CN106443215A - 智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决智能变电站变压器采用合并单元进行保护采样时，合并单元同步性测试不便给智能变电站的安全稳定运行埋下隐患的问题，提供一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及相关测试方法。该测试装置，包括：多个具备脉冲触发功能的定位装置；多个模拟量输出继电保护测试仪，每个模拟量输出继电保护测试仪连接一个所述定位装置和一个拟测试的合并单元；具有录波功能的变压器保护装置，变压器保护装置与所有拟测试的合并单元连接，接收所有合并单元的输出测试量波形。本发明在完成合并单元单体测试的基础上，综合判断变压器保护装置各侧合并单元间在接收电流瞬间是否同步，比从故障录波器读取的互感器测量绕组信息能更准确的反应变压器保护情况。

Description

智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站保护相关技术领域，具体地说，涉及一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及相关测试方法。

背景技术

变压器是电力系统的主设备之一，为保证变压器的安全和经济运行，当变压器发生短路故障时，应尽快切除变压器；而当变压器处于不正常运行方式时，应尽快发出告警信号并进行处理。为此，在二次侧配置功能完善的变压器保护装置是十分必要的。

近年来，随着智能变电站建设的不断推进，智能变电站内采用了大量的新设备和新技术，比如智能化的保护装置、智能终端、合并单元、电子式互感器等等。它们的自身的性能和相互之间的配合关系将直接影响到变压器保护装置动作的正确性。

在实际生产中，由于各厂家调试人员技术能力参差不齐、运行人员对智能化装置理解不到位，出现了因配置文件错误造成了主变三侧合并单元延时不匹配，进而导致了变压器保护在启动过程中的误动作；也出现了运行人员忘记投入低压侧间隔压板而导致区外故障时候变压器保护的误动作。

因此，在调试过程中验证智能站变压器保护各侧合并单元的同步性，尤其是电流量的同步性，就显得异乎寻常的重要。但实际中，存在各侧合并单元距离较远，使用继电保护测试仪或是一次通流配合不便的情况；也存在高压侧合并单元连接电子式互感器而低压侧合并单元连接传统互感器的情况；而且对于绝大部分智能变电站没有独立的变压器保护故障录波器或网络分析仪，高压侧和低压侧的故障录波器是独立的，无法在故障录波器或者网络分析仪上判断变压器保护各侧合并单元的同步性。现有的测试方法主要是对合并单元自身的延时、同步对时等进行测试，至多对稳态下的合并单元同步性能进行测试，而无法模拟变压器启动时刻的合并单元暂态特性，因此可能会造成同步性能不满足要求的合并单元投入运行，给智能变电站的安全稳定运行埋下隐患，存在着极大的安全事故风险。

发明内容

本发明为了解决智能变电站变压器采用合并单元进行保护采样时，存在至多对稳态下的合并单元同步性能进行测试，而无法模拟变压器启动时候的合并单元暂态特性，可能会造成同步性不满足要求的合并单元投入运行，给智能变电站的安全稳定运行埋下隐患的问题，提供一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及相关测试方法。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一方面，一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于，包括：

多个具备脉冲触发功能的定位装置；

多个模拟量输出继电保护测试仪，每个模拟量输出继电保护测试仪连接一个所述定位装置和一个拟测试的合并单元，每个模拟量输出继电保护测试仪在与其连接的定位装置的脉冲触发下，向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号；

具有录波功能的变压器保护装置，所述变压器保护装置与所有拟测试的合并单元连接，接收所有合并单元的输出测试量波形。

本发明中，所述定位装置为具备脉冲触发功能的北斗定位装置或者GPS定位装置。

本发明中，所述拟测试的合并单元为模拟量输入合并单元，拟测试的合并单元与模拟量输出继电保护测试仪直接连接。

本发明中，所述拟测试的合并单元为电子式互感器合并单元，拟测试的合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪通过ECT模拟器或者EVT模拟器连接。

本发明中，所述拟测试的合并单元包括至少一个模拟量输入合并单元和至少一个电子式互感器合并单元，模拟量输入合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪直接连接，电子式互感器合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪通过ECT模拟器或者EVT模拟器连接。

本发明的第二方面，一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将模拟量输出继电保护测试仪的输出设置为脉冲触发模式，将变压器保护装置开启并进行录波；

2）在同一时刻利用多个定位装置向多个模拟量输出继电保护测试仪同时发出脉冲触发信号，使得每个模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号；

3）合并单元产生输出测试量波形，变压器保护装置录取多个合并单元产生的输出测试量波形，通过对录取的多个合并单元的输出测试量波形对比分析，得出合并单元是否满足同步性要求。

