相量检测技术在主变35 kV断路器更换中的应用

1 引言
    高压断路器作为电力系统中最重要的电气设备之一，主要用于控制和保护电气设备，即无论电力线路和电气设备处于什么状态，当要求断路器动作时，它能够可靠实施关合或开断。过去电力系统应用最多的是各种型式的充油断路器，但随着高压断路器新型灭弧介质的应用，新型触头材料的研制，理论研究和制造工艺水平的提高，真空断路器和六氟化硫断路器正在逐步替代各种形式的充油断路器，其中35 kV室外的断路器主要使用SF6断路器。当改造更换35 kV室外断路器工作完成后，为确保断路器正确、安全、可靠地投运，要对断路器进行检查验收。然而在变压器35 kV侧断路器的更换改造中，由于涉及到变压器的差动保护，所以除了要进行断路器的变比、绝缘、直阻、报警等二次检查验收项目外，还要采用相量检测技术检测电流互感器的极性和接线检测。

2 变压器差动保护
    差动保护作为反映变压器线圈和引出线的相间短路以及线圈匝间短路的主保护，能正确区分被保护变压器的内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障，变压器各侧断路器所用的电流互感器二次侧采用环流法接线，图1a给出双圈变压器差动保护原理图，只有各侧电流互感器的二次极性正确时，流入、流出接点A、B的二次电流方向相反，矢量和才几乎为零，即几乎没有电流流入差动继电器，差动保护不动作；但如果互感器二次极性接反了，流入差动继电器的电流方向相同，矢量和不为零。就有可能在变压器内部没有故障的情况下造成变压器差动保护动作，使各侧断路器跳闸，变压器失电，从而造成电网大面积停电，给正常的生活和生产带来不必要的恐慌，因此对更换后断路器内互感器二次极性的检验非常重要，而常见的检验方法就是相量检测技术。
    目前，最常用的相量检测技术有六角图法和箝形相位表法，这里主要介绍传统的六角图法。图lb给出变压器差动保护的相量图。

3 带负荷测量相量技术的现场应用
3．1 六角图基本原理
    六角图是一种利用功率表测量电流相位的方法，其主要作用：一是可以判断电流互感器的变比是否正确：二是可以判断同侧互感器二次电流相序、相位是否正确；三是可以判断差动保护中各侧互感器二次电流间的相位、相序是否正确，矢量和是否接近零；四是判断功率方向继电器的接线是否正确。它的工作原理是：在一定的坐标中，任一相量都可用该相量在相交坐标上的垂直分量来表示，六角图法就是采用互成120°的三相对称线电压作为设定的坐标系统，根据被测电流在电压相量上的投影，就能知道被测电流相量端点的轨迹，也即可确定该电流的相序、相位和大小，进一步测量其他电流的相位、相序和大小，从而对互感器二次电流极性和接线作出正确与否的判断。
3．2 试验接线
    用专用电流试验线和电压试验线首先连接好测量用功率表，然后用电流试验线连接变压器某侧互感器二次电流试验端子，如ia，用电压试验线依次连接同一系统电压(如某一变电所110 kV、35 kV、6 kV侧的)uab、ubc、uca，然后打开电流试验端子的连接片，读取功率表数据，数据有正负，依次将ib、ic接入功率表。重复上述测量，然后恢复好该回路后进行其他侧互感器二次回路的测量，将带正负号的数据记录在记录纸上，为进一步分析相量作准备。
3．3 画相量图并进行测量数据分析
    表l给出某110 kV变电所更换主变压器35 kV侧SF6断路器后进行的六角图测量数据。

    以35 kV侧A相为例，说明画法，如图lb，在ubc=-1，互为120°的三相对称线电压坐标中，可取uab=一20．5，ubc=一l，uca=+22，分别画出它们的垂直线并相交于一点，连接坐标的中心点与该点，即为35 kV侧A相电流。B相电流和C相电流重复上述过程，110 kV侧和6 kV侧画法与35 kV的一样，不过在画图时应注意因数值差别较大带来的不便。为了便于画图，根据实际情况可以按比例同时把三侧数据放大或缩小，最后根据画好的相量图进行下述分析：
    (1)根据平行四边形法则将任何两侧的电流相量进行矢量和，如将35 kV侧和6 kV侧进行矢量和，其结果应与110kV侧对应相的大小基本相等，方向相差180°，即矢量和接近为零；
    (2)主变三侧电流互感器二次电流的相位差应该互成120°，相序应为正序。
    把表1的数据画在专用的六角图绘图纸上可以发现，结果完全符合上述要求，说明该断路器更换后互感器二次接线正确。
3．4 常见测试现象分析
    现场检验中常出现的错误有：存在A、B、C三相相序是负序的情况；某两相的矢量和与第三相电流的大小相差很大；某两相的矢量和与第三相电流的方向没有互成180°；每个测量值均为零等。
    上述情况在以往的断路器更换和平时的事故处理中都发生过，不同情况有不同的原因，但现场出现最多的是更换断路器时，因工作人员不细心而导致互感器二次线极性接错所至。根据在电流相序进行判断，在正确接线下，电流是正序；即A相超前B相，B相超前C相(若CT为两相不完全星型接线，则N相电流就是B相电流)。若与此不符，则有可能出现下述两种情况：
    (1)在端子箱的二次电流回路相别与一次电流相别不对应．比如端子箱内定义为A相电流回路的电缆芯接在了C相的CT上，这种情况在一次设备倒换相别时最容易发生；
    (2)从端子箱到保护屏的电缆芯接反，比如一根电缆芯在端子箱接A相电流回路，在保护屏上却接B相电流输入端，这种情况一般是由安装人员的马虎造成的。

4 结语
    更换断路器时一定要检验内部互感器的极性和接线，利用六角图的相量检测技术是一种传统便捷有效的方法，熟练掌握该方法十分必要，对现场实际工作也十分有利；测量相位用箝型相位表，也可以直接显示被测电流的向量图；也可以采用箝形电流表测量电流互感器的二次电流相位，并直接在坐标纸上画出后，再用六角图判别接线是否正确。根据需要也可以利用功率因数表直接读取电流相量的角度绘制六角图，但测量时，应记录下当时的负荷电压、电流、有功、无功等情况以供参考。但是测相位需在运行的电流互感器二次回路上进行，有一定的危险性，因电流互感器二次开路会产生高压，将危及人身安全，所以工作时一定要非常注意。