CN111398865A - 一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，该方法将基准间隔和待检验某侧变压器接入同一母线，在变压器其他侧接入电动机或变压器等负荷，所设置的负荷在上电过程中使基准间隔和变压器流过暂态电流；记录各电流互感器二次电流并根据算法需要进行重构转换，使各电流表现出波形相似的特征；利用信号相关函数对各电流进行分析，以基准间隔电流为参考计算出变压器各电流互感器的变比和二次电流相位，进而判断电流互感器二次回路的正确性。本发明可与变压器受电过程结合，无需组织大量的稳态负荷，利用单个设备正常操作上电过程中的暂态电流，即可完成变压器保护投入前电流互感器二次回路的检验工作，解决试验负荷不足的问题。

Description

一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护检验领域，特别是一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法。

背景技术

继电保护系统的电流二次回路易发生断线、短路、两点或多点接地、极性接反等问题，常造成保护装置不正确动作。因此，继电保护系统投入运行前，必须采用一次电流来检验电流互感器的二次回路。传统的变压器保护电流互感器二次回路一次电流检验方法主要是收集足够的负荷，通过测量稳态二次电流相量来进行检验。但是，由于设备施工和安装进度滞后等方面的原因，许多变压器下游负荷设备不具备送电条件，很难组织足够的负荷开展保护相量测试。

在稳态测试负荷不足时，现场常采用接入电容器负荷的方法，这种方法存在不安全、不经济、延误工期等问题。现场也常采用一次通流检验电流互感器二次回路的试验方法，具体做法是将变压器低压侧短路，在变压器高压侧施加380V工频电压使其产生电流，这种方法产生的一次电流较小(高压侧数安培到十几安培)，无法运用于大容量变压器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，解决大容量变压器投产前一次电流检验时试验负荷不足的问题。

本发明采用以下方案实现：一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，包括以下步骤：

步骤S1：选定已经校验正确并连接电网电源的支路作为基准间隔，并将待检验变压器某侧与该基准间隔接入同一空置母线，使变压器充电运行；

步骤S2：在待检变压器其他侧接入暂态负荷，使基准间隔、待检变压器各侧流过暂态电流，同时记录各电流互感器的二次电流；

步骤S3：针对不同接线组别的变压器，对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换，用以使各电流表现出波形相似的特征；

步骤S4：利用信号相关函数对相似的各波形进行分析，以基准间隔信号为参考计算出变压器各侧电流互感器的变比及二次电流相位，用以判断二次回路的正确性。

进一步地，步骤S2中所述待检变压器其他侧接入的暂态负荷包括但不限于电动机或变压器。

进一步地，步骤S3中所述的对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换为对变压器星形侧电压等级下各间隔电流和基准间隔电流按方程式(1)进行矩阵计算

其中：Ι_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器三相二次电流，I′_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器的重构电流；Ι_B为基准间隔电流互感器三相二次电流，I′_B为基准间隔电流互感器的重构电流；c_Y和c_B为转换计算系数矩阵，当基准间隔选变压器星形侧电压等级下的间隔时，c_B等于c_Y，而当基准间隔选变压器三角形侧电压等级下的间隔时，c_B取单位矩阵；系数矩阵c_Y定义为

其中：aa、ab、ac、ba、bb、bc、ca、cb、cc为计算系数。

进一步地，所述步骤S4的具体包括以下步骤：

步骤S41：选择基准间隔重构电流I′_B某相信号记为i_x，并选择待校验变压器星形侧电压等级下的重构电流I′_Y或三角形电压等级下的电流Ι_Δ中与i_x同名相的电流记为i_y。

步骤S42：进行不同电流间的互相关函数计算，采用的公式为：

其中：τ为时间变量；当|R_xy(τ)|取得最大值时对应的τ值记为τ_max，两电流信号的相角差Δθ为

步骤S43：判断实测相角差相对于理论值的偏差是否超过某一设定值，若超过设定值则判定电流互感器的极性可能反向或存在接线错误的情况；否则极性正确；

步骤S44：对每路电流信号进行自相关函数计算，采用的公式为：

步骤S45：判断i_x、i_y是否为变压器同侧信号，

若i_x、i_y分别为变压器不同侧信号，则变比关系满足：

若i_x、i_y为变压器同侧信号，则变比关系满足：

其中：R_{xx_max}为i_x信号自相关函数的最大值，R_{yy_max}为i_y信号自相关函数的最大值，n_x、n_y分别为所选择电流对应的电流互感器变比，k_T为变压器单相绕组变比；