本发明中，所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电流模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电流输出测试量波形；

或者，所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电压模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电压输出测试量波形。

所述多个合并单元至少包括变压器第一侧合并单元、变压器第二侧合并单元和变压器第三侧合并单元中的至少其中两侧合并单元，所述变压器第一侧、第二侧和第三侧的电压等级不同，将多个合并单元产生的输出测试量波形变换到同一时标体系后，进行输出测试量波形对比分析。

所述多个合并单元至少包括变压器第一侧合并单元，变压器第二侧合并单元和/或变压器第三侧合并单元产生的输出测试量波形，以变压器第一侧合并单元的输出测试量波形为基准进行变换后，进行输出测试量波形对比分析，所述变压器第一侧的电压等级大于变压器第二侧和第三侧的电压等级。

本发明中，所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号包括电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号，电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号的相位角差设置为零度。

本发明中，多个合并单元的输出测试量波形的同步性误差不大于20us，认定多个合并单元满足同步性要求。

本发明的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及相关测试方法，采用了调取变压器保护装置录波波形的合并单元同步性能测试方法，该方法是在完成合并单元单体测试的基础上，利用北斗或是GPS装置控制继电保护测试仪对变压器保护装置各侧合并单元同步加量并在变压器保护装置上读取波形、进行分析，来综合判断变压器保护装置各侧合并单元间在接收电流瞬间是否同步，此方法利用变压器保护装置自身的录波波形进行分析，电气量来自与变压器保护装置相同的互感器绕组，比从故障录波器读取的互感器测量绕组信息更能准确的反应变压器保护情况。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明装置第一种实施方式的结构示意图。

图2为本发明装置第二种实施方式的结构示意图。

图3为本发明装置第三种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的主旨在于，通过对现有智能变电站变压器采用合并单元进行保护采样时，合并单元同步性测试方式的分析，发现现有方式存在至多对稳态下的合并单元同步性能进行测试，而无法模拟变压器启动时候的合并单元暂态特性，可能会造成同步性不满足要求的合并单元投入运行，给智能变电站的安全稳定运行埋下隐患的问题，通过本发明提供一种智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置及相关测试方法以解决上述问题。

参见图1，在本实施方式中，拟针对3个分别处于变压器高压侧的合并单元、变压器中压侧合并单元和变压器低压侧的合并单元的同步性进行测试，为了实现上述目的，本发明的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，包括多个具备脉冲触发功能的定位装置，定位装置可以采用单独设置的，具有脉冲触发功能的北斗定位装置或者GPS定位装置，也可以将定位装置集成在模拟量输出继电保护测试仪上，通过设置天线把微弱的微信电磁波能转化为相应的电流，通过设置前置放大器将北斗或者GPS信号电流予以放大，而北斗或者GPS部分的信号处理模块集成在模拟量输出继电保护测试仪上，每个定位装置均连接一个模拟量输出继电保护测试仪，定位装置和模拟量输出继电保护测试仪组成模拟量测试信号的发射装置。

本实施方式中的3个合并单元均为模拟量输入合并单元，因此，拟测试的合并单元与模拟量输出继电保护测试仪采用了直接连接的方式，每个合并单元分别连接一个模拟量输出继电保护测试仪，模拟量输出继电保护测试仪在与其连接的定位装置的脉冲触发下，向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号。合并单元接收到模拟量输出继电保护测试仪的模拟量测试信号后，将产生输出测试量波形，3个合并单元产生的输出测试量波形均输入变压器保护装置，变压器保护装置具有录波功能，其与所有拟测试的合并单元连接，接收所有合并单元的输出测试量波形，并对输出测试量波形进行录波。实际情况中，多个合并单元有距离，而且通常距离较远，因此造成了同步性测试的不便，但合并单元往变压器保护装置输出的通常都是数字量，因此，对于本发明而言可以通过连接好的光纤进行输出，而实际工程上基建会敷设好的光纤，类似于传统站的二次电缆，利用上述现有资源即可实现本发明的需求。

