CN102095950B - 大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法，首先，利用变压器具有短路阻抗的特性，将变压器的低压侧适当位置用短路夹具短接母排，在变压器的高压侧加入低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得短路大电流的试验方法；然后，用双钳形相位表在继电保护屏的差流二次回路依次钳侧各相电流，记录各相相位差值和大小，并和微机综合保护装置的差动回路电流各相比较：并在双钳相位表数值上显示出来，达到一定动作值立即输出跳闸信号，从而达到变压器差动保护系统整组试验的目的。该试验方法不需拆线接线，不改动任何一次和二次线路，具有方法简便，效率高的特点。

Description

大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法

技术领域

本发明涉及对变压器的电气保护系统进行试验的方法。

背景技术

在电力系统中，对大型变压器的电气保护系统进行整组试验，是大型变压器安装和调试的关键环节。目前，大型变压器差动保护试验通常采用的负荷测试法，即第一次投入系统时，退出微机保护装置的差动保护跳闸功能，待变压器送电后，充电良好后停用(避免误动作)，然后让变压器带上部分测试所需的负荷，测六角图，同时测量差流回路的不平衡电压或电流。以此来证实二次保护回路接线、极性、整定值等均正确无误后，再将差动保护功能投入进行保护。

现有技术中，常规继电保护校验接线，如图1所示。合上QK1，调节三相自耦调压器TR1使其输出电压为100V，操作控制开关使断路器合闸，再调节三相自耦调压器使其输出降到低电压继电器的整定值，观察三个低电压继电器动作；合上QK2，调节三相自耦调压器TR2使三相升流器TA达到保护无时限速断电流继电器的整定值，电流继电器动作，断路器应立即跳闸，相应声、光信号动作。模拟定时限过电流保护动作情况时与无时限基本相同，所不同的是断开QK1，加入电流继电器的电流达到过电流保护整定值，在规定时限内动作即可。常规的整组试验方法是依靠大电流发生器在变压器主回路的高压侧A相、B相、C相逐相加入设计要求整定的大电流，模拟故障大电流来实现断路器保护跳闸。这种试验方法对于大型主变压器差动保护系统的整组试验，存在明显的局限性和缺陷：首先，是要获得上千安的故障大电流，试验设备容量有限，常规的大电流发生器容量只有6KVA/1000A；其次，是差动保护要求实现的是主变压器高压侧、低压侧三相电流互感器之间的保护范围，需要高、低压侧的三相电流互感器同时输出一定相位、幅值的电流。所以，在主变压器的一次回路中必须同时产生符合要求的三相大电流，常规的整组试验操作是不可能实现的。

CN101349724(专利申请号200710043919.9，发明名称为大型变压器差动保护系统测试方法)，公开了包括变压器的差动保护继电器，还包括相位表和电流表并包括下述步骤：步骤一，根据试验电流的大小来选择相位表不同的量程，以便检测相位角；将差动综合保护继电器的显示画面切换至差动电流显示单元；步骤二，接通电源，利用所述电流表和所述差动综合保护继电器检测通过变压器的电流；步骤三，利用相位表在差动保护继电器电流输入端检测同相的两侧电流的相位差，并记录；步骤四，模拟变压器的故障状态，测量相位角及在继电器上监测差流，确保差动保护继电器在故障状态下可靠动作；步骤五，结束试验，关闭电源，恢复原接线。但是，该方法存在以下不足：第一，它仅限于变压器二次回路的操作试验，未体现一次回路大电流的试验方法；对于大型变压器系统有相当的局限性，因为电流大，所以可靠短接和便捷短接是实现又好又快的重要特点。第二，它所采用的测量方法涉及二次回路的拆线、接线，难免增加故障率的提高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种简化调试技术装备，方法简便、效率高、安全可靠、费用低的大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法。

实现上述目的，本发明采用如下技术手段：大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，在变压器系统所有的常规单体试验和线路正确性检查完成之后，利用变压器具有短路阻抗的特性，将变压器的低压侧适当位置用专用短路夹具短接母排，在变压器的高压侧加入低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得短路大电流的试验方法；

