第
Electrical Measurement & Instrumentation
电测与仪表
Vol.55 No. 14Jul.25,2018
大型发变组保护CT极性及保护方向自动检测技术研究
李本瑜\\陈海龙2,刘志文2,肖志刚2,沈燕华2,徐立明2
(1.云南电力调度控制中心，昆明650011; 2.许继电气股份有限公司，河南许昌461000)
摘要:准确无误的电流互感器(CT)极性和保护方向是确保继电保护安全可靠运行的基础，大型发变组保护采用主 后一体化的双重化配置模式，需要接人的CT电流回路较多,且部分CT电流回路同时供主保护、后备保护和异常 运行保护共同使用，CT极性必须同时满足主保护、后备保护、异常运行保护的要求。由于大型发变组保护的配置 及其二次回路的复杂性，导致CT极性和保护方向错误而引发的发变组保护误动或拒动的事情时有发生，严重影响 了电网的安全稳定运行。根据传统人工带负荷检测CT极性和保护方向的“六角图理论”，在发变组保护装置内构 建了 CT极性和保护方向自动检测的判据和功能，进一步提升了发变组保护的安全性和可靠性，具有很高的工程实 用价值。
关键词:发电机差动保护;变压器差动保护;零序差动保护;CT极性;保护方向；自动检测中图分类号:TM771
文献标识码:B
文章编号:1001-1390(2018)14>0100>06
Research on CT polarity and protection direction automatic detection technology
for large generator transformer unit
Li Benyu1, Chen Hailong2 , Liu Zhiwen2, Xiao Zhigang2, Shen Yanhua2 , Xu Liming2(L Yunnan Electric Power Dispatching and Controlling Center, Kunming 650011, China.2. XJ Electric Co” Ltd” Xuchang 461000，Henan，China)Abstract： Accurate current transformer (CT) polarity and protection direction is the foundation to ensure the safe and re
liable relay operation, and the large transformer unit protection adopts the main protection and backup protection integration, duplex configuration mode, which needs to access more CT current loops. And part of the CT current loop for protec- tion within the main protection, backup protection and abnormal operation protect the common use, CT polarity must also meet the main protection, backup protection, abnormal operation protection requirements. Due to the protection of large transmission unit and the complexity of its secondary circuit, the CT polarity and protection of the wrong direction caused by the protection of the group to prevent malpractice or refusal to happen when things have seriously affected the safety and stability of the grid run. According to the hexagonal graph theory of detecting CT polarity and protection direction with traditional artificial load, the criterion and function of CT polarity and automatic detection of protection direction are con- stmcted in the protection device of the tonsfomer group, which further enhances the safety and reliability protection group, and has high engineering practical value.polarity, protection direction, automatic detection〇引言