本实施方式完成上述的连接后，在进行合并单元同步性测试时，首先将模拟量输出继电保护测试仪的输出设置为脉冲触发模式，将变压器保护装置开启进行录波，具体可以开启手动录波的方式，然后在同一时刻利用多个定位装置向多个模拟量输出继电保护测试仪同时发出脉冲触发信号，出于优选较好的是采用秒脉冲触发信号，也可以采用分脉冲触发信号，使得每个模拟量输出继电保护测试仪被同时触发，向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号，模拟量输出继电保护测试仪相当于互感器的作用，使得合并单元产生输出测试量波形，变压器保护装置录取多个合并单元产生输出测试量波形，通过对录取的多个合并单元的输出测试量波形对比分析，得出合并单元是否满足同步性要求。变压器保护装置的录波时长可以设置为10s左右，在继电保护测试仪停止输出之后再结束录波，变压器保护装置录取的波形，较好的是通过软件导出形成的CFG格式报文，以便于对合并单元的输出测试量波形进行对比分析。

从最优同步性角度而言，多个合并单元的输出测试量波形完全同步是最好的，但基于实际情况而言很难出现完全同步的情况，对于本发明而言，多个合并单元的输出测试量波形的同步性误差不大于20us，则认定多个合并单元满足同步性要求。这里，同步性误差指的是时间误差，这是本领域通常的标准要求，相当于相位相差不能大于0.36°，即每秒50Hz，每Hz有80个点/数据帧，那么，1Hz的20ms对应80帧对应360°，那么20us对应0.36°

当模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电流模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电流输出测试量波形；相应地，当模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电压模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电压输出测试量波形。

以下以本实施方式的模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电流模拟量测试信号时，如何进行同步性测试进行说明。在惯常情况下，现有一般以电压等级对合并单元位置的划分，本实施方式中，3个合并单元分别处于变压器的高压侧、中压侧和低压侧，这里，我们将变压器的高压侧定义为变压器的第一侧，变压器的中压侧定义为变压器第二侧，变压器的低压侧定义为变压器的第三侧，那么，变压器的第一侧、第二侧和第三侧的电压等级依次降低。电压等级的高低是一个相对概念，在220kV/110kV/35kV（或者10kV）的变电站，220kV是变压器的高压侧（第一侧），110kV是变压器的中压侧（第二侧），35kV（或者10kV）是变压器的低压侧（第三侧）；而在500Kv/220kV/35kV的变电站，变压器的高中低压侧则分别是500Kv、220kV和35kV（或者10kV）。以下，为了便于说明，将仍旧以变压器高压侧、中压侧和低压侧的概念进行描述。

3个定位装置向3个模拟量输出继电保护测试仪同时发出脉冲触发信号后，3个模拟量输出继电保护测试仪分别输出测试用的电流模拟量测试信号到变压器高压侧合并单元、变压器中压侧合并单元和变压器低压侧合并单元，出于优选，电流模拟量测试信号的电流量初始幅值为1A或5A，初始相角为0°并持续5s。

3个合并单元将各自产生电流输出测试量波形，由于3个合并单元所处的变压器位置（电压等级）不同，比如高压侧的合并单元，输出的都是高压的输出测试量波形，中压侧的合并单元输出的都是中压的输出测试量波形，对于3个合并单元的电流输出测试量波形无法直接进行同步性的对比分析，因此有以下的两种解决方式：

1、将3个合并单元产生的电流输出测试量波形变换到同一时标体系后，再进行电流输出测试量波形对比分析，这样，可在同一时标体系下展示变压器高压侧、中压侧和低压侧的合并单元的电流输出测试量波形，再结合现场的状态，即可对3个合并单元进行同步核相；

2、以变压器高压侧合并单元的电流输出测试量波形为基准，将变压器中压侧和低压侧合并单元的电流输出测试量波形进行变换，然后再进行电流输出测试量波形对比分析。

可以理解的是，对于上述的第1种方式，除了应用于本实施方式3个合并单元分别为变压器高压侧合并单元、变压器中压侧合并单元和变压器低压侧合并单元的情况外，同样也适用于多个合并单元中，包括变压器高压侧合并单元、变压器中压侧合并单元和变压器低压侧合并单元中的至少其中两侧合并单元的情形。例如，拟测试的合并单元为3个，其中1个为变压器高压侧合并单元，2个为变压器中压侧合并单元；或者，拟测试的合并单元为5个，其中3个为变压器中压侧合并单元，2个为变压器低压侧合并单元，由于组合方式众多，基于上述原则本领域技术人员知晓应当如何进行设置，此处不再累述。

对于上述的第2种方式，同样除了应用于本实施方式3个合并单元分别为变压器高压侧合并单元、变压器中压侧合并单元和变压器低压侧合并单元的情况外，同样也适用于多个合并单元只有变压高压侧合并单元和变压器中压侧合并单元，或者多个合并单元只有变压高压侧合并单元和变压器低压侧合并单元的情形。另外，当模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电压模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电压输出测试量波形时，合并单元的同步性测试过程与上述方式是相同的，此处不再累述。

