相量檢測技術在主變35 kV斷路器更換中的應用

1 引言
    高壓斷路器作為電力系統中最重要的電氣設備之一，主要用于控制和保護電氣設備，即無論電力線路和電氣設備處于什么狀態(tài)，當要求斷路器動作時，它能夠可靠實施關合或開斷。過去電力系統應用最多的是各種型式的充油斷路器，但隨著高壓斷路器新型滅弧介質的應用，新型觸頭材料的研制，理論研究和制造工藝水平的提高，真空斷路器和六氟化硫斷路器正在逐步替代各種形式的充油斷路器，其中35 kV室外的斷路器主要使用SF6斷路器。當改造更換35 kV室外斷路器工作完成后，為確保斷路器正確、安全、可靠地投運，要對斷路器進行檢查驗收。然而在變壓器35 kV側斷路器的更換改造中，由于涉及到變壓器的差動保護，所以除了要進行斷路器的變比、絕緣、直阻、報警等二次檢查驗收項目外，還要采用相量檢測技術檢測電流互感器的極性和接線檢測。

2 變壓器差動保護
    差動保護作為反映變壓器線圈和引出線的相間短路以及線圈匝間短路的主保護，能正確區(qū)分被保護變壓器的內、外故障，并能瞬時切除保護區(qū)內的故障，變壓器各側斷路器所用的電流互感器二次側采用環(huán)流法接線，圖1a給出雙圈變壓器差動保護原理圖，只有各側電流互感器的二次極性正確時，流入、流出接點A、B的二次電流方向相反，矢量和才幾乎為零，即幾乎沒有電流流入差動繼電器，差動保護不動作；但如果互感器二次極性接反了，流入差動繼電器的電流方向相同，矢量和不為零。就有可能在變壓器內部沒有故障的情況下造成變壓器差動保護動作，使各側斷路器跳閘，變壓器失電，從而造成電網大面積停電，給正常的生活和生產帶來不必要的恐慌，因此對更換后斷路器內互感器二次極性的檢驗非常重要，而常見的檢驗方法就是相量檢測技術。
    目前，最常用的相量檢測技術有六角圖法和箝形相位表法，這里主要介紹傳統的六角圖法。圖lb給出變壓器差動保護的相量圖。

3 帶負荷測量相量技術的現場應用
3．1 六角圖基本原理
    六角圖是一種利用功率表測量電流相位的方法，其主要作用：一是可以判斷電流互感器的變比是否正確：二是可以判斷同側互感器二次電流相序、相位是否正確；三是可以判斷差動保護中各側互感器二次電流間的相位、相序是否正確，矢量和是否接近零；四是判斷功率方向繼電器的接線是否正確。它的工作原理是：在一定的坐標中，任一相量都可用該相量在相交坐標上的垂直分量來表示，六角圖法就是采用互成120°的三相對稱線電壓作為設定的坐標系統，根據被測電流在電壓相量上的投影，就能知道被測電流相量端點的軌跡，也即可確定該電流的相序、相位和大小，進一步測量其他電流的相位、相序和大小，從而對互感器二次電流極性和接線作出正確與否的判斷。
3．2 試驗接線
    用專用電流試驗線和電壓試驗線首先連接好測量用功率表，然后用電流試驗線連接變壓器某側互感器二次電流試驗端子，如ia，用電壓試驗線依次連接同一系統電壓(如某一變電所110 kV、35 kV、6 kV側的)uab、ubc、uca，然后打開電流試驗端子的連接片，讀取功率表數據，數據有正負，依次將ib、ic接入功率表。重復上述測量，然后恢復好該回路后進行其他側互感器二次回路的測量，將帶正負號的數據記錄在記錄紙上，為進一步分析相量作準備。
3．3 畫相量圖并進行測量數據分析
    表l給出某110 kV變電所更換主變壓器35 kV側SF6斷路器后進行的六角圖測量數據。

    以35 kV側A相為例，說明畫法，如圖lb，在ubc=-1，互為120°的三相對稱線電壓坐標中，可取uab=一20．5，ubc=一l，uca=+22，分別畫出它們的垂直線并相交于一點，連接坐標的中心點與該點，即為35 kV側A相電流。B相電流和C相電流重復上述過程，110 kV側和6 kV側畫法與35 kV的一樣，不過在畫圖時應注意因數值差別較大帶來的不便。為了便于畫圖，根據實際情況可以按比例同時把三側數據放大或縮小，最后根據畫好的相量圖進行下述分析：
    (1)根據平行四邊形法則將任何兩側的電流相量進行矢量和，如將35 kV側和6 kV側進行矢量和，其結果應與110kV側對應相的大小基本相等，方向相差180°，即矢量和接近為零；
    (2)主變三側電流互感器二次電流的相位差應該互成120°，相序應為正序。
    把表1的數據畫在專用的六角圖繪圖紙上可以發(fā)現，結果完全符合上述要求，說明該斷路器更換后互感器二次接線正確。
3．4 常見測試現象分析
    現場檢驗中常出現的錯誤有：存在A、B、C三相相序是負序的情況；某兩相的矢量和與第三相電流的大小相差很大；某兩相的矢量和與第三相電流的方向沒有互成180°；每個測量值均為零等。
    上述情況在以往的斷路器更換和平時的事故處理中都發(fā)生過，不同情況有不同的原因，但現場出現最多的是更換斷路器時，因工作人員不細心而導致互感器二次線極性接錯所至。根據在電流相序進行判斷，在正確接線下，電流是正序；即A相超前B相，B相超前C相(若CT為兩相不完全星型接線，則N相電流就是B相電流)。若與此不符，則有可能出現下述兩種情況：
    (1)在端子箱的二次電流回路相別與一次電流相別不對應．比如端子箱內定義為A相電流回路的電纜芯接在了C相的CT上，這種情況在一次設備倒換相別時最容易發(fā)生；
    (2)從端子箱到保護屏的電纜芯接反，比如一根電纜芯在端子箱接A相電流回路，在保護屏上卻接B相電流輸入端，這種情況一般是由安裝人員的馬虎造成的。

4 結語
    更換斷路器時一定要檢驗內部互感器的極性和接線，利用六角圖的相量檢測技術是一種傳統便捷有效的方法，熟練掌握該方法十分必要，對現場實際工作也十分有利；測量相位用箝型相位表，也可以直接顯示被測電流的向量圖；也可以采用箝形電流表測量電流互感器的二次電流相位，并直接在坐標紙上畫出后，再用六角圖判別接線是否正確。根據需要也可以利用功率因數表直接讀取電流相量的角度繪制六角圖，但測量時，應記錄下當時的負荷電壓、電流、有功、無功等情況以供參考。但是測相位需在運行的電流互感器二次回路上進行，有一定的危險性，因電流互感器二次開路會產生高壓，將危及人身安全，所以工作時一定要非常注意。