大型发变组保护对象主要包括发电机、主变压器、
励磁变、厂用变等，其保护配置[1]复杂,CT数量多，且 采用主后一体化模式，双重化配置。一套保护装置内 的主保护、后备保护、异常运行保护共用一组CT，CT 的极性必须同时满足主保护、后备保护、异常运行保护 的要求。准确无误的电流互感器（CT)极性和保护方
向是确保继电保护安全可靠运行的基础。长期以来，
所有带负荷检测CT极性和保护方向的工作都由现场 安装调试人员通过钳形相位表检测电流电压间的相 位，再依据负荷的方向进行人工分析判断，其正确性完 全依赖检测人员的业务技能水平和责任心，人工校验 很容易出错。鉴于发变组保护功能配置和CT二次回 路的复杂性，对检测人员的专业技能要求较高，由于现
Keywords ： generator differential protection, transformer differential protection, zero sequence differential protection, CT
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场施工人员水平良莠不齐，他们更多的注意力集中在 差动保护的CT极性方面，对于功率方向保护[2](匝间 保护、失磁保护、失步保护等）往往忽略了。多年的现 场运行经验表明，由于CT极性和保护方向错误导致保 护误动或拒动的事情屡禁不止,严重影响着电网的安 全稳定运行。
目前国内外的微机发变组保护还没有CT极性自 动检测技术及功能，因此我们在发变组保护中增加大 型发变组保护CT极性自动检测辅助功能，主要包括发 电机保护CT极性自动检测、主变压器保护CT极性自 动检测、零序差动保护CT极性自动检测等。在发变组 保护装置内构建了 CT极性和保护方向自动检测的判 据和功能,进一步提升了发变组保护的安全性和可靠 性，具有很髙的工程实用价值。11.1发电机保护CT极性自动检测
发电机保护CT极性要求
对于100 MW及以上容量的发电机组，其保护配 置采用双重化配置，采用主保护、后备保护一体化装 置，即发电机差动保护与发电机后备保护、异常保护共
用同一组CT，这就要求CT的极性既要满足差动保护 的要求,也要满足方向类保护(失磁保护、失步保护等) 的要求。其中失磁保护、失步保护、故障分量负序方向 保护等的电流取自发电机机端，其动作特性[34]都是以 电流从发电机流出为正方向。发电机保护CT极性要 求如图1所示。
图
1
发电机保护
CT极性图
Fig. 1 Diagram of generator protection CT polarity
图1中，发电机保护装置对CT绕组极性接法要求CT 一次电流必须以发电机流出的电流方向为正方向。
1.2发电机保护CT
极性自动检测
发电机组在图1中&点三相短路试验[5]或带负荷 试验时，通过发电机保护装置的参数浏览菜单能够实时 查看各侧电流、差动电流的大小、相位。根据差动电流 的大小、相位能够判断CT极性是否满足差动保护的要
求。但是要保证机端侧CT极性也要满足方向类保护的 要求，则要进行绘制六角图，结合已知的该侧功率方向, 根据六角图来判断机端侧CT极性正确与否。但是现场 投运、调试人员往往只检查了差动保护CT极性的正确 性，忽略发电机方向类保护的极性校验,这就给发电机 保护安全运行带来很大的隐患，容易造成发电机方向类 保护不正确动作。因此在发电机保护中增设保护CT极 性自动检测辅助功能。
当发电机组在图1中&点进行三相短路试验或 带负荷试验时，利用差动电流和有功功率方向自动校 验发电机保护CT极性的正确性。发电机差动保护各 相差动电流计算如下：
■'opA = ’TA + ’NA
'^opB = ^TB + ^NB
( 1 )
hfC = ^TC + ^NC
式中L44分别为机端A相、B相、C相电
流；4
4
4
分别为中性点A相、B相、C相电流。
发电机机端二次有功功率计算如下：
.尸GA = Re[\"A X ^TA]
，PGB - Re[f/B x /TB]
(2)
. A
P
gc
= Re[\"c X ’
tc
]
式中i/A、i/B、i/c分别为机端A相、B相、C相电 压JTA、>™、L；分别为机端A相、B相、C相电流>TA、
4
的共轭电流。发电机保护CT极性自动检测方
案如图2所示。
图
2发电机保护CT极性自动检测逻辑图
Fig. 2 Logic diagram of generator protection CT
polarity automatic detection
