[摘 要] 根据一份变压器保护带负荷实测数据，进行深入分析，准确找出变压器母线相序弄反、高压电缆接错等突出问题。

[关键词]带负荷 实测数据 数据分析 一次接线图  差动  高压电缆 整定值

１　引言

毋庸置疑，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，不只是在数据收集过程，更在于数据分析；只有方法得当、分析彻底，才能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。

2　实测数据背景

主变一次接线图

2.１　主变参数。

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。

2.2　主变保护参数。

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-IB,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：

电流回路编号	端子排号	电流定义
A411	D1	110KV侧（101）电流
B411	D2
C411	D3
N411	D4
A471	D5	35KV Δ侧（501）电流
B471	D6
C471	D7
N471	D8
A511	D9	35KVY侧（502）电流
B511	D10
C511	D11
N511	D12

2.3　变压器保护整定变比及定值

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。

3　带负荷测试数据

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（A630I）=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：

潮流情况	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。
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	1.22A	255°
		B411	D2	1.22A	134°
		C411	D3	1.22A	16°
		N411	D4	21mA
差动	501侧	A471	D5	0.84A	79°
		B471	D6	0.84A	318°
		C471	D7	0.84A	199°
		N471	D8	4mA
差动	502侧	A511	D9	0.8A	107°
		B511	D10	0.8A	346°
		C511	D11	0.8A	228°
		N511	D12	7mA
后备	101侧	A421		1.2A	255°
		B421		1.2A	134°
		C421		1.2A	16°
		N421		10mA
后备	501侧	A501		0.84A	19°
		B501		0.84A	138°
		C501		0.84A	259°
		N501		86mA
后备	502侧	A541		0.8A	48°
		B541		0.8A	166°
		C541		0.8A	287°
		N541		60mA
差流		ΔIa		0.19A
		ΔIb		0.19A
		ΔIc		0.20A
电压类别		电压编号		电压幅值	电压相位	备注
110KV母线		A610		59V	17°
		B610		59V	137°
		C610		59V	257°
35KV I段母线		A630I		59V	257°
		B630I		59V	137°
		C630I		59V	17°
35KV II段母线		A630II		59V	226°
		B630II		59V	107°
		C630II		59V	346°

4　带负荷测试数据分析

数据展现在我们面前，到底有没有问题呢？一看差流那么大，肯定有问题，那问题有几个，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。

4.1　找问题

首先，我们看看其对称性。主变三侧电流、电压三相的幅值基本相等，相位互差120°，N相电流也很小，看来，在对称性上，数据不存在问题。

其次，我们看看其相序。从测试数据表格中，我们不难发现差动101侧、501侧、502侧、后备101侧电流（基准电压向量超前A相电流比超前B相多120°，说明A相滞后于B相120°）和110KV母线电压（A相电压超前基准电流向量比B相少120°，说明A相滞后于B相120°）全是负序，相序存在问题。

再次，看三侧同名相电流相位。从测试数据表格中，我们看到差动101侧（电源侧）和差动501、502侧（负荷侧）三个同名相电流相位大概处于相反方向，说明三侧差动CT极性组合不存在问题。我们再看差动101侧和501、502侧电流相位，101侧和501侧三个同名相电流相位都相差约180°，101侧和502侧三个同名相电流都相差约150°，这明显和501开关接于主变Δ侧、502开关接于主变Y侧的一次接线不吻合。接着看电压，110KV母线电压C相（110KV电压为负序，而35KV电压为正序，所以不能用同名相相比）和35KV I段母线电压A相同相位，而和35KV II段母线电压A相相差约30°，这又和35KV I段母线接于主变Δ侧、35KV II段母线接于主变Y侧的一次接线图不吻合。

接下来，我们看看差流，其三相幅值都在0.2A左右，相比低压侧0.8A的负荷电流，占到了25%，这显然太大，说明三侧电流没有平衡，区外故障差动肯定误动。

最后，我们来看后备保护。前面已说了：电流、电压对称性不存在问题，仅后备101侧电流为负序，这里就不重复了。我们着重看看： 1.后备101侧电流和差动101侧电流幅值相当，和定值单上101侧差动、后备CT变比相同相吻合，说明后备101侧CT变比不存在问题；同样后备501侧和后备502侧，CT变比也不存在问题； 2.三侧后备保护同名相电流电压夹角也基本符合潮流方向，说明三侧后备保护CT极性也没有问题。

