CN109031179A - 主变ct极性和保护方向自适应校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主变CT极性和保护方向自适应校验方法，要解决的技术问题是提高校验主变CT极性的可靠性。本发明含有以下步骤：计算得到主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_OH，在主变压器中性点测得中性点零序励磁涌流3i_0E，将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，大小相等，相位相反，变压器中性点零序CT接线正确。本发明与现有技术相比，在不修改现场接线、不增加试验设备的前提下充分利用变压器空载合闸及带负荷测试的投运启动过程，解决变压器中性点零序CT极性和保护方向自适应校验的问题，在实现变压器各侧CT极性自适应校验的同时，提升变压器的投运启动效率和电力系统运行的可靠性，具有较强的工程实用价值。

Description

主变CT极性和保护方向自适应校验方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统的继电保护方法，特别是一种主变压器电流互感器二次回路极性和保护方向的校验方法。

背景技术

变压器作为非常重要的电气设备，在变电站中起转换枢纽的作用，它的安全可靠运行直接关系到整个电力系统的稳定工作。作为变压器保护和测控系统(系统)的信号源，变压器各侧连接的电流互感器CT的二次回路接线的正确性是保证保护装置正确动作与测控装置准确工作的基础，直接关系到电力系统的安全稳定运行。若CT二次回路接线不正确，极有可能引起保护动作不正确，甚至会导致电网事故的发生。因此对于新建或改扩建主变压器(主变，变压器)间隔的变电站送电前或涉及到主变CT二次回路有更改变动的场合时，需要对主变CT二次回路接线进行检验和判定，以确保二次回路接线的正确性。

在工程实践中，变压器CT二次回路接线的常规校验方法主要有直流感应法、人工绘制六角图法和一次通流试验法，国内外文献中针对主变CT二次回路接线的校验方法有录波波形分析法、变压器档位调节算法、发电机短路实验和大型电动机启动电流法等。上述方法有些需更改接线，施工难度较大；有些精度较低、准确性差；有些测试校验步骤复杂、效率和普适性都较低。因此研究和探索可靠性高、动作速度快的主变CT二次回路极性和保护方向校验方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种主变CT极性和保护方向自适应校验方法，要解决的技术问题是提高校验主变CT极性和保护方向的速度和可靠性。

本发明采用以下技术方案：一种主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器中性点零序CT接线校验，含有以下步骤：

一、主变压器首次投运空载合闸的冲击试验，在变压器自产零序励磁涌流出现较大值时，在主变压器高压侧测得A、B、C相电流i_HA、i_HB、i_HC；

二、计算得到主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_OH：3i_0H＝i_HA+i_HB+i_HC；

三、在主变压器中性点测得中性点零序励磁涌流3i_0E；

四、将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，大小相等，相位相反，变压器中性点零序CT接线正确。

本发明的步骤四将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，不满足3i_0H与3i_0E大小相等，相位相反，主变压器中性点零序CT接线不正确。

本发明的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器中、低压侧CT接线校验，含有以下步骤：

一、依据主变压器中、低压侧各相实际带负荷正常运行时的负荷类型确定实际潮流流向，若为纯阻型负荷，有功功率流入该侧母线，有功功率为负；若为阻感型负荷，有功功率流入该侧母线，无功功率流入该侧母线，有功功率和无功功率均为负；若为阻容型负荷，有功功率流入该侧母线，无功功率流出该侧母线，有功功率为负，无功功率为正；

二、采集中、低压侧的电压与电流，计算得出中压侧A、B、C相的有功功率P_MA、P_MB、P_MC，中压侧A、B、C相的无功功率Q_MA、Q_MB、Q_MC，低压侧A、B、C相的有功功率P_LA、P_LB、P_LC，低压侧A、B、C相的无功功率Q_LA、Q_LB、Q_LC：

式中，U_MA、U_MB、U_MC为主变压器中、低压侧A、B、C相电压有效值，I_MA、I_MB、I_MC为主变压器中、低压侧A、B、C相电流有效值，θ_MA、θ_MB、θ_MC为变压器中、低压侧A、B、C相电流滞后电压的角度；

三、将计算出的有功、无功功率的正负值与实际潮流流向的正负进行比较，若二者一致，CT接线正确。

所述主变CT极性和保护方向自适应校验方法步骤三将计算出的有功、无功功率的正负与整定的实际潮流流向的正负进行比较，若二者不一致，CT接线不正确。

主变CT极性和保护方向自适应校验方法根据步骤一确定实际潮流流向，对中压侧A、B、C相实际的有功功率定值，中压侧A、B、C相实际的无功功率定值，低压侧A、B、C相实际的有功功率定值，低压侧A、B、C相实际的无功功率的定值进行整定。