发电机保护CT极性自动检测逻辑如下：(1) 发电机差动保护任一相差动电流大于〇. 1/6;
(2) 发电机机端任一相有功功率小于零。
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满足上述任一条件时，报发电机保护CT极性错误 告警信息。提示现场运行、调试人员注意检查、核实发 电机保护CT极性。
图3给出某发电机带负荷试验时的波形及发电机 差动各相差动电流和有功功率。
馨
V/B#v-o.oi
250
300
350
s 0.005
ail
n
50
1(
350
400
450
釆样点
图
3
发电机差动电流、有功功率图示
Fig. 3
Schematic diagram of generator differential
current and active power
负荷电流对发电机差动保护来说是穿越性电流，
各相差动电流应该为零，且电流方向为从发电机流出。
图3中计算显示，发电机差动各相差动电流基本为零， 机端侧二次有功功率为20 W,发电机保护CT极性符 合图1中的要求，采用图2中的逻辑能够有效识别发 电机保护CT极性的正确性。2
主变压器保护CT极性自动检测
2.1变压器保护CT极性要求
对于220 kV及以上电压等级的变压器，其保护配 置采用双重化配置，主保护、后备保护一体化装置，即 变压器差动保护与后备保护共用同一组CT，这就要求 CT的极性既要满足差动保护的要求，也要满足方向类 后备保护（高压侧复压方向过流、阻抗保护等）的要求。 其中高压侧复压方向过流、阻抗保护的动作特性都是 以电流从母线流出为正方向，变压器保护CT极性要求 如图4所示。
Pi
MT(
pt
(§)图
4 变压器保护CT极性图
Fig. 4
Diagram of transformer protection CT polarity
—102
—
图4中，变压器保护装置对CT绕组极性接法有如 下要求：(1)
差动保护、高压侧后备保护要求CT 一次电流
必须以从母线流出的方向为正方向；
(2) 差动保护、后备保护用CT采用全星形接线, 由保护软件自动对各侧电流实现相位和幅值补偿。2.2变压器保护CT极性自动检测
发电机组在图4中&点三相短路试验或带负荷 试验时，通过变压器保护装置的参数浏览菜单能够实
时查看各侧电流、差动电流的大小、相位。根据差动电
流的大小、相位能够判断CT极性是否满足差动保护的 要求。但是要保证高压侧CT极性也要满足方向类保 护的要求[6_7],则要进行绘制六角图，结合已知的该侧 功率方向，根据六角图来判断出髙压侧CT极性正确与 否。但是现场投运、调试人员往往只检查了差动保护 CT极性的正确性，忽略变压器方向类保护的极性校 验，这就给变压器保护安全运行带来很大的隐患，容易 造成变压器方向类保护不正确动作。因此在变压器保 护中增设保护CT极性自动检测辅助功能。
当发电机组在图4中&点进行三相短路试验或 带负荷试验时，利用差动电流和有功功率方向自动校 验变压器保护CT极性的正确性。
变压器差动各相差动电流计算如下：
,〇pA=Kx ^(’HA _ ’HB )
+ k2*^TA,〇pB=Kx ^(’HB _ ’HC)
+ k2* ^TB
(3)
Z〇pC=Kx ^(’HC _ ’HA)+ k2*
iTC式中444
分别为机端A相、B相、C相电
流；匕A、4
4
分别为主变高压侧A相、B相、C相电
流;&为主变高压侧平衡系数，&为机端侧平衡系数。
短路试验或带负荷试验时，变压器机端侧二次有 功功率计算同式(2)。
带负荷试验时，计算变压器高压侧二次有功功率 如下：
尸TA ：
=Re[UA X /HA]^TB ：
-Re[ UB X / HB ](4)
PTC =-Re[ Uc X / HC ]式中i/A、
、i/c分别为主变高压侧A相、B相、C
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相电压；>HA、>HB、
分别为主变高压侧A相、B相、
C相电流>HA、>HB、^的共轭电流。变压器保护CT 极性自动检测方案如图5所示。
图5 变压器保护CT极性自动检测逻辑图
Fig. 5
Logic diagram of transformer protection CT
polarity automatic detection
变压器保护CT极性自动检测逻辑如下：(1) 变压器差动保护任一相差动电流大于0.1/6;(2) 机端任一相有功功率小于零；(3)
主变高压侧任一相有功功率大于零（带负荷
试验时)。
满足上述任一条件时，报变压器保护CT极性错误 告警报文。提示现场运行、调试人员注意检查、核实变 压器保护CT极性。
图6给出某变压器带负荷试验时的波形及变压器 差动各相差动电流和高压侧有功功率图示。
A/m-v
ff-100
/^2A /--mvff
/馨 3v-5«-.