步骤S46：判断实测的变比相对于标称变比的误差是否超过某一设定值，若超过则判定电流互感器存在包括二次回路开路、短路、两点或多点接地、组别错误的情况，否则变比正确；

步骤S47：判断是否全部计算完成，若计算完成则结束检验，否则返回步骤S41。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可与变压器受电过程结合，不需要组织大量的稳态负荷，利用单个设备正常操作上电过程中的暂态电流，即可完成变压器保护投入前的电流互感器二次回路检验工作，可替代常规的带负荷测二次相量的方法；本发明可运用于大容量变压器，适用性优于一次通流的检验方法；该方法操作简单，安全风险小，可节省工程开支并减少受电时间。

附图说明

图1为本发明实施例的待检测系统一次接线图。

图2为本发明实施例的检验流程图。

图3为本发明实施例的基准间隔暂态电流波形示意图。

图4为本发明实施例的变压器高压侧暂态电流波形示意图。

图5为本发明实施例的变压器低压侧暂态电流波形示意图。

图6为本发明实施例的重构电流波形示意图。

图7为本发明实施例的相关函数计算结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图2所示，本实施例提供一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，包括以下步骤：

步骤S1：选定已经校验正确并连接电网电源的支路作为基准间隔，并将待检验变压器某侧与该基准间隔接入同一空置母线，使变压器充电运行；

步骤S2：在待检变压器其他侧接入暂态负荷，使基准间隔、待检验变压器各侧流过暂态电流，同时记录各电流互感器的二次电流；

步骤S3：根据变压器接线组别及算法需要，针对不同接线组别的变压器，对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换，用以使各电流表现出波形相似的特征；

步骤S4：利用信号相关函数对相似的各波形进行分析，以基准间隔信号为参考计算出变压器各侧电流互感器的变比及二次电流相位，用以判断二次回路的正确性。

较佳的，在本实施例中，所选择的基准间隔可以是连接电网电源的线路或母联，为本实施例提供计算参考，其电压互感器和电流互感器二次回路已通过其他方式(如高压线路充电电流、一次通流/通压等)检验正确。

在本实施例中，步骤S2中所述待检验变压器其他侧接入的暂态负荷包括但不限于电动机或变压器。

在本实施例中，步骤S3中所述对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换，为对变压器星形侧电压等级下各间隔电流和基准间隔电流按方程式(1)进行矩阵计算

其中：Ι_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器三相二次电流，I′_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器的重构电流；Ι_B为基准间隔电流互感器三相二次电流，I′_B为基准间隔电流互感器的重构电流；c_Y和c_B为转换计算系数矩阵，当基准间隔选变压器星形侧电压等级下的间隔时，c_B等于c_Y，而当基准间隔选变压器三角形侧电压等级下的间隔时，c_B取单位矩阵；系数矩阵c_Y定义为

其中：aa、ab、ac、ba、bb、bc、ca、cb、cc为计算系数。

常见的变压器接线方式对应(2)式中各系数如表1所示。

表1

在本实施例中，所述步骤S4的具体包括以下步骤：

步骤S41：选择基准间隔重构电流I′_B某相信号记为i_x，并选择待校验变压器星形侧电压等级下的重构电流I′_Y或三角形电压等级下的电流Ι_Δ中与i_x同名相的电流记为i_y。

步骤S42：进行不同电流间的互相关函数计算，采用的公式为：

其中：τ为时间变量；当|R_xy(τ)|取得最大值时对应的τ值记为τ_max，两电流信号的相角差Δθ为

步骤S43：判断实测相角差相对于理论值的偏差是否超过某一设定值，所述设定值的取值范围为0～6°；若超过设定值则判定电流互感器的极性可能反向或存在接线错误的情况；否则极性正确；