所述主变CT极性和保护方向自适应校验方法步骤二采集中、低压侧的电压与电流后，对U_MA、I_MA、θ_MA进行计算：

式中，U_MAS、U_MBS、U_MCS表示主变压器中、低压侧A、B、C相电压基波的实轴分量，u_MA、u_MB、u_MC表示主变压器中、低压侧电压的瞬时值，U_MAC、U_MBC、U_MCC表示主变压器中、低压侧A、B、C相电压基波的虚轴分量，I_MAS、I_MBS、I_MCS表示主变压器中、低压侧A、B、C相电流基波的实轴分量，i_MA、i_MB、i_MC表示主变压器中、低压侧电流的瞬时值，I_MAC、I_MBC、I_MCC表示主变压器中、低压侧A、B、C相电流基波的虚轴分量。

所述主变CT极性和保护方向自适应校验方法步骤一之前，判断主变压器中、低压侧的三相电压幅值平衡，相序相差120°的正相序。

本发明的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器高压侧CT接线校验，含有以下步骤：

一、计算主变压器高压侧A、B、C相的无功功率Q_HA、Q_HB、Q_HC：

式中，Q_HA、Q_HB、Q_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相无功功率，U_HA、U_HB、U_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相电压基波有效值，I_HA、I_HB、I_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相电流基波有效值，θ_HA、θ_HB、θ_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相基波电流滞后电压的角度；

二、同时满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，判断主变压器高压侧CT接线正确。

对主变压器高压侧CT接线校验步骤二同时不满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，判断主变压器高压侧CT接线不正确。

本发明的方法CT极性接线不正确，保护装置经延时动作跳闸，生成动作报告；在校验CT极性接线正确，生成校验报告。

本发明与现有技术相比，在不修改现场接线、不增加试验设备的前提下充分利用变压器空载合闸及带负荷测试的投运启动过程，采用基于变压器空充时励磁涌流功率特性的高压侧、零序CT接线校验算法和基于潮流分析的中、低压侧CT接线自适应校验算法，有效地解决变压器高压侧CT、中性点零序CT和中、低压侧的CT极性和保护方向自适应校验的问题，并在CT接线不正确的情况下，经延时动作跳闸，有效提升电力系统运行的可靠性，在实现变压器各侧CT极性自适应校验的同时，提升变压器的投运启动效率和电力系统运行的可靠性，具有较强的工程实用价值。

附图说明

图1是变压器一次侧等效电路图。

图2是变压器铁芯基本磁化曲线及磁滞回环示意图。

图3是空载合闸时主变高压侧三相电流录波图。

图4是主变高压侧励磁涌流衰减的直流分量示意图。

图5是变压器中压侧有功功率与无功功率的功角关系图。

图6是实施例的仿真模型图。

图7-1是实施例的变压器空载合闸时高压侧电压录波图。

图7-2是实施例的变压器空载合闸时高压侧电流录波图。

图8是实施例的变压器高压侧无功功率波形图。

图9-1实施例的变压器高压侧三相电流波形图。

图9-2实施例的变压器高压侧中性点零序电流波形图。

图10-1是实施例的变压器高压侧零序电流图。

图10-2是实施例的变压器高压侧零序电流相角差示意图。

图10-3是实施例的变压器高压侧零序电流幅值差示意图。

图11-1是实施例的主变高压侧的带负荷相量图。

图11-2是实施例的主变中压侧的带负荷相量图。

图11-3是实施例的主变低压侧的带负荷相量图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，变压器空载时一次侧，用R_l与L_l分别代表变压器绕组的导线等效电阻(等效电阻，电阻)和漏电感，L_m表示励磁电感，R_h表示磁滞损耗的等效电阻(磁滞电阻)，变压器空载时一次侧等效电路(等效电路)可以表示为串联的电阻R_l和漏电感L_l，与并联的励磁电感L_m和磁滞电阻R_h串接。i表示流入变压器原边的电流，即励磁电流(励磁涌流)，i_m表示流经励磁电感L_m支路的磁化电流，i_h表示流经磁滞电阻R_h的电流。

由基尔霍夫电流定律可知，励磁涌流i为流经磁滞电阻R_h支路的电流i_h与流经励磁电感L_m的电流i_m之和。

依据磁路中的欧姆定律可知，磁滞电阻R_h支路的电流i_h与一次侧绕组交链的磁通(磁通)φ的相对关系为：

式(1)中，N表示变压器一次侧绕组的匝数。

变压器空载时电源合闸后，与一次侧绕组交链的磁通φ大小为(文献1：《电力变压器励磁涌流仿真计算的瞬时功率法》，段玉倩，贺家李，王刚，李永丽，孙雅明，《电网技术》，1997年第2期，第4～8页)：

式(2)中，U_m表示电源施加在主变压器高压侧的电压峰值，ω表示主变压器高压侧电源电压的角频率，t表示时间,α₀表示电源施加在主变压器高压侧的初始相位角(合闸角)，Φ_r表示电源施加在变压器(合闸)瞬间铁芯的剩磁。由于等效电阻R_l的压降较小，式(2)是在忽略电阻R_l的情况下得出的，若考虑电阻R_l的影响，磁通φ将随时间常数τ＝(L_l+L_m)/R_l衰减(文献2：《变压器励磁涌流的分析与控制研究》，乌云高娃，武汉大学，2009年博士论文，第16～19页)。