糊
加
蒔功功率-_A相02
-—40體 |
1M
I150
200
250
300
350
400
450
S0
150 200 250350 400 450
采样点
图6变压器差动电流、有功功率图示
Fi.lg.6 Schematic diagram of transformer differential
current and active power
负荷电流对变压器差动保护来说是穿越性电流， 各相差动电流应该为零，且电流方向为从变压器流向
母线。负荷电流对机端CT二次电流来说是电流的正 方向■高压侧CT二次电流来说是电流的反方向，因 此，机端侧二次有功功率应该为正，主变高压侧二次有 功功率应该为负。图6中计算显示，变压器差动各相 差动电流基本为零，高压侧二次有功功率为42 W，机 端侧二次有功功率为45 W，变压器保护CT极性符合 图4中的要求，采用图5中的逻辑能够有效识别变压 器保护CT极性的正确性。3
零序差动保护CT极性自动检测
3.1零序差动保护原理
对于Yn /A变压器，变压器纵差保护一般采用Y转换，以调整两侧的相位差及保证保护外部单相 接地短路时不误动，通过Y—A转换后使高压侧零序 电流分量不再作为差动电流动作量，这导致变压器内 部接地故障时纵差保护灵敏度降低，不能可靠保护内 部单相髙阻接地故障[89]。为了提高变压器区内单相 高阻接地故障的灵敏度，目前在电厂变压器保护中配 置有零序差动保护。
零序差动保护的原理图如图7所示，由高压侧三 相自产零序电流与中性点零序电流构成零序差动
保护。Y„/A-ll 变压器
TAh
图7
零序差动保护原理图
Fig. 7
Schematic diagram of zero sequence
differential protection
零序差动动作方程如下：
j'Aip > '〇p.o
(5)
,〇p 為,。p.。+ S ( ,res ,re8.0 )
式(5)中：
= I (^A +
+ 4) +
I = ' ^〇 h + K.N I
(6)/res = max) |/A|, |/B|, |/c|l (7)
式中夂，匕，
为变压器髙压侧的三相电流。
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—
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3U。.w分别为变压器高压侧自产零序电流和中性点
的零序电流，为了避免外部故障保护误动，零序差动保 护制动电流取I I，I I, I ic I的最大值。3.2零序差动保护CT极性自动检测
正常运行时，变压器零序电流基本为零，零序差动
保护的差动电流也为零，该保护的CT极性，特别是中性 点零序CT的极性是否正确就难以正确判断，导致该保 护因中性点零序CT极性、接线等问题造成误动率较髙。 这样的事故隐患非常隐蔽，靠现场调试、维护人员来发 现问题存在很大困难[1°]，因此在变压器保护中增设零序 差动保护CT极性自动检测辅助功能。
正常变压器空载合闸时,由于三相电流不对称，必 然产生零序电流,励磁涌流对于零序差动保护是穿越 性电流，如果零序差动保护CT极性正确，高压侧自产 零序电流和中性点零序电流的大小应相等，相位应 相反[11]。
因此利用变压器空载合闸时的励磁涌流来自动校 验零序差动保护CT极性的正确性。零序差动保护CT 极性自动检测方案如图8所示。
图8
零序差动保护CT极性自动检测逻辑图
Fig. 8 Logic diagram of polarity automatic detection of zero sequence differential protection CT
零序差动保护CT极性自动检测逻辑如下：
(1) 变压器空载合闸状态；
(2) 励磁涌流中的二次谐波电流与基波电流比值
大于设定值；
(3) 变压器纵差保护未动作；
(4) 高压侧自产零序电流与中性点零序电流相位
差小于设定值；
(5) 零序差动电流大于设定值。—104
—
上述条件都满足时，报零序差动保护CT极性错误 告警报文。提示现场运行、调试人员注意检查、核实零
序差动保护CT极性。
图9给出某变压器空载合闸时的波形及高压侧自 产零序电流和中性点零序电流相位图示。
励磁涌流对零序差动保护来说是穿越性电流，高 压侧自产零序电流与中性点零序电流应该反向且零序 差动电流应该为零。图9中计算显示，高压侧自产零 序电流与中性点零序电流的相位差为180°，相位反向， 且零序差动电流很小，基本为零,零序差动保护CT极 性符合图7中的要求，采用图8中的逻辑能够有效识 别零序差动保护CT极性的正确性。
4900~5000~5100~5200~5300~5400~5500~5600~5700~5800
4900 5000 5100 5200
5300 5400 5500 5600 5700 5800窆300
1
1
1
1
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%醤 100
-100
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4900
5000 5100
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5500 5600 5700 5800
链 0.8.
| 0.4 :—二
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4900
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5500 5600 5700 5800I -^上
I I ^ I I I ,®.(VniL
i i i i i i ■ i i i -4900~5000~
5100~
5200~
5300~
5400~
5500~
5600~
5700~
5800
采样点
图9零序差动电流、相位图示
Fig. 9 Schematic diagram of zero sequence differential
current and phase
为了不影响发变组保护的正常功能，设计中增加
极性校验硬压板用于此功能的投退。发电机保护CT 极性自动检测辅助功能、变压器保护CT极性自动检测 辅助功能仅在发电机组短路试验或带负荷试验时投 人，发电机组正常投运后应退出。零序差动保护CT极
性自动检测辅助功能仅在变压器投运前空载合闸试验 时投入，变压器正常运行后应退出。4结束语
主要研究利用发电机组启动电气短路试验或机组 带负荷试验期间，根据发变组保护CT极性的要求，构
建发变组保护CT极性和保护方向的自动检测方案，自
动检验发变组保护CT极性和保护方向的正确性，防止
因CT极性和保护方向错误导致的发变组保护不正确
动作。当CT极性和保护方向错误时，给出错误告警报
告，提示现场调试、运行人员及时发现和更正CT二次
回路的接线错误，保证发变组保护能够安全可靠运行,
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具有很高的工程实用价值。
参考文献
[1] 王维俭•电气主设备继电保护原理与应用[M]•北京：中国电力出
版社，1998.