然后，用双钳形相位表在继电保护屏的差流二次回路依次钳侧各相电流，记录各相相位差值和大小，并和微机综合保护装置的差动回路电流各相比较：

变压器差动系统正常的话，各相数值应该在一定的理想误差范围之类，假如存在变压器本体或者一、二次线路设备异常，就会在双钳相位表数值上显示出来，达到一定动作值立即输出跳闸信号，从而达到变压器差动保护系统整组试验的目的。该试验方法不需拆线接线，不改动任何一次和二次线路，方法简便，效率高。

进一步，按此方法对大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法具体步骤为：

(1)将变压器的低压侧适当位置用专用短路夹具短接母排；

(2)依次合上变压器系统高、低压侧的断路器，把继电器屏的微机综合保护装置投入差动保护，调出差动电流监视测量画面；

(3)在变压器的高压侧加入380V低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得试验所需的三相短路大电流；

(4)用双钳相位表的两个钳头，在继电器屏的差动电流测量回路依次钳侧各相电流，并记录；

(5)用短接线在变压器的一次侧或二次侧电流互感器差动电流桩头短接任意一相或两相，模拟变压器内部短路等故障状态，同时监测相位角及差动电流，确保差动保护继电器在故障状态下可靠动作，输出跳闸信号实际动作于变压器系统高、低压侧的断路器；

(6)结束试验，关闭电源，拆除一次回路的大电流短接装置。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明合理地运用了变压器具有短路阻抗的特性，将变压器低压侧短路，在高压侧加入低压电源，如380V施工电源，或者将变压器的高压侧短路，在低压侧加入电源，获得短路大电流的方法；能够真实地模拟出主变压器在三相电源下的工作状态以及特殊重大故障状态；让主变压器差动保护系统可靠动作，来验证整套保护装置的正确性和可靠性。

本发明采用了便捷可靠的一次回路专用短路试验装置，用高压侧输入低压电源，低压侧可靠快捷短接的方法；虽然本发明与传统方法都是从变压器差动保护的原理入手，但是在具体实施和解决的过程中，本发明无论从可靠性和便捷性，还是效率方面，都大大优于传统方法，可行性更高，更高效可靠；本发明方法采用更为先进科学的双钳形相位表，各相电流相位大小一钳便知，不需拆线和接线，最大程度地保证了整组试验的完整试验意义，并且效率更高。其调试技术装备简化，具有方法简便、效率高、安全可靠、费用低等优点。同时，采用双钳相位表对差动保护的保护控制回路进行测量和微机综合保护装置验证，其具有操作简便、可靠的特点。

附图说明

图1是常规继电保护校验接线图；

图2是变压器差动保护的原理接线图：

其中，(a)是变压器区外短路图；(b)是变压器区内短路原理图；

图3是本发明施工工艺流程图；

图4是本发明一次回路和二次回路的接线图。

具体实施方式

本发明采用整组试验方法，主要是将变压器的低压侧短路，在高压侧加入低压电源，如380V施工电源，或者将变压器的高压侧短路，在低压侧加入电源，获得短路大电流的方法，所以该整组试验也称为短路试验。

一、变压器差动保护的基本原理：

差动保护系统是通过对变压器高、低压侧电流大小和相位进行比较后实施变压器电源断路保护。变压器在正常运行时，高、低压侧电流互感器二次回路的电流大小相等、方向相反，流过差动回路的电流为零，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，有差动电流流过差动保护回路，差动继电器动作，跳开变压器各电源侧的断路器。它的原理接线图如图2所示，由图2可见，变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导体的区域。实际工作中，由于变压器励磁涌流、差动保护两侧电流互感器的电压等级、变比、容量、接线方式以及铁心饱和特性不一致，使差动回路存在不平衡电流，当不平衡电流超过差动动作值时，会导致误动作。为防止误动作，各厂家采取了许多相应措施。如防止励磁涌流所产生的不平衡电流，采用了二次谐波制动等原理；为防止两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流，采用了增大启动电流动作值以躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流；对于因变压器接线组别、电流互感器变比不同引起的不平衡电流，由微机综合保护装置的软件算法进行相位补偿及电流的数值补偿等。

