浅析继电保护二次回路

摘要：对于继电保护而言，电流互感器和电压互感器的接线是否正确是继电保护装置能否正常运行关键，因此，在大型机组新投运或者大修以后，以及在二次电压电流回路上进行工作以后，都要对保护装置所涉及到的所有电压电流二次回路进行定相定量以及定极性实验。本文以我厂电压互感器二次回路B相接地系统为例，对电压电流二次回路的检查方法加以阐述。

关键字: 电流电压二次回路检查方法

引言

对于继电保护而言，电流互感器和电压互感器的接线是否正确是继电保护装置能否正常运行关键，因此，在大型机组新投运或者大修以后，以及在二次电压电流回路上进行工作以后，都要对保护装置所涉及到的所有电压电流二次回路进行定相定量以及定极性实验。本文以我厂电压互感器二次回路B相接地系统为例，对电压电流二次回路的检查方法加以阐述。

正文

我厂高压输电线路为220kV双母线运行方式，正常运行时，母联开关合闸。-4、-5 母线各有一组电压互感器。发电机机端处设有两组电压互感器，具体接线方式如下图。

图 1 我厂一次系统示意图

1电压回路定相检查方法

1.1 利用系统倒送电方式进行电压回路定相试验

如图所示，将一条母线上的所以负荷出线倒指另一条母线（以-4母线为例），-4母线空载，合入检修机组-4母线刀闸，合入母联开关。此时，-4母线 PT与-5母线 PT处于同一个电压系统中。用万用表测试-4母线 PT与-5母线 PT的二次电压，应有(设-4母线 TV为UA、UB、UC, 设-5母线 TV为Ua、Ub、Uc)。UAa= UBb=UCc=0V；UAn= UBn=UCn=60V；UAB= UBC=UCA=100V；如结果与上述结果相同，表示主变高压侧TV接线正确。

接下来需要验证机端TV接线是否正确。我厂机端TV变比为 15.75 kV/100V/ 100/3 V,TV二次回路采用B相接地方式。现将220KV站-4 母线腾空，由检修机组向-4 空母线充电，将发电机电压升到额定，给入总同期开关，观察同期表指示为0度。我厂主变为Y/D-11型接线方式。在同期装置接线端子处测以下电压（假定高压侧电压为UA720、UB600 、UC720,机端电压为UA613、UB600’、UC613）。向量如图2所示。

UA720- UA613==51.4

UC720- UC613==46

表 1高压侧TV与机端TV电压关系

向量如下图3所示.

对于测量机端TV开口三角形接线的零序电压，分别测量UA613与UA613’、UB600’、UC613’之间的电压，测得以下结果如下表。

UA613- UA613’= 100

UA613-UB600’==129.9

UA613- UC613’==105.9

表 2 机端TV与机端开口三角TV电压关系

测量TV开口三角形接线的零序电压以应很小(接近于零)，则表示TV回路接线正确。

图 2 机端TV与机端开口三角TV电压关系

图 3 机端TV与变压器高压侧电压关系

1.2 结合整步表进行TV二次回路定相试验

拉开-4母线刀闸，断开主开关，发电机组进入空载运行。手动投入机组同期系统。用三个电压表同时监视系统TV与机组TV之间的电压差UAa、UBb、UCc。由于机组与系统分属不同的电力系统， 故所测得的电压差在不断变化(变化范围为0 ～ 100V之间)。观察整步表的角度变化，当整步表的角度差最大时，电压差UAa、UBb、UCc应同时达到最大值。当整步表的角度差最小时，电压差UAa、UBb、UCc应同时达到最小值。且随着角度差的逐渐增大， 电压差UAa、UBb、UCc也应逐渐增大。根据交流电压公式U=Usin（шt+φ) ，两个正弦变化的电压量，在其幅值相同的情况下，同相之间的电压差在两个变量相差180°时候最大，相差0°时候最小，且变化规律为随着角度差的增加而增大，随角度差的减小而变小。由此可以得出，当现场测试结果与前面所述一致，则说明T V 回路接线正确。此方法要求机组频率与系统频率尽量一致且保持稳定，并使用反应灵敏的电压表如指针式电压表进行测量。我厂同期回路采用B相直接接地，所以可以不用观察UBb的变化情况。