[2] 原爱芳，杨兆阳，等.继电保护方向元件的带负荷校验方法探讨
[J].电力系统保护与控制，2〇1〇, 38(17) : 164-168.
Yuan Aifang, Yang Zhaoyang, et al. Research on on-load test of the direction element relay protectionf J]. Power System Protection and Control, 2010, 38(17)： 164-168.
[3] 鹿伟，王增平，等.基于振荡边界圆的失磁保护新判据研究[J].
电力系统保护与控制，2015, 43(3): 7-13.
Lu Wei, Wang Zengping, et al. Research on a novel loss of excitation protection criterion based on impedance circle of oscillatory boundary [J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3) ： 7-13.[4] 张学深，杨智德，等.故障分量负序方向保护研究[J].继电器，
2000, 28(7) ： 59-61.
Zhang Xueshen, Yang Zhide, et al. Study on negative sequence directional protection against fault component [ J ]. Relay, 2000, 28 ( 7 )： 59-61.
[5] 兀鹏越，胡任亚，陈飞文，等.1036 MW•机组的电气整套启动调试
[J].电力建设，2010,（31): 77-79.
Wu Pengyue, Hu Renya, Chen Feiwen, et al. First start-up and debugging test of the electric system of 1036 MW unit [ J ]. Electric Power Construction, 2010, (31) ： 77-79.
[6] 孟杰，舒力，徐峰• 500 kV变压器CT极性确定新方法[J].华北电
力技术，2013,（8): 31-33.
Meng Jie, Shu Li, Xu Feng. A New Method to Determine 500 kV Transformer CT Polarity [J]. North China Electric Power, 2013, (B)： 31-33.
[7] 晋毅，时运瑞.变压器套管CT安装后测量极性的方法[J]•电力
系统保护与控制，2008, 36(23) : 128-130.
Jin Yi, Shi Yunrui. Method of measuring polarity after installing sleeve- type current transformer [ J ]. Power System Protection and Control, 2008, 36(23)； 128-130.
[8] 索南加乐，张军民，等.基Yn/A接线变压器零序纵差保护原理研
究[J].电力系统保护与控制，2〇1〇, 38(16): 5«1.
Suonan Jiale, Zhang Junmin, et al. Study of zero-sequence differential protection for transformer with YD/A connection[ J]. Power System Protection and Control, 2010, 38(16) ： 54-61.
[9] 罗小莉，赵安国，郭晓冬.新型变压器零序差动保护方案设计[J].
电力自动化设备，2007 , 27(7): 119-121.
Luo Xiaoli, Zhao Anguo, Guo Xiaodong. Scheme design of transformer zero-sequence differential protection [J]. Electric Power Automation E- quipment, 2007, 27(7) ： 119-121.
[10] 李兴，郭卫民.西门子7UT612装置零序差动保护原理及CT极性
整定分析[J].继电器，2006, 34(18): 6245.
Li Xing, Guo Weimin. Principle of restricted earth fault protection and CT% polarity setting method of SIEMENS 7UT612 [ J ]. Relay, 2006, 34 (18)： 62-65.
[11] 张项安，单强，张弦.变压器零序差动保护的几个问题[J].继电
器，2005, 33(15): 13-17.
Zhang Xiangan, Shan Qiang, Zhang Xuan. Several problems on zero-sequence differential protection for transformer [ J ]. Relay, 2005, 33 (15) ： 13-17.
作者简介：
李本瑜(1975—)，男，硕士研究生，高级工程师，主要 从事电力系统继电保护研究。Email:jkjdk@ 163. com
陈海龙(1975—)，男，硕士研究生，高级工程师，主要从事电力系统主设 备保护研究 〇 Email: 124951470@ qq. com
刘志文(1978—），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事电力系统主设 备保护研究。
20174)7-18;修回日期:20174)9-28
(田春雨编发）
—105
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