4.2　分析原因

（1）相序问题：首先看110KV侧，差动、后备电流和母线电压全是负序，三组二次回路同时接错的可能性非常小，最大的可能是110KV进线一次就是负序，造成差动、后备101侧电流和110KV母线电压全成了负序。再看35KV侧，35KV I、II段母线电压和后备501侧、502侧电流都是正序，仅差动501侧、502侧为负序，可能是差动501侧、502侧故意把二次电流由正序反为负序了（差动101侧是负序，不反不好平衡）。

（2）三侧同名相相位和501在主变Δ侧、502在主变 Y侧一次接线不吻合问题：理论上，主变101侧和502侧都是Y型接线，那两侧差动同名相电流就应该相差约180°，同名相电压就应该同相位；而事实上，差动101侧和501侧三个同名相电流都相差约180°，110KV母线电压C相（110KV电压为负序，而35KV电压为正序，所以不能用同名相相比）和35KV I段母线电压A相同相位，是501、502电流二次回路，35KV I母、II母电压二次回路同时交叉混淆了吗？ 可能性不大，最大的可能是一次接线交叉混淆，把主变Y型侧导管引出头接到了501开关上，而把Δ型侧导管引出头接到了502开关上。

4.3　看效果

（1）调相序。

由于110KV母线电压C相和35KV I段母线电压A相同相位，所以我们考虑将110KV进线一次A相、C相引线对调，这样一来，差动101侧、后备101侧电流和110KV母线电压全都从负序变成了正序。由于差动501侧A相和后备501侧C相电流相位相差约180°（差动和后备电流CT抽取极性相反，所以相位相差180°），差动502侧A相和后备502侧C相电流相位也相差约180°，所以我们考虑将差动501侧、502侧A相、C相二次电流接线对调，这样一来，差动501侧、502侧电流也从负序变成了正序。

（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆。

由于主变差动101侧和501侧电流三个同名相电流都相差约180°、110KV母线电压C相和35KV I段母线电压A相同相位，符合Yn-Y0接线特征，所以我们考虑将主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆对调。对调后，差动501侧、后备501侧电流就成了502侧电流，35KV I母电压就成了35KV II母电压，正如下表所示：

保护类别	开关	电流编号	端子排号	电流幅值	电流相位	更改内容
差动	101侧	A411	D1	1.22A	16°	（1）调相序：将110KV进线一次A相、C相引线对调
		B411	D2	1.22A	134°
		C411	D3	1.22A	255°
		N411	D4	21mA
差动	501侧	A471	D5	0.84A	199°	（1）调相序：将差动501侧、502侧A相、C相二次电流接线对调
		B471	D6	0.84A	318°
		C471	D7	0.84A	79°
		N471	D8	4mA
差动	501侧	A471	D5	0.8A	228°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B471	D6	0.8A	346°
		C471	D7	0.8A	107°
		N471	D8	7mA
差动	501侧	A471	D5	0.8A	168°	（3）调整主变Δ型侧相位：向正方向转动2×30°=60°即角度减60°
		B471	D6	0.8A	286°
		C471	D7	0.8A	47°
		N471	D8	7mA
差动	502侧	A511	D9	0.8A	228°	（1）调相序：将差动501侧、502侧A相、C相二次电流接线对调
		B511	D10	0.8A	346°
		C511	D11	0.8A	107°
		N511	D12	7mA
差动	502侧	A511	D9	0.84A	199°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B511	D10	0.84A	318°
		C511	D11	0.84A	79°
		N511	D12	4mA
后备	101侧	A421		1.2A	16°	（1）调相序：将110KV进线一次A相、C相引线对调
		B421		1.2A	134°
		C421		1.2A	255°
		N421		10mA
后备	501侧	A501		0.8A	48°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B501		0.8A	166°
		C501		0.8A	287°
		N501		60mA
后备	501侧	A501		0.8A	348°	（3）调整主变Δ型侧相位：向正方向转动2×30°=60°即角度减60°
		B501		0.8A	106°
		C501		0.8A	227°
		N501		60mA
后备	502侧	A541		0.84A	19°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B541		0.84A	138°
		C541		0.84A	259°
		N541		86mA
差流		ΔIa		0.01A		（4）重新计算差流
		ΔIb		0.01A
		ΔIc		0.01A
电压类别		电压编号		电压幅值	电压相位	备注
110KV母线		A610		59V	257°	（1）调相序：将110KV进线一次A相、C相引线对调
		B610		59V	137°
		C610		59V	17°
35KV I段母线		A630I		59V	226°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B630I		59V	107°
		C630I		59V	346°
35KV I段母线		A630I		59V	286°	（3）调整主变Δ型侧相位：向正方向转动2×30°=60°即角度加60°
		B630I		59V	167°
		C630I		59V	46°
35KV II段母线		A630II		59V	257°	（2）对调主变Y型侧、Δ型侧导管引出高压电缆
		B630II		59V	137°
		C630II		59V	17°
注：		数字带阴影表示更改后数据有变化。

