主变差动及后备保护带负荷试验之向量分析
变压器差动保护带负荷测试分析
差动保护回路CT极性有两部分需要分析确认。一是主变各侧三相之间的极性，二是高低压两侧之间的极性，必须规定为同一个方向，比如规定各侧CT电流同时流出母线为正极性，流入母线则为反极性。所以正确分析差动保护各侧CT的极性，除了需了解主变一次接线方式外，还需要了解各侧CT的接线方式。例如主变接线是Y-Y-△-11型，对变压器Y型侧CT二次绕组接成△时，其高低两侧电流正常时一侧流进另一侧流出，相位应差180°，但同样对于主变接线是Y-Y-△-11型，其各侧CT二次绕组都接成Y时，高压侧二次电流应超前低压侧（11-6）×30°的相位。在我局使用的主变微机保护CT接线都采用后一种接线，然后利用微机内部程序计算进行相位和幅值校正补偿，灵活实现Y-△转换。由2.1可知，高压侧A相电流超前低压侧为（239°-91）=148°，同理高压侧B、C两相分别超前低压侧b、c两相为143°和146°，基本符合以上原理分析，主变各侧CT极性接线正确。但由于负荷过小，还有仪器测量误差的原因造成最大有7°相位差，鉴于高低压各侧三相电流幅值相等且保护装置无差流，可认为是由测量误差引起。若是有其中一相CT极性接反，保护装置中那一相差流会非常明显。若是误差超过10°以上时，不管保护装置有无差流，都应及时找出出现误差的原因。我在实际工作中就遇到过变压器带火车牵引站的负荷测试时，保护装置并无差流，但主变两侧三相电流值却不平衡，高低压两侧同相相位差也有15°，最后查明原因是对侧牵引站使用的是两相负荷而引起。
2带负荷测实例分析
2.1实测数据
根据以上带负荷测试方法，实测出我局新建220kV热水变电站主变投运时高低压两侧具体数据如下表1、表2、表3所示。
其中+P、+Q为输出有功无功；-P、-Q为受进有功无功；ia、ib、ic为低压侧保护电流；IA、IB、IC为高压侧保护电流。
带负荷测向量
一、为什么要进行带负荷测向量？（我理解的）带负荷测向量是为了验证二次电流、电压回路接线正确，变电站实际运行时提供给保护装置的交流采样是正确的，使保护装置能够正确动作，如差动保护、距离、零序、带方向的电流保护等。
二、什么时候要进行带负荷测向量？（1）所有的保护装置，在正式投入运行前和电流互感器及其二次回路变动后，都必须带负荷测向量。
（2）PT送电核相。
三、带负荷测向量前需要了解什么？线路TA的变比、极性（一般冲母线）主变高、低压侧TA的变比、极性（一般冲母线），主变的接线方式（几点接线）。
向量测量正确前退出相应保护的距离、差动保护压板。
四、带负荷测向量都测什么？A、线路带负荷测向量测二次电流（保护、测量）的幅值,确定TA变比正确。
例如：TA变比600/5，后台显示一次电流I A=200A，实际测得二次电流I A’=1.66A，计算：200/120=1.66A与测量数据一致，TA变比正确。
测量电流回路中性线（N相）的不平衡电流，幅值大小应在正常范围内。
根据选定的基准电压（U AN），测量各相电流与基准电压间夹角，确定电流相序（正相序）、TA极性正确，计算P=3U相I相cos∅、Q=3U相I相sin∅与后台一次系统对照。
（∅为U和I夹角）观察保护装置液晶显示与测量数据是否一致。
注：装置显示相位角度为电流超前电压值B、主变带负荷测向量先观察差动保护装置液晶显示差流是否为零，差流为零可以初步判断高、低压侧电流回路没有问题。
测后备及差动保护高、低压侧二次电流（保护、测量）的幅值,确定TA变比正确。
测量电流回路中性线（N相）的不平衡电流，幅值大小应在正常范围内。
？根据选定的基准电压（U AN或U an），分别测量后备及差动保护高、低压各相电流与基准电压间夹角，确定电流相序（正相序）、TA极性正确，计算P、Q与后台一次系统对照。
注：Y-△11接线低压侧电压（U an）超前高压侧电压（U AN）300Y-△1 接线低压侧电压（U an）滞后高压侧电压（U AN）300选择基准时要标记好。
变压器差动保护带负荷测试数据分析
3.2 分析原因
3.2.1 针对主变侧三相电流的幅值相差很大不相等，且相位互差 也不相等问题：
电力系统中变压器常采用 Y，d11 接线方式，因此，变压器两侧电 流的相位差为 30°，如下图所示，Y 侧电流滞后△侧电流 30°，若两侧 的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相 差 30°左右，从而产生很大的不平衡电流。
为 0.96。
保护类别 开关 电流编号 端子排号 电流幅值 电流相位 备注
差动 101 侧 A411