流经励磁电感L_m的电流i_m与磁通φ之间的关系，与变压器铁芯的磁化特性曲线有关。如图2所示，变压器的磁化曲线是非线性的，当磁通φ小于饱和磁通φs时，变压器铁芯未饱和，其磁导率较高，励磁电抗大，i_m很小；当磁通φ大于饱和磁通时，变压器工作在饱和区，其磁导率较小，磁通的小幅增长都会导致i_m的急剧增加。

因此，励磁涌流的大小随电源电压、电阻R_l、漏电感L_l，励磁电感L_m、磁滞电阻R_h、初始合闸角、剩磁和铁芯结构的不同而改变。对于三相变压器，三相之间存在120°的相位差，由于三相变压器各相接入电源电压的初始相角(初始合闸角α₀)不同，加之绕组的连接方式和磁路结构的影响，三相变压器空载电源合闸时高压侧(变高侧)A、B、C相产生的励磁涌流i_HA、i_HB、i_HC大小和波形均会不同。在剩磁为-0.15，A相初始合闸角为20°，B相初始合闸角为-100°，C相初始合闸角为140°条件下仿真得出变高侧A、B、C三相的励磁涌流波形，如图3所示，高压侧A相励磁涌流i_HA偏于时间轴上方，最大幅值为0.69A，高压侧B相励磁涌流i_HB偏于时间轴上方，最大幅值为0.12A，高压侧C相励磁涌流i_HC偏于时间轴下方，最大幅值为-1.50A。三相电流周期均为20ms，A、B、C三相励磁涌流波形不完全偏离时间轴的一侧，某一相可能会出现对称性的电流，而另外两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对变高侧A、B、C三相的励磁涌流进行积分求解得出各相励磁涌流的直流分量，如图4所示，高压侧A相励磁涌流直流分量偏于时间轴上方，最大幅值为0.18A；高压侧B相励磁涌流直流分量偏于时间轴上方，最大幅值为0.06A；高压侧C相励磁涌流直流分量偏于时间轴下方，最大幅值为-0.42A。且三相直流分量的幅值随时间变化不断减少，以C相最为明显。由于绕组导线电阻R_l的存在，励磁涌流呈现较为明显的衰减过程，尤其C相更为明显，电流幅值随时间变化不断减小。

当容量相对于用户内部供电系统容量大很多的电力系统，在用户的负荷发生变化时，电力系统变电站馈电母线的电压幅值和频率基本维持不变，称为无限大容量电源。对于变压器空载合闸过程，变压器发生励磁涌流时，可以认为电压是呈正弦波变化的，由于励磁支路周期性地在饱和区与非饱和区之间切换，励磁特性表现为显著的非线性，即阻抗特性表现为非线性。非线性负荷的无功功率由各次谐波的无功功率共同作用产生，其中基波电压和基波电流所产生的基波无功功率反映了按照基波频率进行能量交换的最大值(文献3：《非正弦情况下主要无功功率测量方法的对比研究》，余恒洁，王昕，黄炜，游若莎，《电测与仪表》，2017年第6期，第87～92页)。

在电力继电保护中，一般采用傅式算法求解交流量基波和各次谐波的有效值。傅式算法是目前电力继电保护中广泛应用的方法，该算法采用正交电流信号作为标准电流信号，将标准电流信号与待处理的电流信号分别进行相应的积分变换，求出待处理电流信号中与标准电流信号频率相同的实轴分量和虚轴分量，利用该实、虚轴分量可求出待处理的电流信号中该频率分量的有效值(文献4：《常见傅里叶变换的滤波性能分析》，姚亮，胡再超，杭泱，《电力自动化设备》，2008年第1期，第73～76页)。

式(3)中，I_HAS表示变压器高压侧A相电流基波的实轴分量，I_HAC表示变压器高压侧A相电流基波的虚轴分量，I_HA表示变压器高压侧A相电流的基波有效值。B、C相的基波电流有效值求解与A相类似。

变压器空载合闸时，励磁涌流i仅流经一次绕组及铁芯。由电磁感应定律可知，磁通φ落后电源电压u 90°，而结合磁路中的欧姆定律可知，电流i与磁通φ同相位，因此励磁电流i落后电源电压u 90°，即电压与电流之间的相角差为90°，按现有技术理论(文献5：《变压器涌流问题及识别方法研究》，刘建利，江苏大学，2010年硕士论文，第26～27页)，变压器高压侧无功功率Q为：

式(4)中，Q_HA、Q_HB、Q_HC分别表示变压器高压侧A、B、C三相无功功率，U_HA、U_HB、U_HC分别表示变压器高压侧A、B、C三相电压基波有效值，I_HA、I_HB、I_HC分别表示变压器高压侧A、B、C三相电流基波有效值，θ_HA、θ_HB、θ_HC分别表示变压器高压侧A、B、C三相基波电流滞后电压的角度。