步骤S44：对每路电流信号进行自相关函数计算，采用的公式为：

步骤S45：判断i_x、i_y是否为变压器同侧信号，

若i_x、i_y分别为变压器不同侧信号，则变比关系满足：

若i_x、i_y为变压器同侧信号，则变比关系满足：

其中：R_{xx_max}为i_x信号自相关函数的最大值，R_{yy_max}为i_y信号自相关函数的最大值，n_x、n_y分别为所选择电流对应的电流互感器变比，k_T为变压器单相绕组变比；

步骤S46：判断实测的变比相对于标称变比的误差是否超过某一设定值，所述设定值的取值范围为0～10％；若超过则判定电流互感器存在包括二次回路开路、短路、两点或多点接地、组别错误的情况，否则变比正确；

步骤S47：判断是否全部计算完成，若计算完成则结束检验，否则返回步骤S41。

将i_x和i_y中的某一信号取为基准间隔电流信号，则通过(3)式计算另一信号的相角差，通过(5)式或(6)式计算另一信号对应电流互感器的变比。

在本实施例中，步骤S4中所述判断二次回路的正确性的判据为：若实测相角差相对于理论值的偏差超过某一设定值(如3°)，则判定电流互感器的极性可能反向或存在接线错误的情况；若实测的变比相对于标称变比的误差超过某一设定值(如5％)，则判定电流互感器存在包括二次回路开路、短路、两点或多点接地、组别错误的情况。

较佳的，本实施例的具体示例如下：

一种典型的实施方式如图1所示，包含高压系统母线、厂用系统母线、基准间隔、变压器T_st和暂态负荷间隔组成。其中，CB₀、PT₀、CT₀分别代表基准间隔的断路器、电压互感器、电流互感器，CB₁、PT₁、CT₁分别代表待检验变压器高压侧断路器、电压互感器、电流互感器，CB₂、CT₂分别代表变压器低压侧断路器、电流互感器，CB₃代表暂态负荷间隔断路器。所选择的基准间隔可以是连接系统电源的线路或母联，为本方法提供参考，其PT和CT二次回路已通过其他方式(如高压线路充电电流、一次通流/通压等)检验正确。

在试验开始前，首先空出变压器间隔所接入的“高压系统母线”和“厂用系统母线”。其次，依次合上CB₀、CB₁、CB₂断路器，使待检验变压器和厂用系统母线带电。最后，合上CB₃断路器，对厂用变压器间隔进行全压冲击或启动高压电动机，使一次系统流过暂态负荷电流。测试过程中可采用保护装置内部录波、故障录波等方式记录暂态负荷电流。图3、图4和图5为对厂用变压器间隔进行全压冲击时，流过基准间隔和变压器间隔的电流波形示意图(待检验变压器接线组别为YND11)。

图3中波形通过(1)式可计算基准间隔重构电流i′_BA、i′_BB、i′_BC，图4中波形通过(1)式可计算变压器高压侧重构电流i′_YA、i′_YB、i′_YC。基准间隔重构电流、变压器高压侧重构电流和变压器低压侧电流的A相电流如图6所示。由图6可知，各电流波形形状完全一致，而各电流幅值差异由各侧电流互感器变比和变压器变比共同决定。

选择图6中的两路信号波形(其中一路为基准间隔电流)，经式(2)式计算后得到图7所示的相关函数波形，将τ_max代入(3)式即可得到所选信号A相电流的相角差Δθ。B、C相电流的相角差采用类似的方法计算。

选择图6中的信号i′_BA和i′_YA，将i′_BA定义为i_x，i′_YA定义为i_y。由于i_x和i_y为变压器同侧信号，利用(6)式可求得变压器高压侧A相电流互感器的变比为

其中：R_{xx_max}为i_x信号自相关函数的最大值，R_{yy_max}为i_y信号自相关函数的最大值，n_x、n_y分别为基准间隔、变压器高压侧电流互感器变比。高压侧B、C相电流互感器的变比采用类似的方法计算。