D1
1.39A 249°
B411
D2
1.39A 10°
C411
D3
1.39A 130°
AN411 D4
0.16A
BN411 D5
0.16A
CN4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 D6
59V
20°
6KV I 段母线
A630I
59V
260°
B630I
59V
140°
C630I
59V
20°
N630I
3 带负荷测试数据分析 通过观察测试数据就可以发现肯定有问题，问题出在哪儿呢？我 们得冷静下来按步骤一个个挨着找，挨着分析。
3.1 找问题
首先，我们看看其对称性。主变两侧三相电压的幅值基本相等， 相位互差 120°，在对称性上，数据不存在问题。但主变侧三相电流的 幅值相差很大不相等，且相位互差也不相等。
其次，我们看看其相序。从测试数据表格中，我们可以发现差动 601 侧电流（基准电压向量超前 B 相电流比超前 C 相多 120°，说明 B 相滞后于 C 相 120°）是负序，相序存在问题。
变压器保护带负荷测试数据分析
无庸置疑，带负荷测试把握着变压器保护安全可靠运行的最后一道关，因此带负荷测试对新投运的变压器相当重要，不只是在数据采集过程，更在于数据分析；惟独方法得当、分析彻底，才干将其隐藏的一个个问题“揪”出来，还变压器一个安全可靠的“保护神”。
下面我们不妨以一份现场实测数据来展开我们的变压器保护带负荷测试数据分析。
主变一次接线图变压器变比： 110/35/35KV, 接线组别： Yn-Y0-d11, 容量 18MVA ，一次接线如图所示。
主变保护为微机保护，其差动、后备 101 侧、后备 501 侧、后备 502 侧保护均为独立保护单元。
差动保护采用软件移相，移 Y 型侧相位，移相算法为： Ia=IA-I B,Ib=IB-IC,Ic=IC-IA。
三侧差动电流 CT 均接成 Y 型。
主变差动保护电流回路接线端子定义为：差动保护：110KV 侧(101)： CT 变比 150/5，平衡系数为 0.68；35KV Δ 侧(501)： CT 变比 400/5，平衡系数为 1 (该侧为基本侧)； 35KV Y 侧(502)： CT 变比 300/ 5，平衡系数为 0.43。
后备保护：后备 101 侧： CT 变比 150/5；后备 501 侧： CT 变比 400/5；后备 502 侧： CT 变 比 300/5。
数据由钳形相位表在主变保护屏后端子排测取到，电流以 35KV I 母电压 UAN (A 630I) =59V 为基准，记录的相位为该基准向量超前各电流量的角度；电压以后 备 101 侧 A 相电流 IA (A421) =1.2A 为基准， 记录的相位为各电压量超前该基准 向量的角度。
具体如下：110KV 母线通过主变向 35KV I 段、 II 段母线送有功和无功，35KV I 段、 II 段母线负荷相差不大，功率因数基本相等，为 0.96。
开关 电流编号 端子排号 电流幅值 电流相位 备注101 侧 A411 D1 1.22A 255°B411 D2 1.22A 134° C411 D3 1.22A 16° N411 D4 21mA潮流情况保护类别 差动 电流定义110KV 侧(101)电流35KV Δ 侧(501)电 流35KVY 侧(502)电流电流回路编号A411 B411 C411 N411 A471 B471 C471 N471 A511 B511 C511 N511端子排号 D1 D2D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10D11 D12数据展现在我们面前， 到底有没有问题呢？一看差流那末大， 肯定有问题， 那问题有几个，出在哪儿呢？我们得镇静下来按步骤一个个挨着找，挨着分析。
变压器差动保护带负荷测试的内容及数据分析
3.5 看差流大小，检查整定值的正确性