（3）调整主变Δ型侧相位。

经过两次对调后，主变差动101侧和502侧同名相电流已相差约180，同名相电压也已同相位；而101侧和501侧相位差正不正确呢？从表格和相量图中我们看到：IA101超前IA501：228-16°=212°，而不是理想的（11—6）×30°=150°；UA110超前UA35I：257-226°=31°，而不是理想的11×30°=330°，即-30°，是问题没找完吗？不是，是负序系统造成的。

我们进行带负荷测试时， 110KV母线电压是负序，流入主变101侧的电流也就是负序，而我们变压器的接线组别Yn-Y0-d11是在正序系统下的组别，如果用在负序系统下，组别就变为了Yn-Y0-d1了，所以在101侧电流电压为负序的情况下，IA101超前IA501：（1—6）×30°=-150°，即210°；UA110超前UA35I：1×30°=30°。现在我们将110KV进线一次A相、C相引线对调，110KV母线电压和流入主变101侧的电流都由负序变为了正序，主变接线组别就从Yn-Y0-d1恢复到 Yn-Y0-d11，对应的变压器Δ型侧的电流电压都会向正方向转动2×30°=60°，即IA501变为IA501′, UA35I变为UA35I′，如向量图中虚线所示，这样一来，主变Δ型侧501的电流电压向量就吻合d11接线组别了。当然其它两相也一样，后备501侧电流也一样，如表中所示。

（4）重新计算差流。

经过三次调整，负序变成了正序、主变Y、Δ型侧实际接线对应了一次接线图、Δ型侧电流电压相位对应了主变d11接线组别，那差流能不能平衡了呢？我们不妨计算一下：

从表格中得到经三次调整后的三侧A相电流，分别是：IA101=1.2∠16°, IA501=0.8∠168°, IA502=0.84∠199°。

变压器微机差动保护采用软件移相，对Y侧进行Ia=IA-IB、Ib=IB-IC、Ic=IC-IA的移相。主变Y型侧101、502电流都是三相正序对称电流，这样一移相，就使每相电流幅值增大到√3倍、相位向正方向转动30°。所以IA101、IA502经软件移相后变为：

IA101= IA101×(√3∠-30°)=(1.2×√3)∠(16°-30°)=2.1∠-14°

IA502= IA502×(√3∠-30°)=(0.84×√3)∠(199°-30°)=1.45∠169°

变压器微机差动保护还要对三侧电流进行幅值平衡。从整定值中我们看到101侧平衡系数为0.68、 501侧平衡系数为1、 502侧平衡系数为0.43，那IA101、IA502经幅值平衡后就成为：

IA101= IA101×0.68=0.68×2.1∠-14°=1.43∠-14°

IA502= IA502×0.43=0.43×1.45∠169°=0.62∠169°

由于501侧平衡系数为1，所以IA502无变化。

接下来应该对三侧电流向量相加计算差流了。观察三侧A相向量：IA101= 1.43∠-14°，IA501 =0.8∠ 168°，IA502= 0.62∠169°；IA501和IA502 同相位，都和IA101相差168°-（-14°）约180°，因此我们可以忽略相位直接进行幅值加减计算差流：

ΔIa=| IA101|- |IA501|-| IA502|=1.43-0.8-0.62=0.01A

按此方法可以计算出B、C相差流，分别是ΔIb=0.01A，ΔIc=0.01A。

（5）通过计算，我们看到，经三次调整后差流平衡了，由以前的0.2A降到了0.01A，缩小了20倍，这也再次印证了我们找到的问题是准确的，分析的原因是正确的。

5　结束语

后经证实：该主变在投运时就发现全站电压是负序，电动机都反转不能工作；由于110KV进线处相间距离远，不好调相序，于是就分别将主变35KV Δ侧和Y侧导管A、C相高压电缆交换，从而让35KV I、II段母线电压变成正序；后来又发现差动保护在主变负荷增大时A、C相差动要误动，就把差动501侧、502侧二次电流回路A、C相交换，来对应差动101侧电流的负序。同时该主变35KV Δ侧和Y侧导管引出高压电缆也接反了，把主变Y型侧导管引出头接到了501开关上，而把Δ型侧导管引出头接到了502开关上，致使实际接线和一次接线图不对应。

［参考文献］

[1]　贺家李等，电力系统继电保护原理[M]，北京，水电出版社，1984。

[2]郭锐，《浅谈变压器差动保护带负荷测试》一文，发表于2003年《继电器》杂志12期，2003。