当然，对于本实施方式，模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号，也可以包括电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号，需要注意的是，电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号的相位角差设置为零度，电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号的幅值可以按照额定值输出，具体将电压模拟量测试信号的电压量初始幅值57.7V，电流模拟量测试信号的电流量初始幅值设置为1A或5A。那么，此时的合并单元与其他合并单元，既可以对电流输出测试量波形进行同步性测试，也可以对电压输出测试量波形进行同步性测试。

参见图2和图3，在本发明的上述两种实施方式中，拟测试的合并单元包还包括电子式互感器合并单元（除附图3变压器低压侧合并单元外，均是），那么，拟测试的电子式互感器合并单元是不能与模拟量输出继电器保护测试仪直接连接的，在上述的实施方式中，拟测试的合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪通过ECT模拟器或者EVT模拟器连接。模拟量输出继电器保护测试仪输出的模拟量测试信号，先输入ECT模拟器或者EVT模拟器，ECT模拟器或者EVT模拟器将模拟量测试信号转变为FT3信号输入给合并单元，合并单元产生的输出测试量波形再输入变压器保护装置。

图2和图3所示实施方式，相对图1所示的实施方式，除了增加电子式互感器合并单元外，其对多个合并单元同步性的测试方式与图1所示实施方式均是相同的，由于前述的实施方式已经进行了详细的描述，除此不再进行累述。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于，包括：

多个具备脉冲触发功能的定位装置；

多个模拟量输出继电保护测试仪，每个模拟量输出继电保护测试仪连接一个所述定位装置和一个拟测试的合并单元，每个模拟量输出继电保护测试仪在与其连接的定位装置的脉冲触发下，向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号；

具有录波功能的变压器保护装置，所述变压器保护装置与所有拟测试的合并单元连接，接收所有合并单元的输出测试量波形。

2.根据权利要求1所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于：所述定位装置为具备脉冲触发功能的北斗定位装置或者GPS定位装置。

3.根据权利要求1或2所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于：所述拟测试的合并单元为模拟量输入合并单元，拟测试的合并单元与模拟量输出继电保护测试仪直接连接。

4.根据权利要求1或2所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于：所述拟测试的合并单元为电子式互感器合并单元，拟测试的合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪通过ECT模拟器或者EVT模拟器连接。

5.根据权利要求1或2所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置，其特征在于：所述拟测试的合并单元包括至少一个模拟量输入合并单元和至少一个电子式互感器合并单元，模拟量输入合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪直接连接，电子式互感器合并单元与模拟量输出继电器保护测试仪通过ECT模拟器或者EVT模拟器连接。

6.智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，采用权利要求1至5任一所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试装置作为测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

1）将模拟量输出继电保护测试仪的输出设置为脉冲触发模式，将变压器保护装置开启并进行录波；

2）在同一时刻利用多个定位装置向多个模拟量输出继电保护测试仪同时发出脉冲触发信号，使得每个模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出模拟量测试信号；

3）合并单元产生输出测试量波形，变压器保护装置录取多个合并单元产生的输出测试量波形，通过对录取的多个合并单元的输出测试量波形对比分析，得出合并单元是否满足同步性要求。

7.根据权利要求6所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，其特征在于：所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电流模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电流输出测试量波形；

或者，所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号为电压模拟量测试信号，合并单元产生的输出测试量波形为电压输出测试量波形。

8.根据权利要求7所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，其特征在于：所述多个合并单元至少包括变压器第一侧合并单元、变压器第二侧合并单元和变压器第三侧合并单元中的至少其中两侧合并单元，所述变压器第一侧、第二侧和第三侧的电压等级不同，将多个合并单元产生的输出测试量波形变换到同一时标体系后，进行输出测试量波形对比分析；

或者，所述多个合并单元至少包括变压器第一侧合并单元，变压器第二侧合并单元和/或变压器第三侧合并单元产生的输出测试量波形，以变压器第一侧合并单元的输出测试量波形为基准进行变换后，进行输出测试量波形对比分析，所述变压器第一侧的电压等级大于变压器第二侧和第三侧的电压等级。

9.根据权利要求6所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，其特征在于：所述模拟量输出继电保护测试仪向与其连接的合并单元输出的模拟量测试信号包括电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号，电流模拟量测试信号和电压模拟量测试信号的相位角差设置为零度。

10.根据权利要求6至9任一所述的智能变电站变压器保护合并单元同步核相测试方法，其特征在于：多个合并单元的输出测试量波形的同步性误差不大于20us，认定多个合并单元满足同步性要求。