对励磁电流和改变分接头引起的差流，变压器差动保护一般不进行补偿，而采用带动作门槛 和制动特性来克服，所以，测得的差流不会等于零。那用什么标准来衡量差流合格呢？ 对于差流，我们不妨用变压器励磁电流产生的差流值为标准。比如一台 变压器的励磁电流为1.2%, 基本侧额定二次电流为5A，则由励磁电流产生的差 流等于1.2%×5=0.06A，0.06A便是我们衡量差流合格的标准。对于差压，我们引用《新编保 护继电器校验》中的规定：差压不能＞150mV。如果变压器差流不大于励磁电流产生的差 流值，则该台变压器整定值正确；否则，有可能是：①变压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致。对此，我们有以下证实方法：根据实 际分接头位置对应的额定电压或运行变压器各侧母线电压，重新计算变压器各侧额定二次电 流，再由额定二次电流计算各侧平衡系数或平衡线圈匝数，再将计算出的各侧平衡系数或平 衡线圈匝数摆放在差动保护上，再次测量差流，如果差流满足要求， 则说明差流偏大是由变压器实际分接头位置和计算分接头位置不一致引起，变压 器整定值仍正确，如果差流不满足要求，则整定值还存在其他问题。②变压器Ｙ型侧额定二次电流算错。由于微机变压器差动保护在“计算Y型侧额定二次电 流乘不乘”问题上没有统一，所以，整定人员容易将Ｙ型侧额定二次电流算错，从而，造成 平衡系数整定错。③平衡系数算错。计算平衡系数时，通常是先将基本侧平衡系数整定为1，再用基本侧额 定二次电流除以另侧电流得到另侧平衡系数，如果误用另侧额定二次电流除以基本侧电流， 平衡系数就会算错。平衡系数算法如下：
变压器差动保护带负荷测试
形接线两种接线方式 ，这两种情况下发生 同样的 ＣＴ接线错误或者
３ 变 压器 差 动保 护 带 负 荷测 试 内容
回路故障时测 出的数据时不一样的。故要分别进行讨论 ：１）完全星
要排除设计 、安装 、整定过程 中的疏漏 （如线接错 、极性 弄反 、平 形接线测试中经常发生的各种异常的分类分析，电流缺相说明某一
系数 ，而南瑞公 司的保护要乘以系数 。这些细小 的差别 ，设计 、安装 、 ４．３ 看 同一侧三相 电流大小 、相位关系。分别检查差动保护每一侧
整定人员很容易疏忽、混淆 ，从而造成保护误动 、拒动 。为 了防范于 电流 回路 的正确性 ，由于差动 ＣＴ二次 回路有完全星形接线 和三角
未然 ，就必需在变压器差动保护投运时进行带负荷测试 。
ＢＣＨ－２、ＤＣＤ一５型差动继 电器 ），用 ０．５级交流电压表依次测 出 Ａ 联或并联 ；ｄ．某一相 电流因电缆芯绝缘 损伤存在寄生回路 ．ｅ＿某一相
相 、Ｂ相 、Ｃ相 差 压 ，并记 录 。
ＣＴ二 次极 性 端 接 反 。２）三 角形 接 线 测 试 中经 常 发 生 的各 种 异 常 的
电流（折算后的电流 ）相等 ，差动继 电器不动作 。当变压器 内部故障 相位互差 １２０。 ，即 Ａ相电流超前 Ｂ相 电流 １２０。 ，Ｂ相电流超前 １２
时 ，两侧（或三侧 ）向故障点提供短路电流 ，差动保护感受到的二次 相 电流 １２０。 ，Ｃ相 电流超前 Ａ相电流 １２０ｏ 。若一相幅值偏差大于
护在实现方式细节上的各不相 同，更增加了其在具体使用 中的复杂 相 ＣＴ二次绕组抽头接错 。４）某一相电流存在 寄生 回路 ，比如某一
性 ，使人为出错机率增大 ，正确动作率降低。比如许继公 司的微机变 根电缆芯在剥 电缆皮时绝缘损伤 ，对 电缆屏蔽层形成漏 电流 ，造成
带负荷测向量
一、为什么要进行带负荷测向量？（我理解的）带负荷测向量是为了验证二次电流、电压回路接线正确，变电站实际运行时提供给保护装置的交流采样是正确的，使保护装置能够正确动作，如差动保护、距离、零序、带方向的电流保护等。
二、什么时候要进行带负荷测向量？（1）所有的保护装置，在正式投入运行前和电流互感器及其二次回路变动后，都必须带负荷测向量。
（2）PT送电核相。
三、带负荷测向量前需要了解什么？线路TA的变比、极性（一般冲母线）主变高、低压侧TA的变比、极性（一般冲母线），主变的接线方式（几点接线）。
向量测量正确前退出相应保护的距离、差动保护压板。
四、带负荷测向量都测什么？A、线路带负荷测向量测二次电流（保护、测量）的幅值,确定TA变比正确。
例如：TA变比600/5，后台显示一次电流I A=200A，实际测得二次电流I A’=1.66A，计算：200/120=1.66A与测量数据一致，TA变比正确。
测量电流回路中性线（N相）的不平衡电流，幅值大小应在正常范围内。
根据选定的基准电压（U AN），测量各相电流与基准电压间夹角，确定电流相序（正相序）、TA极性正确，计算P=3U相I相cos∅、Q=3U相I相sin∅与后台一次系统对照。
（∅为U和I夹角）观察保护装置液晶显示与测量数据是否一致。
注：装置显示相位角度为电流超前电压值B、主变带负荷测向量先观察差动保护装置液晶显示差流是否为零，差流为零可以初步判断高、低压侧电流回路没有问题。
测后备及差动保护高、低压侧二次电流（保护、测量）的幅值,确定TA变比正确。
测量电流回路中性线（N相）的不平衡电流，幅值大小应在正常范围内。