由式(4)可知，变压器空载合闸过程中，一次侧绕组漏抗(漏电感)L_l与激磁电抗(励磁电感)L_m吸收无功，即若变压器高压侧(变高侧)CT接线正确，各相的无功功率应满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0；若某一相CT极性接反或相序接错，则会出现该相的无功功率小于零的情况。CT极性接反是指测得的某相电流值与该相的实际电流值相差180°，如测得的A相电流值为1A，而实际加量为-1A；CT相序接错是指某两相或三相相序互换，如A相的二次回路接到了保护装置的B相端子上，B相的二次回路接到了保护装置的A相端子上。这是由于在CT极性接反的情况下，测得该相的基波电流滞后电压的角度比实际超前180°，利用式(4)求解得出的无功功率就小于零；在CT相序接错的情况下，测得该相基波电流滞后电压的角度比实际的超前或滞后120°，利用式(4)求解得出的无功功率就小于零。因此，可以借助变高侧励磁涌流的功率特性校验变压器高压侧各相CT极性和相序接线是否正确。

主变压器各侧连接的CT为：变压器高压侧CT、变压器中性点零序CT、变压器中压侧CT、变压器低压侧CT。变电站的主控室设置有变压器保护装置(装置)，CT设置在变压器各侧的断路器旁，各侧的CT二次回路连接到保护装置的交流端子，实现装置对各侧的电流采集。

针对主变压器各侧连接的CT，CT接线校验为：

一、变压器高压侧CT接线校验，

变压器高压侧CT极性接线正确，CT一次绕组的头、尾出线端与二次绕组的头、尾出线端极性相同。按照减极性标注，一次电流从CT一次绕组的头出线端流入，从尾出线端流出，二次电流从CT从二次绕组的头出线端流出，尾出线端流入。

对变压器高压侧CT极性接线是否正确进行校验，利用式(4)计算出A、B、C相的无功功率Q_HA、Q_HB、Q_HC，同时满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，判断变压器高压侧CT接线正确，若不满足同时Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，变压器高压侧CT接线不正确。

二、变压器中性点零序CT接线校验，

变压器中性点零序CT极性接线正确为CT的正极性端远离变压器侧，靠近接地侧。

利用励磁涌流穿越性零序电流对变压器中性点零序CT极性接线是否正确进行校验。励磁涌流穿越性零序电流是指在变压器中性点零序CT接线正确的情况下，变压器高压侧自产的零序励磁涌流与变压器中性点外接的零序励磁涌流大小相等，方向相反。

变压器在正常运行状态下零序电流很小，零序CT极性、接线的校验难度较高，无法依靠负荷电流核对零序互感器的极性配置正确性。由上述分析可知，三相变压器空载电源合闸时，由于初相角、变压器剩磁和铁芯的饱和程度不同，导致高压侧产生的三相励磁涌流及其谐波成分不对称，励磁涌流的衰减过程可以把变压器看做一个可变的谐波电流源，并不断地向电力系统注入谐波电流，这些不对称且非正弦周期的励磁涌流将在零序回路中产生零序分量，形成主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_OH：

3i_0H＝i_HA+i_HB+i_HC (5)

式(5)中，i_HA为变压器高压侧A相电流，i_HB为变压器高压侧B相电流，i_HC为变压器高压侧C相电流。

变压器首次投运一般需要进行五次空载合闸的冲击试验，以考核变压器的绝缘强度、机械强度和保护装置躲励磁涌流的能力。当某次自产零序励磁涌流出现较大值时，可用其来校验变压器中性点零序CT的极性。此时变压器若无内部故障，励磁涌流对于零序差动保护而言是穿越性电流，若变压器中性点零序CT极性接线正确，变压器高压侧自产零序励磁涌流与中性点零序励磁涌流的差流应该为零，即变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E大小相等，相位相反。

变压器中性点零序CT接线校验方法为：在变压器自产零序励磁涌流出现较大值时，变压器高压侧CT测得高压侧各相电流i_HA、i_HB、i_HC，按式(5)计算得到变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_OH，在主变压器中性点，利用变压器中性点零序CT测得中性点零序励磁涌流3i_0E，将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，若大小相等，相位相反，判断变压器中性点零序CT接线正确，不满足3i_0H与3i_0E大小相等，相位相反，变压器中性点零序CT接线不正确。

三、变压器中、低压侧CT接线校验，

变压器中压侧CT极性接线正确为CT的正极性端靠近变压器中压侧母线。变压器低压侧CT极性接线正确为CT的正极性端靠近变压器低压侧母线。

采用基于潮流分析的方法对变压器中、低压侧CT极性接线是否正确进行校验。潮流分析方法为：分别计算变压器带线性负荷在正常运行时，中、低压侧的A、B、C相有功功率、无功功率，分别将A、B、C相有功功率、无功功率的正、负值与保护装置所设定的实际潮流流向进行比较，若两者一致，判断变压器中、低压侧CT接线正确，否则变压器中、低压侧CT接线不正确。这是由于有功功率和无功功率是利用电压、电流以及电流滞后电压的角度计算得出的，CT接线不正确时计算出的有功功率和无功功率的正负至少有一项与装置所设置的实际潮流流向不一致，因此，可以利用二者出现不一致的情况对CT极性接线进行校验。