由此可见，变压器的差动保护实现方式确实是比较复杂，仅仅通过常规的继电保护测试仪和单相大电流发生器，只能简单的验证微机综合保护装置的一些后备保护动作情况(如过载保护等)，而不能实现一次回路全面系统的整组试验，特别是综合检验差动保护系统的继电保护动作特性。为此，本发明根据短路整组试验的理论，通过科学计算，利用现场施工电源对变压器实施短路试验，结合双钳相位表直观监测的整组试验方法来进行差动保护系统整组试验施工方法研究。该试验施工方法通常用于继电主保护采用差动保护的变压器系统的调试。

二、差动保护装置整组试验中主回路大电流产生的基本原理：

根据变压器具有短路阻抗的特性和变压器测定铜损的短路试验启发，设想将变压器的低压侧在合适的地方(低压侧电流互感器以外)人为短路，在变压器的高压侧加入一定的电压，将会在变压器的主回路中产生短路电流，从而获得我们整组试验所需要的大电流。因此，该整组试验又称为短路整组试验。

短路整组试验的理论基础还在于变压器理论和电力系统继电保护理论。变压器的短路阻抗就是变压器的短路阻抗百分比，在数值上与变压器短路电压百分比相等。它是指将变压器低压绕组短路，在高压绕组施加电压，当低压绕组通过额定电流时，高压绕组施加的电压与额定电压之比的百分数。变压器的短路阻抗值百分比是变压器的一个重要参数，它表明变压器内阻抗的大小，即变压器在额定负荷运行时变压器本身的阻抗压降大小。它对于变压器在低压侧发生突然短路时，会产生多大的短路电流有决定性的意义，对变压器制造价格大小和变压器并列运行也有重要意义，短路阻抗值习惯使用百分比数值。

本发明采用了变压器短路试验的思路，将变压器低压绕组短路，在高压绕组施加某个需要的电压，低压绕组会通过一个比较大的电流。本发明的整组短路试验和变压器的短路试验有本质的区别，它们的试验目的意义和细节(包括接线)都完全不同。变压器的短路试验属于出厂试验，它的目的就是通过试验测定出变压器的短路电压(短路阻抗)。它是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时用三瓦特表法所测得的变压器损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的。所以变压器短路试验的目的有很多方面：测定铜损，计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器低压侧电压由于负载改变而产生的变化。它和变压器空载试验一样都是变压器的例行出厂试验。

短路整组试验的目的是依靠变压器低压侧短路产生的三相大电流，借助这个短路大电流(相当于一个三相负荷电流)来校验整个继电保护系统的动作，检查是否满足继电保护可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，保证设备正常的投入运行。该试验所产生的电流如果需要达到额定电流值，高压侧仅仅需要额定电压的短路阻抗百分比电压即可。而根据《新编保护继电器校验》中的规定：如果变压器差流不大于励磁电流产生的差流值(或者差压不大于150mv)，则该台变压器整定值、接线、元件选型配合等保护系统正确。在保证安全经济的条件下，即使不需达到额定电流值也可。比如一台变压器的励磁电流(空载电流)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。通过计算，利用施工电源输入进行短路试验，能够满足试验要求，实现对差动保护定性、定量的分析效验。

三、实施例

参见图3和图4，大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法，包括如下步骤：

首先，在变压器系统所有的常规单体试验和线路正确性检查完成之后，利用变压器具有短路阻抗的特性，将变压器的低压侧适当位置用短路夹具短接母排，在变压器的高压侧加入低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得短路大电流的试验方法；

然后，用双钳形相位表在继电保护屏的差流二次回路依次钳侧各相电流，记录各相相位差值和大小，并和微机综合保护装置的差动回路电流各相比较：

变压器差动系统正常的话，各相数值应该在一定的理想误差范围之类，假如存在变压器本体或者一、二次线路设备异常，就会在双钳相位表数值上显示出来，达到一定动作值立即输出跳闸信号，从而达到变压器差动保护系统整组试验的目的。该试验方法不需拆线接线，不改动任何一次和二次线路，方法简便，效率高。