？根据选定的基准电压（U AN或U an），分别测量后备及差动保护高、低压各相电流与基准电压间夹角，确定电流相序（正相序）、TA极性正确，计算P、Q与后台一次系统对照。
注：Y-△11接线低压侧电压（U an）超前高压侧电压（U AN）300Y-△1 接线低压侧电压（U an）滞后高压侧电压（U AN）300选择基准时要标记好。
利用两台主变压差形成环流进行保护向量测试
利用两台主变压差形成环流进行保护向量测试孙逊;伍鸿兵;周程;曹东【摘要】Many transformer substations have no outgoing line load at low voltage side, or the load is very small temporarily when the substations start power transmission;this causes the difficulties in vector test. To change this status quo, the paper proposes the following method:using two main transformers to form circulating current by shifting gears, thus completing the protection vector test. Different gears are shifted by the two main autotransformers;this makes the windings of the two main autotransformers form dropout voltages, thus forming the circulating current at high and middle voltage side or at high and low voltage side. It can realize the main transformer differential motion and backup protection vector test, and the corresponding current change at each side can be connected to busbar differential vector protection work. The actual test data of the engineering indicate that this method can effectively solve the difficulty in vec-tor test at the transformer substations with the low outgoing line load;the data prove the correctness and feasibility of this method.%为了改变很多变电站在启动送电时无低压侧出线负荷或负荷暂时很小而导致向量测试困难的现状，文章提出了一种利用两台主变通过调档形成环流从而完成保护向量测试的方法。
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主变差动及后备保护带负荷试验之向量
分析
邮编：226000
摘要：主变差动保护、后备保护在设计、施工、整定过程中可能会出现各种问题，因此，对电流回路变动过或新安装即将投运的变压器差动及后备保护进行带负荷试验是十分必要的。
文章通过理论计算和带负荷试验测试数据结合矢量图分析进行综合判断，为主变差动和后备保护方向过流保护的成功投运提供了现场检验的方法。
关键词：差动；后备保护；带负荷试验
概况介绍
某公司变电所110kV 1号主变为双圈变，额定容量Se=25000kVA,高压侧额定电压为110kV，低压侧额定电压37 kV。
各侧参与差动保护的CT配置：1#主变高压侧714线路CT变比600/5，低压侧CT变比800/5。
主变接线联结方式为Y/△-11，主变接线图如图1所示。
图1
一、主变差动保护带负荷检查
由于大修期间对1#主变保护装置进行了更换，造成保护电流回路发生了变动，因此需要对1#主变差动保护进行带负荷试验。
相关差动保护装置高压侧与低压侧
电流数据记录如表1（主变高压侧差动CT 600/5；主变低压侧差动CT 800/5）：
表1：差动保护六角图数据(相位表测量)
根据相位表所测电流，画矢量图如图2、图3：
图2 图3
