CN113253155B - 一种用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法，属于变压器测试技术领域。测量终端具有两路电压Ua、U2，一路电流I2信号输入，经过采样电路的取样、隔直，中央处理单元处理后，测量两路电压和一路电流的幅值，以及以Ua为基准的U2与I2的相位，并将数据显示在显示器上，同时通过蓝牙或者USB端口将数据传送到智能终端；智能终端读取测量终端测量结果，统一以高压侧Ua为参考电压，利用软件将多次测量结果进行合成计算，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确。本发明提供一种方法简单、数据准确度高、效率高的专用于自耦变压器带负荷测试的方法。

Description

一种用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及变压器测试技术领域，具体是一种用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法。

背景技术

主变压器是变电站一次核心设备，电量保护主要以差动保护构成。按照主变保护的原理，对三相电压电流组合方式具有唯一性要求，只有确保外部回路接线的正确性，才能保证继电保护装置可靠动作，确保电网安全稳定运行。根据《继电保护及自动装置检验规程》要求：对新安装或二次回路有变动的主变保护，在投入运行之前，必须进行带负荷测试工作。而500kV以上特高压电网使用自耦变压器，为保证自耦变压器的带负荷测试的准确性和快速性，对其测试方法进行分析研究具有十分重要的意义。

传统的带负荷测试方法使用钳形相位伏安表以高压侧电压为基准，逐项测量保护屏的高中低压各侧电流的幅值与相位，根据测量数据手动绘制出六角相量图，并结合后台显示的有功和无功功率大小和方向进行人工分析，从而判断TA极性和二次回路接线方式的正确与否。由于差动保护的三侧电流存在相位差，相对矢量关系复杂，要求人员具备较高的理论基础和专业技能水平，才能够准确计算不同侧电压电流之间的相位关系并绘制出六角相量图，否则将对测量结果无法判读其正确性；特别针对500kV变电站主变保护装置带负荷测相位工作，这样的操作方式不但流程繁琐，而且极易由于人为因素，导致报告整理不及时、原始数据丢失、书写数据不规范、誊写错误等问题，造成现场判断困难、工作效率低，不利于专业管理水平的提升。

公布号为CN 107462788 A的专利文献公开了一种500kV自耦变压器直流电阻的测试方法。该发明将直流电阻测试仪的测试电流I+端和测试电压U+端接至500kV自耦变压器的高压中性点套管的接头处；将直流电阻测试仪的测试电流I-端接至与变电站接地网连接良好的接地扁铁处；将直流电阻测试仪的测试电压U-端接至高空测试钳的触头处；将高空测试钳挂接在500kV自耦变压器的高压侧套管的接头处；合上高压侧接地刀闸；读取直流电阻测试仪输出的电流值I以及测试得到的电压值U，通过欧姆定律得到500kV自耦变压器的直流电阻值。该发明既能满足现场实际作业环境，又不需要高空作业车辆，也不需要登高作业的测试线，提高了工作效率。但是，该发明仅能测得自耦变压器直流电阻，无法判断高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧等TA二次回路极性及接线是否正确，使用范围有限。

公告号为CN104614625B的专利公开了一种电力系统带电荷测试方法与系统，识别电力系统中与母线连接的间隔，采集各个间隔的有功功率和无功功率数据，计算电力系统中与任意相同母线连接的间隔的有功功率累计求和项和与任意相同母线连接的间隔的无功功率累计求和项，判断有功功率累计求和项以及无功功率累计求和项是否均为零，当均为零时，判定电力系统带电荷正常，当不均为零时，判定电力系统带电荷异常。整个过程中，采用多间隔信息对比的方法，最大限度减小间隔出错对带电负荷测试可靠性的影响，提高电力系统带电负荷测试的可靠性，而且不必增加任何软硬件投资，整个测试过程简单。但是，该发明同样未能对高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧等TA二次回路极性及接线是否正确进行计算分析，不能解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种方法简单、数据准确度高、效率高的专用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于自耦变压器的带负荷测试装置，包括测量终端和智能终端，所述测量终端采集电压、电流信号，测量得到以高压侧Ua为基准的各侧电压电流幅值与相位，同时将测量数据通过蓝牙或USB端口上传于智能终端，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确。

进一步的，所述测量终端包括电压电流采集模块、中央处理器和显示器，所述智能终端包括智能手机或者平板电脑，所述电压电流采集模块采集的电压、电流输入信号经取样、隔直传输至所述中央处理器，所述智能终端根据已知运行投入所需的一次电流、有功功率、无功功率、阻抗角、电容量和电抗器容量，对各侧各相负荷电流、阻抗角计算及极性、接线分析。

进一步的，所述中央处理器与模拟数字转换器信号连接，按键通过所述模拟数字转换器向所述中央处理器发送指令。

一种用于自耦变压器的带负荷测试方法，包括以下步骤：

步骤1：测量终端具有两路电压Ua、U2，一路电流I2信号输入，经过采样电路的取样、隔直，中央处理单元处理后，测量两路电压和一路电流的幅值，以及以Ua为基准的U2与I2的相位，并将数据显示在显示器上，同时通过蓝牙或者USB端口将数据传送到智能终端；

