沈陽變壓器回收專題變壓器保護帶負荷測試數據分析
[摘要]
根據一份變壓器保護帶負荷實測數據，進行深入分析，準確找出變壓器母線相序弄反、高壓電纜接錯等突出問題。
[關鍵詞]帶負荷實測數據數據分析一次接線圖軟件移相差動后備高壓電纜整定值差動差流后備相位正負相序問題原因效果
１引言
毋庸置疑，帶負荷測試把握著變壓器保護安全可靠運行的最后一道關，因此帶負荷測試對新投運的變壓器相當重要，不只是在數據收集過程，更在于數據分析；只有方法得當、分析徹底，才能將其隱藏的一個個問題“揪”出來，還變壓器一個安全可靠的“保護神”。
下面我們不妨以一份現場實測數據來展開我們的變壓器保護帶負荷測試數據分析。
2實測數據背景
主變一次接線圖
2.１主變參數。
變壓器變比：110/35/35KV,接線組別：Yn-Y0-d11,容量18MVA，一次接線如圖所示。
2.2主變保護參數。
主變保護為微機保護，其差動、后備101側、后備501側、后備502側保護均為獨立保護單元。差動保護采用軟件移相，移Y型側相位，移相算法為：Ia=IA-IB,Ib=IB-IC,Ic=IC-IA。三側差動電流CT均接成Y型。
主變差動保護電流回路接線端子定義為：
2.3變壓器保護整定變比及定值
差動保護：
110KV側（101）：CT變比150/5，平衡系數為0.68；35KVΔ側（501）：CT變比400/5，平衡系數為1（該側為基本側）；35KVY側（502）：CT變比300/5，平衡系數為0.43。
后備保護：
后備101側：CT變比150/5；后備501側：CT變比400/5；后備502側：CT變比300/5。
3帶負荷測試數據
數據由鉗形相位表在主變保護屏后端子排測取到，電流以35KVI母電壓UAN（A630I）=59V為基準，記錄的相位為該基準向量超前各電流量的角度；電壓以后備101側A相電流IA（A421）=1.2A為基準，記錄的相位為各電壓量超前該基準向量的角度。具體如下：
4帶負荷測試數據分析
數據展現在我們面前，到底有沒有問題呢？一看差流那么大，肯定有問題，那問題有幾個，出在哪兒呢？我們得冷靜下來按步驟一個個挨著找，挨著分析。
4.1找問題
首先，我們看看其對稱性。主變三側電流、電壓三相的幅值基本相等，相位互差120°，N相電流也很小，看來，在對稱性上，數據不存在問題。
其次，我們看看其相序。從測試數據表格中，我們不難發現差動101側、501側、502側、后備101側電流（基準電壓向量超前A相電流比超前B相多120°，說明A相滯后于B相120°）和110KV母線電壓（A相電壓超前基準電流向量比B相少120°，說明A相滯后于B相120°）全是負序，相序存在問題。
再次，看三側同名相電流相位。從測試數據表格中，我們看到差動101側（電源側）和差動501、502側（負荷側）三個同名相電流相位大概處于相反方向，說明三側差動CT極性組合不存在問題。我們再看差動101側和501、502側電流相位，101側和501側三個同名相電流相位都相差約180°，101側和502側三個同名相電流都相差約150°，這明顯和501開關接于主變Δ側、502開關接于主變Y側的一次接線不吻合。接著看電壓，110KV母線電壓C相（110KV電壓為負序，而35KV電壓為正序，所以不能用同名相相比）和35KVI段母線電壓A相同相位，而和35KVII段母線電壓A相相差約30°，這又和35KVI段母線接于主變Δ側、35KVII段母線接于主變Y側的一次接線圖不吻合。
接下來，我們看看差流，其三相幅值都在0.2A左右，相比低壓側0.8A的負荷電流，占到了25%，這顯然太大，說明三側電流沒有平衡，區外故障差動肯定誤動。
最后，我們來看后備保護。前面已說了：電流、電壓對稱性不存在問題，僅后備101側電流為負序，這里就不重復了。我們著重看看：1.后備101側電流和差動101側電流幅值相當，和定值單上101側差動、后備CT變比相同相吻合，說明后備101側CT變比不存在問題；同樣后備501側和后備502側，CT變比也不存在問題；2.三側后備保護同名相電流電壓夾角也基本符合潮流方向，說明三側后備保護CT極性也沒有問題。
4.2分析原因
（1）相序問題：首先看110KV側，差動、后備電流和母線電壓全是負序，三組二次回路同時接錯的可能性非常小，最大的可能是110KV進線一次就是負序，造成差動、后備101側電流和110KV母線電壓全成了負序。再看35KV側，35KVI、II段母線電壓和后備501側、502側電流都是正序，僅差動501側、502側為負序，可能是差動501側、502側故意把二次電流由正序反為負序了（差動101側是負序，不反不好平衡）。
（2）三側同名相相位和501在主變Δ側、502在主變Y側一次接線不吻合問題：理論上，主變101側和502側都是Y型接線，那兩側差動同名相電流就應該相差約180°，同名相電壓就應該同相位；而事實上，差動101側和501側三個同名相電流都相差約180°，110KV母線電壓C相（110KV電壓為負序，而35KV電壓為正序，所以不能用同名相相比）和35KVI段母線電壓A相同相位，是501、502電流二次回路，35KVI母、II母電壓二次回路同時交叉混淆了嗎？可能性不大，最大的可能是一次接線交叉混淆，把主變Y型側導管引出頭接到了501開關上，而把Δ型側導管引出頭接到了502開關上。
4.3看效果
（1）調相序。