此处需要注意的是，因为功率因数角为电流滞后于对应侧电压的角度，取值范围为-180°到180°。
高压侧功率因数角Φh=25°，低压侧功率因数角ΦL=-
155°。
本例中以UA为基准，高压侧A相电流滞后于UA 25°，以低压侧Ua为基准，低压侧Ia就超前了Ua 155°，即滞后于Ua为-155°。
那么，低压侧功率因
数就是COS（-155°）。
下面通过计算主变高低侧有功、无功来分析主变潮流方向：
Sh= Ih CT变比= 112.1 0.821 ( )=19.1MVA
SL= Il CT变比= 36.76 1.8 ( )= 18.95MVA
Ph= ShΦh=19.1 0.906=17.33MW
PL= SlΦl=18.95 = 18.95 0.906=-17.17 MW
Qh= ShΦh=19.1 sin 8.03Mvar
QL= SlΦl=18.95 sin 7.95 Mvar
由上式可以看出，主变高压侧潮流为从主变高压侧母线流出到主变，从主变
低压侧流入35kV母线，流出流入的有功功率、无功功率近似相等，与实际潮流
分布一致。
根据图2、图3以及表1可知：
1.高压、低压各侧三相电流大小相等，互成120 °且都呈正序排列。
2.检查差动保护装置的内差流为0。
3.主变有功功率P、无功功率Q值所在象限正确，与后台对比一致。
4.因为该1号主变接线组别为Y/D-11，由上图可以看出， Y侧电流超前D
侧150 °，所以相位正确。
二、变压器后备保护带负荷检查
后备保护检查是通过核实主变各侧后备保护装置采集到的电压电流相位关系，并结合采集到的电压电流计算主变各侧潮流流向是否与实际相符，如果相符，则
主变后备保护投入方向元件后就不会误动或拒动。
由于本次大修改造一起更换了1#主变后备保护装置，造成后备保护装置电流回路发生了变动，所以必须进行后备保护带负荷试验。
本例中1#主变后备保护带负荷检查如表2，表3所示（后备保护CT高压侧：主变高侧套管CT 400/5，后备保护CT低压侧： 800/5）：
表2：主变高、低后备带负荷检查（相位表测量数据）：
11
10KV
可以根据以上数据画出主变高低侧电流矢量图，见图4：
图4
可以看出：1.高压、低压各侧三相电流大小相等，互成120 °且正序排列。
2.同理可以推断出高压侧P＞0、Q＞0；低压侧P＜0、Q＜0，与实际潮流方向一致。
表3：主变高、低后备带负荷检查（装置显示数据）
根据主变后备保护装置厂家说明书提供资料显示：该后备保护装置方向元件采用线电压，接线方式为90度接线方式，为避免在负荷电流作用下使方向元件动作，采用按相启动方式，各相接入装置的TA极性的正极性端应在母线侧。
装置后备保护分别设有整定“过流方向指向”来控制过流保护各段的方向指向，灵敏角为45度，保护装置方向元件动作特性如图5、图6所示。
图5：方向指向变压器图6：方向指向系统
本例中，接入装置的各侧CT的正极性端都分别在母线侧（如图1所示），根据表3数据画向量图如图7、图8：
图7 图8
由保护定值单可知：高后备保护指向变压器、低后备保护指向低压侧母线。
以下通过对矢量图分析，验证本例中电流相位的正确性：
1.高后备投“过流方向控制字”为“0”，方向指向变压器，灵敏角为45°，高后备保护作为变压器故障的后备保护。
从矢量图7可以看出，正常运行时，潮
流方向从110kV母线流向变压器（P＞0、Q＞0），IAH在动作区内。
当变压器内
部（或者保护范围内）故障时，故障电流由110kV母线提供，方向是从110kV流
向变压器，IAH始终在如图5所示动作区内，高后备保护满足方向元件动作条件，说明高压侧电流相位正确。
2.低后备投“过流方向控制字”为“1”，表示方向指向母线，灵敏角为225°，低后备保护作为35kV母线及35kV分支馈线的后备保护。
从图8可以看出，正常运行时，潮流方向从变压器流向35kV母线（P＜0、Q＜0）。
当35kV母
线或35kV馈线发生故障情况时，故障电流由变压器流向35kV母线，与正常工况
下潮流方向一致，IAL始终在如图6所示动作区内，低后备保护满足方向元件动
作条件，说明低压侧电流相位正确。
结语
本文详细描述了主变差动保护和主变后备保护分别带负荷试验的重要性和方法，通过矢量图形结合现场测试数据，计算分析了主变差动保护潮流方向以及后
备保护方向元件的正确性，间接证明了差动保护、后备保护装置接线的正确与否，保证了变压器保护的可靠工作和安全运行。
参考文献：
[1]丁新. 主变差动保护及后备保护带负荷检查中的理论计算[J]. 贵州电力技术, 2012(2):3.
[2]王维俭. 电气主设备继电保护原理与应用[M].中国电力出版社.2002.。