电力系统潮流流向是指功率的流向，设定流出母线为正，流入母线为负。

线性负荷是指负荷的阻抗参数恒定为常数，变压器带负荷正常运行时均被认为是线性负荷，所以“线性”两个字也可以省略，上述的“变压器带线性负荷”指的就是“变压器带线性负荷正常运行”。

计算得到的有功功率值和/或无功功率值为正时，表示变压器中、低压侧输出有功功率和/或无功功率，有功功率和/或无功功率流出中、低压侧母线；有功功率值和/或无功功率值为负时，表示变压器中、低压侧吸收有功功率和/或无功功率，有功功率和/或无功功率流入中、低压侧母线。

实际潮流流向的确定由变电站保护及运维人员依据变压器中、低压侧实际带负荷正常运行时的负荷类型来决定：若为纯阻型负荷，则有功功率流入该侧母线，有功功率为负；若为阻感型负荷，则有功功率流入该侧母线，无功功率流入该侧母线，有功功率和无功功率均为负；若为阻容型负荷，则有功功率流入该侧母线，无功功率流出该侧母线，有功功率为负，无功功率为正。

以下以变压器中压侧A相为例说明利用潮流分析方法对变压器中、低压侧CT极性接线是否正确进行校验。

变压器中压侧带线性负荷正常运行时，中压侧的电压、电流均为正弦交流量，中压侧A相的有功功率P_MA和无功功率Q_MA分别为：

式(6)中，U_MA为变压器中压侧A相电压有效值，I_MA为变压器中压侧A相电流有效值，θ_MA为变压器中压侧A相电流滞后电压的角度。

以变压器中压侧A相电压有效值U_MA的角度为基准，测出变压器中压侧B相电压有效值U_MB、C相电压有效值U_MC、A相电流有效值I_MA、B相电流有效值I_MB、C相电流有效值I_MC相对于基准的相位和各自的有效值,得出变压器中压侧有功功率与无功功率的功角关系，绘制在无功功率与有功功率QOP坐标系中(文献6：《主变带负荷相量测试软件的编制》，李志远，张思齐，李超等，《电力系统保护与控制》，2017年第6期，第133～136页)。

如图5所示，在变压器中压侧CT极性接线正确的情况下，电压、电流相位均为正序，且各相幅值平衡，即U_MA超前U_MB120°，U_MB超前U_MC 120°，U_MC超前U_MA120°；I_MA超前I_MB120°，I_MB超前I_MC120°，I_MC超前I_MA120°；变压器中压侧A、B、C三相电压有效值U_MA＝U_MB＝U_MC；变压器中压侧A、B、C三相电流有效值I_MA＝I_MB＝I_MC。

以功率流出母线为正，功率流入母线为负，按θ_MA不同，有以下四种情况：

(1)若I_MA滞后U_MA的角度θ_MA为0～90°，结合式(6)可以得出：

此时，变压器中压侧A相输出有功功率，输出无功功率。

(2)若I_MA滞后U_MA的角度θ_MA为90°～180°，结合式(6)可知：

此时，变压器中压侧A相吸收有功功率，输出无功功率。

(3)若I_MA滞后U_MA的角度θ_MA为180°～270°，结合式(6)可知：

此时，变压器中压侧A相吸收有功功率，吸收无功功率。

(4)若I_MA滞后U_MA的角度θ_MA为270°～360°，结合式(6)可知：

此时，变压器中压侧A相输出有功功率，吸收无功功率。

由上述分析可知，根据I_MA滞后U_MA的角度θ_MA，即在基准量U_MA确定的情况下，以I_MA所处QOP坐标系的象限，可计算出变压器中压侧A相的有功功率P_MA和无功功率Q_MA。

变电站运维人员依据变压器中压侧A相实际带负荷情况：纯阻型负荷、阻感型负荷或阻容型负荷，确定变压器中压侧A相的实际潮流流向，在设置保护装置的定值时，对有功功率定值P_MAset与无功功率定值Q_MAset的输出与吸收(正值与负值)进行整定，具体为：若“有功功率定值P_MAset为正”投入时，表示实际有功功率P_MA>0，若“有功功率定值P_MAset为正”退出时，表示实际有功功率P_MA<0；若“无功功率定值Q_MAset为正”投入时，表示实际无功功率Q_MA>0，若“无功功率定值Q_MAset为正”退出时，表示实际无功功率Q_MA<0。

采用傅式算法对U_MA、I_MA、θ_MA进行计算：

式(11)～(13)中，U_MAS表示变压器中压侧A相电压基波的实轴分量，u_MA表示变压器中压侧电压的瞬时值，由装置的交流端子采集得到，U_MAC表示变压器中压侧A相电压基波的虚轴分量；I_MAS表示变压器中压侧A相电流基波的实轴分量，i_MA表示变压器中压侧电流的瞬时值，由装置的交流端子采集得到，I_MAC表示变压器中压侧A相电流基波的虚轴分量。

