT間的區域保護，對主變低壓側保護意義重大。文中通過分析一起與CT極性相關問題致使主變低壓側小區差動保護動作的主變跳閘事件，展開對低壓側小區差動保護原理及主變低壓側套管極性判別的綜合性分析與研究。

1 一起500 kV變電站主變跳閘事件分析

某500 kV變電站內有500 kV變壓器1號主變、2號主變兩臺，采用繼電保護雙重化原則，每臺主變按兩套獨立保護配置，其中2號主變保護改造前低壓側套管CT電流用于低壓側套管過流保護，改造后將低壓側套管CT電流用于低壓側小區差動保護。

2020年X月X日，某500 kV變電站進行2號主變保護改造后的送電調試，合上2號主變低壓側開關后，2號主變保護B套PCS-978T5-G低壓側小區差動保護動作，2號主變保護A套NSR-378T5-G未動作。

現場調取兩套保護整組報告（見表1、表2）。

表1 主變保護A套NSR-378T5-G整組報告

表2 主變保護B套PCS-978T5-G整組報告

1.1 保護動作分析

經過現場核查，主變低壓側套管CT采用三角形接線，外附CT采用星型接線，對于2號主變兩套保護的動作情況作分析如下。

對于2號主變保護A套NSR-378T5-G，裝置采用星轉角變換調整變壓器各側CT二次電流相位，設有低壓側小區差動啟動元件，當低壓側小區差動電流大于低壓側小區差啟動值時動作，啟動后開放出口正電源，同時開放保護CPU相應保護元件。

低壓側小區差動保護動作方程為：

式中：差動電流表示為：

制動電流表示為：

其中（I1，…，In）為參與低壓側小區差動保護的電流，默認Ixqcd=0.4Ie。

低壓側額定電流為：

式中：Sn為變壓器銘牌最大額定容量；UL為變壓器低壓側一次額定電壓；nLH-L為變壓器低壓側外附CT變比。

由表1動作報告可知參與低壓側小區差動保護的低壓側最大相電流I1=0.345 A，低壓側繞組最大相電流經過折算為I2=1.732×0.198 A=0.344 A，根據式（1）有Ixr=（0.345 2+0.343）A/2=0.344 A，滿足條件Ixr<2/3Ie，根據式（4）可求得最大小區差流Ixd=0.229Ie=0.229×3.007A=0.689 A，其值小于小區差動動作啟動電流值Ixqcd=0.4Ie=1.2 A，未滿足式（1）中保護動作條件Ixd>Ixqcd，故保護NSR-378T5-G小區差動保護未動作。

對于2號主變保護B套PCS-978T5-G，裝置采用角轉星變換調整變壓器各側CT二次電流相位，因此故障相、非故障相具有名特征。裝置啟動板設有不同啟動元件，在啟動板相應啟動元件動作，同時保護板對應保護元件動作后才能跳閘出口，其中低壓側小區差動保護主要應用于高電壓等級分相變壓器，與分相比例差動保護配合使用，其動作方程為：

式中，I1、I2、Idw分別為低壓側1分支、2分支電流和低壓側繞組側電流，Ixcdqd為低壓側小區差動啟動定值，默認值為0.3倍In，Id為低壓側小區差動電流，Ir為低壓側小區差動制動電流，Kfb1為低壓側小區差動比率制動系數定值，In為CT二次額定電流。在計算低壓側小區差動電流時，低壓側繞組電流需進行轉角計算，計算制動電流時使用未進行轉角計算的低壓側繞組電流。

由式（3）及動作報告可計算得制動電流為Ir=0.335 A，CT二次額定電流In=1 A，差動電流Id=0.335 A+0.194×1.732 A=0.671 A大于低壓側小區差動啟動定值，保護正確動作。

1.2 事件原因分析

通過2號主變兩套保護的動作報告可計算分析出，在對低壓側套管電流進行折算后，發現低壓側套管電流與外附CT電流幅值近乎相等，小區差流約為低壓側套管電流幅值的兩倍，初步判斷低壓側套管CT或外附CT存在極性反接問題，導致出現較大小區差流，主變保護跳閘。