由于110KV母線電壓C相和35KVI段母線電壓A相同相位，所以我們考慮將110KV進線一次A相、C相引線對調，這樣一來，差動101側、后備101側電流和110KV母線電壓全都從負序變成了正序。由于差動501側A相和后備501側C相電流相位相差約180°（差動和后備電流CT抽取極性相反，所以相位相差180°），差動502側A相和后備502側C相電流相位也相差約180°，所以我們考慮將差動501側、502側A相、C相二次電流接線對調，這樣一來，差動501側、502側電流也從負序變成了正序。
（2）對調主變Y型側、Δ型側導管引出高壓電纜。
由于主變差動101側和501側電流三個同名相電流都相差約180°、110KV母線電壓C相和35KVI段母線電壓A相同相位，符合Yn-Y0接線特征，所以我們考慮將主變Y型側、Δ型側導管引出高壓電纜對調。對調后，差動501側、后備501側電流就成了502側電流，35KVI母電壓就成了35KVII母電壓，正如下表所示：
（3）調整主變Δ型側相位。
經過兩次對調后，主變差動101側和502側同名相電流已相差約180，同名相電壓也已同相位；而101側和501側相位差正不正確呢？從表格和相量圖中我們看到：IA101超前IA501：228-16°=212°，而不是理想的（11—6）×30°=150°；UA110超前UA35I：257-226°=31°，而不是理想的11×30°=330°，即-30°，是問題沒找完嗎？不是，是負序系統造成的。
我們進行帶負荷測試時，110KV母線電壓是負序，流入主變101側的電流也就是負序，而我們變壓器的接線組別Yn-Y0-d11是在正序系統下的組別，如果用在負序系統下，組別就變為了Yn-Y0-d1了，所以在101側電流電壓為負序的情況下，IA101超前IA501：（1—6）×30°=-150°，即210°；UA110超前UA35I：1×30°=30°。現在我們將110KV進線一次A相、C相引線對調，110KV母線電壓和流入主變101側的電流都由負序變為了正序，主變接線組別就從Yn-Y0-d1恢復到Yn-Y0-d11，對應的變壓器Δ型側的電流電壓都會向正方向轉動2×30°=60°，即IA501變為IA501′,UA35I變為UA35I′，如向量圖中虛線所示，這樣一來，主變Δ型側501的電流電壓向量就吻合d11接線組別了。當然其它兩相也一樣，后備501側電流也一樣，如表中所示。
（4）重新計算差流。
經過三次調整，負序變成了正序、主變Y、Δ型側實際接線對應了一次接線圖、Δ型側電流電壓相位對應了主變d11接線組別，那差流能不能平衡了呢？我們不妨計算一下：
從表格中得到經三次調整后的三側A相電流，分別是：IA101=1.2∠16°,IA501=0.8∠168°,IA502=0.84∠199°。
變壓器微機差動保護采用軟件移相，對Y側進行Ia=IA-IB、Ib=IB-IC、Ic=IC-IA的移相。主變Y型側101、502電流都是三相正序對稱電流，這樣一移相，就使每相電流幅值增大到√3倍、相位向正方向轉動30°。所以IA101、IA502經軟件移相后變為：
IA101=IA101×(√3∠-30°)=(1.2×√3)∠(16°-30°)=2.1∠-14°
IA502=IA502×(√3∠-30°)=(0.84×√3)∠(199°-30°)=1.45∠169°
變壓器微機差動保護還要對三側電流進行幅值平衡。從整定值中我們看到101側平衡系數為0.68、501側平衡系數為1、502側平衡系數為0.43，那IA101、IA502經幅值平衡后就成為：
IA101=IA101×0.68=0.68×2.1∠-14°=1.43∠-14°
IA502=IA502×0.43=0.43×1.45∠169°=0.62∠169°
由于501側平衡系數為1，所以IA502無變化。
接下來應該對三側電流向量相加計算差流了。觀察三側A相向量：IA101=1.43∠-14°，IA501=0.8∠168°，IA502=0.62∠169°；IA501和IA502同相位，都和IA101相差168°-（-14°）約180°，因此我們可以忽略相位直接進行幅值加減計算差流：
ΔIa=|IA101|-|IA501|-|IA502|=1.43-0.8-0.62=0.01A
按此方法可以計算出B、C相差流，分別是ΔIb=0.01A，ΔIc=0.01A。
（5）通過計算，我們看到，經三次調整后差流平衡了，由以前的0.2A降到了0.01A，縮小了20倍，這也再次印證了我們找到的問題是準確的，分析的原因是正確的。
5結束語
后經證實：該主變在投運時就發現全站電壓是負序，電動機都反轉不能工作；由于110KV進線處相間距離遠，不好調相序，于是就分別將主變35KVΔ側和Y側導管A、C相高壓電纜交換，從而讓35KVI、II段母線電壓變成正序；后來又發現差動保護在主變負荷增大時A、C相差動要誤動，就把差動501側、502側二次電流回路A、C相交換，來對應差動101側電流的負序。同時該主變35KVΔ側和Y側導管引出高壓電纜也接反了，把主變Y型側導管引出頭接到了501開關上，而把Δ型側導管引出頭接到了502開關上，致使實際接線和一次接線圖不對應。
［參考文獻］
[1]賀家李等，電力系統繼電保護原理[M]，北京，水電出版社，1984。
[2]郭銳，《淺談變壓器差動保護帶負荷測試》一文，發表于2003年《繼電器》雜志12期，2003。