获得变压器中压侧A相电压有效值U_MA、变压器中压侧A相电流有效值I_MA、变压器中压侧A相电流滞后电压的角度θ_MA后，按公式(6)计算变压器中压侧A相的有功功率P_MA和无功功率Q_MA。

再将计算得出的P_MA、Q_MA与P_MAset、Q_MAset正负值分别进行比较，即可对变压器中压侧A相CT极性接线进行校验。

若P_MA与P_MAset的正负一致，且Q_MA与Q_MAset的正负值一致，则CT极性接线正确。

若P_MA与P_MAset的正负值不一致，或Q_MA与Q_MAset的正负值不一致，则CT极性接线不正确。这是由于在CT极性接反的情况下，所测得的θ_MA值比实际值超前或滞后180°；在CT极性相序接错的情况下，所测得的θ_MA值比实际值超前或滞后120°，结合式(7)～(10)可知，计算出的P_MA、Q_MA的正负与实际不一致。

变压器中压侧B、C相和变压器低压侧A、B、C相的CT相序和极性接线的校验与变压器中压侧A相相的CT相序和极性接线的校验相同。因此，在变压器中、低压侧CT极性接反或相序接错的情况下，都可以利用潮流分析鉴别出来。

在检测到CT极性接线不正确的情况下，保护装置经延时动作跳闸，生成动作报告；在校验CT极性接线正确的情况下，生成校验报告。

由于功角关系的分析是以电压量为基准，因此首先需判断变压器各侧的三相电压幅值是否平衡，相序是否是相差120°的正相序，若满足条件，才对变压器中、低压侧的潮流计算后进行判断，以校验CT极性接线的正确性。

对变压器中、低压侧CT极性接线是否正确进行校验，变电站运维人员依据变压器中、低压侧各相实际带负荷正常运行时的负荷类型确定实际潮流流向。在保护装置的定值中对中压侧A、B、C相实际的有功功率定值P_MAset、P_MBset、P_MCset，中压侧A、B、C相实际的无功功率定值Q_MAset、Q_MBset、Q_MCset，低压侧A、B、C相实际的有功功率定值P_LAset、P_LBset、P_LCset，低压侧A、B、C相实际的无功功率定值Q_LAset、Q_LBset、Q_LCset的输出与吸收(正值与负值)进行整定。保护装置将采集到的中、低压侧的电压与电流利用式(6)计算得出中压侧A、B、C相的有功功率P_MA、P_MB、P_MC，中压侧A、B、C相的无功功率Q_MA、Q_MB、Q_MC，低压侧A、B、C相的有功功率P_LA、P_LB、P_LC，低压侧A、B、C相的无功功率Q_LA、Q_LB、Q_LC。将计算出的有功、无功功率的正负与整定的实际的有功、无功功率的正负定值进行比较，若二者一致则说明CT接线正确，否则CT接线不正确。

实施例

利用实时数字仿真仪RTDS对本发明的方法进行仿真测试。如图6所示，搭建仿真模型，采用容量为60MVA的三绕组变压器，接线方式为YY△。其中，

高压侧断路器S_w1连接在变压器高压侧母线与变压器高压侧之间，中压侧断路器S_w2连接在负荷与变压器中压侧之间，低压侧断路器S_w3连接在在负荷与变压器低压侧之间。

变压器各侧连接有CT：变压器中性点零序CT₀，变比为100:5；变压器高压侧CT₁，变比为600:5；变压器中压侧CT₂，变比为1200:5；变压器低压侧CT₃，变比为1200:5。变压器各侧CT极性接线正确。

变压器中压侧为纯阻型负荷R，变压器低压侧为阻容型负荷R-C。

变压器等效参数设置如下：变压器绕组的导线等效电阻R_l为0.25Ω，变压器绕组的导线等效漏电感L_l为9.55e-4H，励磁电感L_m为0.238H，磁滞损耗的等效电阻R_h为0.92Ω，变压器一次侧绕组的匝数N为12，电源电压峰值U_m为89.81V，电源角频率ω为314.16rad/s，饱和磁通φs为1.2。

使用RTDS自带的合闸触发模块模拟变压器的空载合闸，其中，初始合闸角α₀和铁芯剩磁Φ_r在测试中设置。

采用加拿大曼尼托巴RTDS公司的实时数字仿真系仪RTDS，系统版本为4.007.4，进行仿真，模拟某110kV变电站高压侧空载合闸与带负荷时，测试主变压器各侧连接的CT极性的过程。

