电容器保护的向量测试方法

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简介：变电站启动向量测试一般采用无功负荷测量。对于线路相关CT，利用输电线路的容量特性完成带负荷验证，变压器采用低压侧容设备负荷完成向量测试。本文总结了500kV东苏旗变电站在500kV楚城应用中的启动向量测试结果，列出了几种常见的启动向量测试方法，并结合现场实际向量测试数据结果，分析判断了超高压变电站的启动向量测试结果。

1.变电站启动向量测试现状。

目前，一些地区很少进行全站启动向量测试。很多时候，他们只是检查保护装置上是否有差流和采样数据角度。不使用高精度相量表对每个CT绕组进行向量测试是不严格的。虽然保护装置可以检查电流电压的大小和相位，但使用高精度相量表测量仍然非常重要，因为启动过程中负荷较小，无法正确反映实际向量值。同时，一些员工对启动向量负荷类型和相应向量六角图了解不够透彻，无法正确分析判断向量测试结果的正确性。

2.现场保护向量试验方法。

2.1电容器保护。

电容器保护的向量测试方法是测量三相电压与电流之间的相位关系。由于它是一个容量负荷，电流提前90度。目前，常用的电容器保护还配备了不平衡电压保护或差压保护。不平衡电压通过三个电压的第一和最后连接形成开口三角电压。当三相电压平衡时，电压值为零。当电容器故障导致三相电压不平衡达到保护设定值时，动作跳闸。差压保护采用电容器组前后塔、上半塔、下半塔均匀分配的原理，利用放电线圈两个绕组之间的差压启动保护。然而，当一个电容器出现故障时，两个电容器塔的电压不均匀，二次绕组的差压达到保护值，即出口跳闸。因此，在现场启动时，应仔细测试不平衡电压或差压的值。

2.2电抗器保护。

常见的电抗器分为干式电抗器和油浸式电抗器。由于大多数油浸式电抗器套管CT的存在，两种向量测试方法也不同。

三相电流与三相电压之间的尺寸和角度差，电抗器为感性负荷，电流滞后电压90度。

油浸式电抗器在干式电抗器电流电压的基础上配备了两个套管CT。这两个套管CT分布在电抗器的前端和后端。两组CT的极性偏离了电抗器的差流接线，可以快速有效地反映电抗器内部的绕组故障。在测量过程中，应分别测量首端套管和尾端套管的电流幅度和相位差。由于差流计算采用一次电流值之间的差值进行比较，因此在测试分析中需要将其转换为一次值。同时，对于保护装置，可能没有输入两侧的变比。例如，北京四方的电抗器保护只有高低压侧的电流变比系数。在固定值固定时，变比表中可能没有此项，因此需要根据实际情况反馈正确固定值，以防止启动时差流导致跳闸。

2.3断路器保护。

断路器保护向量测试相对简单，仅测试三相电流与三相电压之间的尺寸和角差。由于断路器保护同时关闭，需要检查母线电压和间隔电压的尺寸和相位差。

2.4线路保护。

线路保护测量方法较多，可根据现场启动方案逐步完成测试。如果线路较长，则可以利用线路的容量特性来完成向量测试。此时，可以记录线路电压的大小和相位关系。线路差动保护只有在对侧变电站负荷运行或线路闭环时才能完成差流记录。此时，应注意两侧线路保护变比的一致性。一些制造商（山东鲁能）生产的保护装置需要确定变比系数。如果变比系数正确错误，线路差流将无法平衡。

2.5母差保护。

母差保护向量测试在现场实际测试过程中分步完成，电压测量在线路空充母线时完成。为了验证电压的正确性，可以与线路电压进行验证。如果变电站在线路空充电时运行，则可以进行向量测试。此时，以母线电压为基准，因为智能站开发了与线路保护公用相同的绕组。绕组向量测试已在线路保护向量测试中完成。只需比较母差保护与线路保护尺寸是否一致，母差保护是否存在差流。500kV母线保护只需检查与断路器保护值一致且无差流。如果新建变电站，母线冲击本侧母线后，母线冲击另一母线。此时，完成电压测量和验证，然后使用另一条线冲击到另一侧。此时，使用该线路的容性负荷完成向量测试。如果容性负荷不足以完成向量负荷，则需要设置一个非常重要的基准变比设置在母差保护中，仅用于二次值查看，不影响差流计算。

2.6主变保护。

超高压变电站的主要变压器大多为三个分散布局，也有少量的三相共体变压器。三相共体变压器的低压侧在变压器内部完成了星角转换，三相分散变压器的低压侧升高座电流回路需要在二次绕组侧人工完成星三角转换。随着保护装置技术的发展，新变电站的主变电站具有星三角转换功能，不需要将低压侧升高座电流转换为星三角进入主变电站保护。

超高压变电站启动时，一般采用中压侧冲击主变。此时，可以测试高压侧设备的绝缘耐受性，防止高压侧设备故障导致500kV电网故障。主变三侧电压向量试验可在中压侧空充主变后完成。同时，主变中压侧电压应与母线电压相同。电压试验结果分析正确后，进行低压侧负荷试验。此时，可完成主变中低压侧间隔CT、升高座CT和主变中性点CT向量试验。中压侧冲击主变试验完成后，进行高压侧冲击主变试验，完成高压侧间隔CT和升高座CT带负荷试验。各侧电流测量完成后，检查主变试验保护装置是否有差流。由于500kV及以上主变试验保护差动保护不仅有纵差保护，还有分相差、分侧差、零序差和低压侧社区差，检查是否正常无差流。

3.分析几种常见的向量测试状态及相应的六角图。

3.1线启动向量分析。

大多数线路开关CT可以在空气充电线路中完成向量测试。原理是大回路输电线路可以等效为电容，此时空气充电线路相当于容量负荷。当线路足够长时，等效电容量足够大时，可以满足向量测试的需要。线路保护向量测试可在本侧开关冲击线路后进行。由于线路为容性负荷，向量测试结果应为电流超前电压90°。在500kV楚城变启动过程中，实际测量基于线路电压互感器二次侧A相电压，并逐个测试电流绕组。测试结果（仅以线路保护A套为典型列表）如下表所示，表显示实际测试结果与预测结果一致。由于负荷特性与线路一致，电容器间隔启动向量保护六角图模型一致。

从向量图可以清楚地发现，电流明显提前90°，A→B→C顺时针旋转，理论与实际测试一致，因此可以判断测试结果是否合格。对于500kV变电站3/2的接线方式，线路保护向量测试应分两次进行，一次是带负荷向量测试和中开关带负荷向量测试。

3.2电抗器启动向量分析。

以油浸式电抗器为例，油浸式电抗器间隔共有三组电流互感器：间隔电流互感器、第一个升降座互感器和最后一个升降座互感器。其中，电抗器的极性应满足差动保护的要求。以间隔CT为基准，电流互感器P1端一次指向母线，电抗器电流互感器的极性与间隔电流互感器一致，尾部电流互感器的极性与间隔电流互感器的极性相反。此时，首端和尾部的电流互感器极性应指向套管，偏离电抗器本体，当电流通过电抗器本体时，两侧的电流矢量为零。电抗器间隔CT和首端升降座CT向量图如下图4所示，尾部升降座CT向量图如图5所示。