2电流回路定相检查方法

差动保护电流回路接线示意图如下图4所示。现以我厂发变组差动为例，分析差动保护动作情况。

图 4 我厂一次系统差动电流互感器接线示意图

2.1 区外故障时差动保护动作分析

在上图中发生区外故障时，如图4所示，设故障点为K1，设故障电流为I1，则故障电流的方向为流向故障点方向。如图5所示。二次电流流向为图5中的I4011、I4091。 (其中I4011为机组中性点侧感受的故障电流，I4091为发变组变压器高压测侧感受的故障电流。)

图 5 区外故障时故障电流流向示意图

故障电流反映到二次回路后进入微机保护装置，经继电保护装置处理后，得出差动电流Icd。根据继电保护装置的说明书中一般给出的差动电流方程为Icd=I1-I2，即在区外故障时Icd=I4091-I4011；在理想状态下，不考虑机组正常运行时，一次侧机组两端所产生的不平衡电流，以及变压器转角和CT变比的等因素的影响，则可以得出

I4091’=I4011(I4091’――经过微机保护装置调整后的调整后电流)；

可以得出机组两侧电流差流Icd=0，因此区外故障时，微机保护装置采集到的差电流为零或很小，况且微机保护装置差动保护启动值为了躲过不平衡电流的影响，一般取差动保护启动值为0.2IN(IN为机组二次额定电流)，因此微机继电保护装置不会误动作。

2.2 区内故障时差动保护动作分析。

当故障点K2发生在区内时，故障电流方向如图6所示。

图 6 区内故障时故障电流流向示意图

由于9LH电流互感器所感受到的故障电流与区外故障时相反，根据动作方程Icd=I4091-I4011，I4091’=-I4011，可以得出结论，Icd=|I4011|+|4091’|，因此区内故障时K2点流过微机保护装置的电流为变压器高压测和中性点侧电流互感器感受到的故障电流之和，一旦Icd达到或超过微机保护装置中的动作电流整定值，保护装置动作并发出相应的跳闸信号。

综上所述，电流互感器二次接线可以保证证差动保护区外故障时候可靠不动作，区内故障时候可靠动作。

当一套保护装置差动保护新投产时，要对其进行电流二次回路接线正确性校验。首先在图1所示的电气一次图中，将主变高压侧三相短路，进行短路实验。逐渐将发电机机端出口电流（6LH）升至额定电流，利用用双钳相位伏安表来检查测检查各个差动保护的差电流和各个电流的电流方向。可以采用分别测量机组差动保护机端侧、中性点侧和主变高压侧电流回路的幅值和相位，确认每组互感器的接线为正序，由于前面我们已经确定了电压二次回路接线的正确性，所以固定某一电压向量作为参考向量，分别对接入差动保护的机组中性点、机端以及主变高压侧电流互感器二次回路进行测量， 记录各电流的大小和相位， 只要流入微机保护装置的电流方向按照动作方程计算后差电流为0，就能证明差动保护的二次接线正确，否则接线就是错误的。

在进行短路实验的过程中，主变高压侧三相短路，可以认为发电机三相为对称感性负载。所以发电机机端出口电压应超前发电机机端出口电流90°。我厂主变压器采用Y/d-11接线方式，高压侧电流应落后机端电流30°。向量图如下图所示。

图 7 短路实验时，机端电压电流及高压侧电流关系

测量结果如下表所示。

表 3 机端电流电压间角度

表 4 微机保护装置采集差流

结论

对于刚刚大修以后或经过机组保护改造准备投产的机组，确定电压电流回路的二次回路接线是很重要的。只有二次回路接线正确，才能保证继电保护装置正确动作，确保机组的安全稳定运行。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。