(1)在初始合闸角α₀为0°，以铁芯剩磁Φ_r为0的情况下合高压侧断路器S_w1，得到变压器空载合闸时的高压侧电压录波图和高压侧电流录波图。如图7-1所示，高压侧A、B、C相电压初相角分别为0°、-120°、120°，高压侧A、B、C相电压有效值分别为56.7V、57.2V、55.9V，周期均为20ms，高压侧三相电压基本平衡。如图7-2所示，高压侧A相励磁涌流偏于时间轴上方，最大幅值为0.677A，高压侧B相励磁涌流偏于时间轴上方，最大幅值为0.097A，高压侧C相励磁涌流偏于时间轴下方，最大幅值为-1.357A，周期均为20ms，高压侧三相励磁涌流大小和波形不尽相同，i_HA、i_HC的涌流特性比较明显。

用式(3)求解出变压器高压侧各相电流的基波有效值I_HA、I_HB、I_HC，再利用式(4)求解出各相的无功功率，得到变压器高压侧无功功率波形图。如图8所示，高压侧A、B、C相无功功率最大值分别为9.40Var、1.43Var、23.73Var，且均随时间衰减，但三相的无功功率均在时间轴上方，即Q_HA、Q_HB、Q_HC均为正值，Q_HA、Q_HB、Q_HC均为正值，验证了变高侧CT极性接线的正确性。

(2)在初始合闸角α₀为15°，以铁芯剩磁Φ_r为-0.3的情况下合高压侧断路器S_w1，得到变压器高压侧三相电流波形图和中性点零序电流波形图，如图9-1所示，高压侧A相励磁涌流偏于时间轴上方，最大幅值为12.30A；高压侧B相励磁涌流偏于时间轴上方，最大幅值为6.22A；高压侧C相励磁涌流偏于时间轴下方，最大幅值为-14.73A，周期均为20ms，高压侧A、B、C三相励磁涌流的幅值均随时间衰减，如图9-2所示，中性点零序电流最大值和最小值分别为5.32A和-7.32A，自产零序励磁涌流较明显。

用式(5)求取自产的高压侧零序电流；再利用式(3)通过傅式算法获得自产与外接的零序电流基波分量3I_0H与3I_0E；考虑CT变比，将其折算到一次侧，对比二者的幅值差与相角差，如图10-1所示，自产的零序电流基波分量波形关于时间轴对称，幅值为4.20A，周期为20ms；外接的零序电流基波分量波形也关于时间轴对称，幅值为0.69A，周期为20ms。如图10-2所示，自产与外接的零序电流基波分量相角差均在180°附近，最大和最小相角差分别为187°与178°。如图10-3所示，自产与外接的零序电流基波分量幅值差均在0A附近，最大和最小幅值差分别为0.6A和-0.4A。合闸侧自产零序励磁涌流和中性点零序励磁涌流大小相等，相位相反，验证了中性点零序CT接线的正确性。

(3)合中、低压侧断路器S_w2、S_w3，变压器中、低压侧带负荷运行。仿真模型中的中压侧带纯阻型负荷，低压侧带阻容型负荷，定值设定变压器各侧的实际潮流流向为：高压侧有功功率P_HA>0，P_HB>0，P_HC>0；高压侧无功功率Q_HA>0，Q_HB>0，Q_HC>0；中压侧有功功率P_MA<0，P_MB<0，P_MC<0；低压侧有功功率P_LA<0，P_LB<0，P_LC<0；低压侧无功功率Q_LA>0，Q_LB>0，Q_LC>0。测得的主变各侧的电压和电流的幅值和相角见表1～2。

从表1中看出，主变各侧的三相电压幅值平衡，相位角互为120^°，均为正相序。从表2中看出，主变各侧的三相电流幅值平衡，相位角也互为120^°，均为正相序。

表1主变各侧电压

表2主变各侧电流

依据上述数据绘出主变高压侧的带负荷相量图、主变中压侧的带负荷相量图和主变低压侧的带负荷相量图。

如图11-1所示，U_HA、U_HB、U_HC表示高压侧A、B、C相电压；I_HA、I_HB、I_HC表示高压侧A、B、C相电流。

如图11-2所示，U_MA、U_MB、U_MC表示中压侧A、B、C相电压；I_MA、I_MB、I_MC表示中压侧A、B、C相电流。

如图11-3所示，U_LA、U_LB、U_LC表示低压侧A、B、C相电压；I_LA、I_LB、I_LC表示低压侧A、B、C相电流。

以A相为例来进行分析：

如图11-1所示，I_HA位于第一象限，可以判断出高压侧有功功率和无功功率均从母线流向变压器。

如图11-2所示，I_MA位于P轴的负半轴，可以判断出中压侧有功功率由变压器流向母线。

如图11-3所示，I_LA位于第四象限，可以判断出低压侧有功功率由变压器流向低压侧母线，无功功率由低压侧母线流向变压器。

保护装置利用采样电压电流数据计算出的潮流与实际设定的潮流方向一致，验证了A相CT接线的正确性，B、C相的分析过程与A相类似。

本发明的方法，利用变压器空充时励磁涌流功率特性的高压侧、零序CT极性接线校验算法和基于潮流分析的中、低压侧CT接线接线校验方法。在不修改现场接线、不增加试验设备的前提下，充分利用变压器空载合闸及带负荷测试等投运启动过程，有效地解决变压器高压侧CT、中性点零序CT以及中、低压侧的CT极性和保护方向自适应校验的问题，并在CT接线不正确的情况下，经延时动作跳闸，能够有效提升电力系统运行的可靠性，具有较强的工程实用价值。