通過現場排查，現場低壓側套管CT同名端指向變壓器，外附CT同名端遠離變壓器，將低壓側套管CT進行倒極性改造后，觀察2號主變兩套保護采樣值正常，低壓側小區差動差流恢復正常。

2 關于低壓側小區差動保護與CT極性問題的思考

低壓側小區差動保護電流取自變壓器低壓側外附電流互感器和低壓側三角內部繞組電流互感器，能反應變壓器低壓側各類相間故障，主要應用于自耦變壓器。通過分析上述一起500 kV變電站主變跳閘事件，由于CT極性問題，相關主變兩套保護其中一套保護低壓側小區差動保護正確動作導致主變跳閘，警醒從事繼電保護相關工作人員應提高對主變低壓側小區差動保護CT具體配置情況的熟悉程度，以及充分認識在設備投運前正確判斷CT極性重要性。

2.1 電流互感器的極性

電流互感器可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。電流互感器的極性與保護密切相關，若電流回路或CT繞組極性錯誤未及時糾正更改，將會造成計量錯誤、保護裝置拒動或誤動等隱患，甚至造成更嚴重的后果[10-12]。

電流互感器的極性指的是某一時刻一次側極性與二次側某一端極性相同，即同時為正或同時為負，我們稱此極性為同極性端或同名端，用符號“*”或“.”表示。電流互感器采用減極性原則進行標注[13-15]，即當同時從一、二次繞組的同極性端子（同名端）通入相同方向的電流時，它們在鐵芯中產生磁通的方向相同，其目的是為了保證二次設備感受到的電流方向與一次電流方向保持一致。

2.2 判別CT極性方法

通常情況下，電流互感器一次線圈極性端標注為P1或L1，二次線圈極性端標注為S1或K1，一般可通過查詢標識判斷CT極性。現場實際工作中，由于種種原因如在電氣施工圖中一般對電壓電流回路與保護裝置極性連接未做明確設計與規定，需要通過現場試驗加以確定電流互感器兩側繞組極性。

傳統測試CT極性可采用電壓法，即將電流互感器一二次線圈尾端相接，在二次線圈通入1～5 V的交流電壓U1，再用10 V以下小量程交流電壓表分別測量一次線圈電壓U2以及一二次線圈首端間電壓13，若的U3值為U1與U2之間差值則為同極性，若為U1與U2和值則為異極性。

在文中所提及的主變跳閘事件中，由于主變低壓側套管CT變比較大，用電壓法測量時一次線圈電壓U2與一二次線圈首端間電壓U3的值非常接近，通過電表難以判斷，現場實際工作中考慮采用直流法，即用9 V干電池正極接CT一次極性標注端，二次側接直流型小電流指針表且電流表正極接CT二次側繞組標注極性端，若試驗時干電池接入瞬間電流指針正偏轉，則CT兩側標注極性端為同極性端，反之電流指針反偏轉則是異極性端。

變壓器低壓側套管CT尾端接在變壓器內部，采用直流法需拆除套管CT進行測量，無法直接在其一次側用直流電池或試驗儀器，可通過在套管CT一次側兩端接毫伏表，在其二次側接起調壓作用的試驗儀用于輸出交流電壓，若毫伏表隨著輸出交流電壓的值增大而正偏轉，則為同極性，反之則為反極性，此方法還可以驗證套管CT變比，且不用拆除套管CT即可進行，提高工作效率。

3 結語

在電力系統中變壓器作為承擔電壓變換、電能分配和傳輸的關鍵設備，它的安全可靠運行對電網穩定具有至關重要意義。文中通過分析一起500 kV自耦變壓器低壓側小區差動保護動作引起主變跳閘事件，分析低壓側小區差動保護原理與CT配置情況，并針對現場實際工作中發生的設備投運后因電流互感器極性接反或相關原因致使發生影響繼電保護及電能計量功能正確性、保護拒動或誤動等一些不良后果的問題，提出現場針對不同情況應采用不同判別CT極性的方法，為現場電氣設備二次回路調試及維護等工作提供參考。