进一步，按此方法对大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法具体步骤为：

(1)将变压器的低压侧适当位置用短路夹具短接母排；

(2)依次合上变压器系统高、低压侧的断路器，把继电器屏的微机综合保护装置投入差动保护，调出差动电流监视测量画面；

(3)在变压器的高压侧加入380V低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得试验所需的三相短路大电流；

(4)用双钳相位表的两个钳头，在继电器屏的差动电流测量回路依次钳侧各相电流，并记录；

(5)用短接线在变压器的一次侧或二次侧电流互感器差动电流桩头短接任意一相或两相，模拟变压器内部短路等故障状态，同时监测相位角及差动电流，确保差动保护继电器在故障状态下可靠动作，输出跳闸信号实际动作于变压器系统高、低压侧的断路器；

(6)结束试验，关闭电源，拆除一次回路的大电流短接装置。

四、短路整组试验工艺的先进性

短路整组试验工艺的先进性在于充分利用了被试物(主变压器)的短路阻抗特性和外部方便的施工电源设施，共同创造了满足主变压器差动保护的整组试验所需要的电流品质，起到了“四两拨千斤”的效果。

短路整组试验工艺灵活的运用了双钳相位表。通过它们在保护屏的端子排上依次钳测出变压器高、低压侧A相、B相、C相的二次差动保护回路电流幅值大小和相位，进而和保护屏的微机综合保护装置数据逐一比较。从而实现对主变压器无论主回路还是二次回路都能定量定性的分析，完全做到“心中有数”。

该整组试验工艺适用于设计有差动保护的大型或者特大型变压器系统整组试验，包括发电机-变压器系统调试。

五、本发明的工艺可行性在于：

1、合理地运用了变压器具有短路阻抗的特性。

2、所产生的三相电流大小和相位能满足保护系统所需要模拟的电流。

3、所产生的三相电流对变压器本体没有任何损害。

4、对试验电源和试验设施要求不高，施工现场一般就能满足。

5、二次电流回路的测量简便，用双钳相位表在保护屏的端子排上依次测出变压器高、低压侧A相、B相、C相二次保护回路的电流幅值大小和相位。易于实现对高、低压侧各相电流幅值、相位的测量。

Claims (1)

1.大型变压器差动保护系统的整组试验施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，在变压器系统所有的常规单体试验和线路正确性检查完成之后，利用变压器具有短路阻抗的特性，将变压器的低压侧适当位置用专用短路夹具短接母排，在变压器的高压侧加入低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得短路大电流；

然后，用双钳形相位表在继电保护屏的差流二次回路依次钳侧各相电流，记录各相相位差值和大小，并和微机综合保护装置的差动回路电流各相比较：

变压器差动系统正常的话，各相数值应该在一定的理想误差范围之类；如存在变压器本体或者一、二次线路设备异常，就会在双钳相位表数值上显示出来，达到一定动作值立即输出跳闸信号，从而达到变压器差动保护系统整组试验的目的；

具体步骤为：

（１）将变压器的低压侧适当位置用短路夹具短接母排；

（２）依次合上变压器系统高、低压侧的断路器，把继电器屏的微机综合保护装置投入差动保护，调出差动电流监视测量画面；

（３）在变压器的高压侧加入380V低压电源，从而在变压器的差动保护系统一次回路获得试验所需的三相短路大电流；

（４）用双钳相位表的两个钳头，在继电器屏的差动电流测量回路依次钳侧各相电流，并记录；

（５）用短接线在变压器的一次侧或二次侧电流互感器差动电流桩头短接任意一相或两相，模拟变压器内部短路等故障状态，同时监测相位角及差动电流，确保差动保护继电器在故障状态下可靠动作，输出跳闸信号实际动作于变压器系统高、低压侧的断路器；

（６）结束试验，关闭电源，拆除一次回路的大电流短接装置。

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