将本发明的方法嵌入设置在保护装置中，对变压器各侧的CT相序和极性接线进行校验，在CT极性接线不正确的情况下，经延时动作跳闸，生成动作报告，在CT接线正确的情况下，生成校验报告。

Claims (10)

1.一种主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器中性点零序CT接线校验，含有以下步骤：

一、主变压器首次投运空载合闸的冲击试验，在变压器自产零序励磁涌流出现较大值时，在主变压器高压侧测得A、B、C相电流i_HA、i_HB、i_HC；

二、计算得到主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_OH：3i_0H＝i_HA+i_HB+i_HC；

三、在主变压器中性点测得中性点零序励磁涌流3i_0E；

四、将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，大小相等，相位相反，变压器中性点零序CT接线正确。

2.根据权利要求1所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述步骤四将主变压器高压侧自产零序励磁涌流3i_0H与中性点零序励磁涌流3i_0E进行比较，不满足3i_0H与3i_0E大小相等，相位相反，主变压器中性点零序CT接线不正确。

3.根据权利要求1所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器中、低压侧CT接线校验，含有以下步骤：

一、依据主变压器中、低压侧各相实际带负荷正常运行时的负荷类型确定实际潮流流向，若为纯阻型负荷，有功功率流入该侧母线，有功功率为负；若为阻感型负荷，有功功率流入该侧母线，无功功率流入该侧母线，有功功率和无功功率均为负；若为阻容型负荷，有功功率流入该侧母线，无功功率流出该侧母线，有功功率为负，无功功率为正；

二、采集中、低压侧的电压与电流，计算得出中压侧A、B、C相的有功功率P_MA、P_MB、P_MC，中压侧A、B、C相的无功功率Q_MA、Q_MB、Q_MC，低压侧A、B、C相的有功功率P_LA、P_LB、P_LC，低压侧A、B、C相的无功功率Q_LA、Q_LB、Q_LC：

式中，U_MA、U_MB、U_MC为主变压器中、低压侧A、B、C相电压有效值，I_MA、I_MB、I_MC为主变压器中、低压侧A、B、C相电流有效值，θ_MA、θ_MB、θ_MC为变压器中、低压侧A、B、C相电流滞后电压的角度；

三、将计算出的有功、无功功率的正负值与实际潮流流向的正负进行比较，若二者一致，CT接线正确。

4.根据权利要求3所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述步骤三将计算出的有功、无功功率的正负与整定的实际潮流流向的正负进行比较，若二者不一致，CT接线不正确。

5.根据权利要求3所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：根据步骤一确定实际潮流流向，对中压侧A、B、C相实际的有功功率定值，中压侧A、B、C相实际的无功功率定值，低压侧A、B、C相实际的有功功率定值，低压侧A、B、C相实际的无功功率的定值进行整定。

6.据权利要求3所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述步骤二采集中、低压侧的电压与电流后，对U_MA、I_MA、θ_MA进行计算：

式中，U_MAS、U_MBS、U_MCS表示主变压器中、低压侧A、B、C相电压基波的实轴分量，u_MA、u_MB、u_MC表示主变压器中、低压侧电压的瞬时值，U_MAC、U_MBC、U_MCC表示主变压器中、低压侧A、B、C相电压基波的虚轴分量，I_MAS、I_MBS、I_MCS表示主变压器中、低压侧A、B、C相电流基波的实轴分量，i_MA、i_MB、i_MC表示主变压器中、低压侧电流的瞬时值，I_MAC、I_MBC、I_MCC表示主变压器中、低压侧A、B、C相电流基波的虚轴分量。

7.根据权利要求3所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述步骤一之前，判断主变压器中、低压侧的三相电压幅值平衡，相序相差120°的正相序。

8.根据权利要求3所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述主变CT极性和保护方向自适应校验方法，包括对主变压器高压侧CT接线校验，含有以下步骤：

一、计算主变压器高压侧A、B、C相的无功功率Q_HA、Q_HB、Q_HC：

式中，Q_HA、Q_HB、Q_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相无功功率，U_HA、U_HB、U_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相电压基波有效值，I_HA、I_HB、I_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相电流基波有效值，θ_HA、θ_HB、θ_HC表示主变压器高压侧A、B、C三相基波电流滞后电压的角度；

二、同时满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，判断主变压器高压侧CT接线正确。

9.根据权利要求8所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述步骤二同时不满足Q_HA>0、Q_HB>0、Q_HC>0，判断主变压器高压侧CT接线不正确。

10.根据权利要求1、2、3、4、8或9所述的主变CT极性和保护方向自适应校验方法，其特征在于：所述CT极性接线不正确，保护装置经延时动作跳闸，生成动作报告；在校验CT极性接线正确，生成校验报告。