选择图6中的信号i′_BA和i_Δa，将i′_BA定义为i_x，i_Δa定义为i_y。由于i_x和i_y为变压器不同侧信号，利用(5)式可求得变压器低压侧A相电流互感器的变比为

其中：R_{xx_max}为i_x信号自相关函数的最大值，R_{yy_max}为i_y信号自相关函数的最大值，n_x、n_y分别为基准间隔、变压器低压侧电流互感器变比。低压侧B、C相电流互感器的变比采用类似的方法计算。

变比及相角测试结果可用于判断电流互感器及其二次回路是否正常。若实测相角差相对于理论值的偏差超过某一设定值(如3°)，则说明电流互感器的极性可能反向或存在其他异常。若实测的变比相对于标称变比的误差超过某一设定值(如5％)，则说明电流互感器可能存在二次回路开路、短路、多点接地、组别错误等情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：选定已经校验正确并连接电网电源的支路作为基准间隔，并将待检验变压器某侧与该基准间隔接入同一空置母线，使变压器充电运行；

步骤S2：在待检变压器其他侧接入暂态负荷，使基准间隔、待检验变压器各侧流过暂态电流，同时记录各电流互感器的二次电流；

步骤S3：针对不同接线组别的变压器，对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换，用以使各电流表现出波形相似的特征；

步骤S4：利用信号相关函数对相似的各波形进行分析，以基准间隔信号为参考计算出变压器各侧电流互感器的变比及二次电流相位，用以判断二次回路的正确性。

2.根据权利要求1所述的一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，其特征在于：步骤S2中所述待检变压器其他侧接入的暂态负荷包括但不限于电动机或变压器。

3.根据权利要求1所述的一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，其特征在于：步骤S3中所述的对电流互感器的暂态二次电流进行重构转换为对变压器星形侧电压等级下各间隔电流和基准间隔电流按方程式(1)进行矩阵计算

其中：Ι_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器三相二次电流，I′_Y为变压器星形侧电压等级下各间隔电流互感器的重构电流；Ι_B为基准间隔电流互感器三相二次电流，I′_B为基准间隔电流互感器的重构电流；c_Y和c_B为转换计算系数矩阵，当基准间隔选变压器星形侧电压等级下的间隔时，c_B等于c_Y，而当基准间隔选变压器三角形侧电压等级下的间隔时，c_B取单位矩阵；系数矩阵c_Y定义为

其中：aa、ab、ac、ba、bb、bc、ca、cb、cc为计算系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于暂态电流的变压器二次回路检验方法，其特征在于：所述步骤S4的具体包括以下步骤：

步骤S41：选择基准间隔重构电流I′_B某相信号记为i_x，并选择待校验变压器星形侧电压等级下的重构电流I′_Y或三角形电压等级下的电流Ι_Δ中与i_x同名相的电流记为i_y；

步骤S42：进行不同电流间的互相关函数计算，采用的公式为：

其中：τ为时间变量；当|R_xy(τ)|取得最大值时对应的τ值记为τ_max，两电流信号的相角差Δθ为

步骤S43：判断实测相角差相对于理论值的偏差是否超过某一设定值，若超过设定值则判定电流互感器的极性可能反向或存在接线错误的情况；否则极性正确；

步骤S44：对每路电流信号进行自相关函数计算，采用的公式为：

步骤S45：判断i_x、i_y是否为变压器同侧信号，

若i_x、i_y分别为变压器不同侧信号，则变比关系满足：

若i_x、i_y为变压器同侧信号，则变比关系满足：

其中：R_{xx_max}为i_x信号自相关函数的最大值，R_{yy_max}为i_y信号自相关函数的最大值，n_x、n_y分别为所选择电流对应的电流互感器变比，k_T为变压器单相绕组变比；

步骤S46：判断实测的变比相对于标称变比的误差是否超过某一设定值，若超过则判定电流互感器存在包括二次回路开路、短路、两点或多点接地、组别错误的情况，否则变比正确；

步骤S47：判断是否全部计算完成，若计算完成则结束检验，否则返回步骤S41。

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