步骤2：智能终端读取测量终端测量结果，统一以高压侧Ua为参考电压，利用软件将多次测量结果进行合成计算，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确。

进一步的，步骤2中，合成计算及分析方法，包括以下步骤：

步骤2-1：在智能终端预设高压侧、中压侧、低压侧开关、公共绕组、低压侧套管的TV和TA变比；

步骤2-2：在智能终端设定高压侧、中压侧、低压侧有功功率P、无功功率Q，以及电容器或电抗器所带负荷的容量和性质；

步骤2-3：根据投运负荷功率性质，确定本侧功率因数角

因为：三相电路有功功率：

三相电路无功功率：

阻抗角，即功率相位角：

步骤2-4：根据P、Q的正负计算阻抗角

为0～360°

若Q>0，P>0，则

的范围为0°～90°

若Q<0，P>0，则

的范围为-90°～0°，即270°～360°

若Q>0，P<0，则

的范围为90°～180°，

若Q<0，P<0，则

的范围为-180°～-90°，即180°～270°

步骤2-5：进行数据分析的时候，应根据显示的向量分析判断是哪相电流的二次接线错误，及时对电路进行修正，分析依据如下：

1)电流相序：各侧的三相电流要求按正序排列；

2)电流相位：各侧的三相电流相位互差120°，同名相电流的相位角与电压的相位角和功率计算的相位角一致；

3)TA变比：测量各侧电流的幅值，一次电流与二次电流符合变比关系；

4)差动保护电流回路极性组合：对于Y/Y/Δ接线分析，当高、低压侧运行时，高压侧负荷电流超前低压侧150°，低压侧开关TA电流超前低压侧套管TA电流30°，

当高、中压侧运行时，高压侧负荷电流与中压侧相差180°，高压侧电流、公共绕组电流与中压侧电流方向相反，公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流；

假设由于负载不平衡引起阻抗角的变化是10°，则判断某相电流二次回路接线对应为哪相电流和极性，是否正确通过查找下表可知：

参考电压以高压侧Ua为基准的高压侧三相(a\b\c)负荷电流分析表

由于高压侧开关负荷电流超前低压侧开关150°，则低压侧开关阻抗角为

N_lI_n＝N_l*I_n低压侧开关电流如下表分析：

公共绕组负荷电流分析进行判别时可根据公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流；

将高压两个功率和作为流入功率，进行流入功率和流出功率的对比，对三侧功率合计进行计算，校验流入流出功率，如：验证高压侧功率是否与测量得到的功率一致，与中、低压侧功率合计是否一致，如下式所示：

高压侧功率＝中压侧功率+低压侧功率

当以上测试合格，则判定结果通过；否则，判定极性、接线存在问题；

每次测量完分别对纵差保护、小区差动保护、分侧差动保护、分相差动保护的差流进行计算；

步骤2-6：生成工程试验报告。

电力系统中，对新安装或二次回路有变动的主变保护，在投入运行之前，必须进行带负荷测试工作，本行业技术人员为了保证测试的准确性，容易想到采集电力系统各个间隔有功功率和无功功率数据，计算电力系统中与任意相同母线连接的间隔的有功功率累计求和项与无功功率累计求和项，并判断这两项数值是否为零，均为零，即正常，不均为零，判定电力系统带电荷异常，如公告号为CN104614625B的专利公开了一种电力系统带电荷测试方法与系统；而且，在对500kV以上特高压电网使用的自耦变压器进行带负荷测试时，本行业的技术人员基于测试分析的简单、便利性，通常容易想到采用直流电阻测试仪测量自耦变压器的电压、电流和电阻信息，如公布号为CN107462788A的专利文献公开的一种500kV自耦变压器直流电阻的测试方法；因此，本申请测量终端的输入信号，经过终端硬件回路的处理，测量得到以高压侧Ua为基准的各侧电压电流幅值与相位，同时将测量数据通过蓝牙或USB端口上传于智能终端，并生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧等TA二次回路极性及接线是否正确，对本领域技术人员来说是不容易想到的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明用于自耦变压器的带负荷测试装置及测试方法，智能终端可显示高中低三侧电压、有功功率和无功功率；高中低三侧、公共绕组及低压侧套管的各相电流；所带负荷性质和容量，测量终端的输入信号，经过终端硬件回路的处理，测量得到以高压侧Ua为基准的各侧电压电流幅值与相位，同时将测量数据通过蓝牙或USB端口上传于智能终端，并生成相量图，以达到逐步分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧等TA二次回路极性及接线是否正确的目的。本发明克服传统技术的缺陷，为现场检修人员提供一种方法简单、数据准确度高、效率高的专用于自耦变压器带负荷测试的方法。

另外，本发明能够达到以下效果：

(1)针对500千伏变电站自耦变压器保护装置带负荷测试，流程简单，以高压侧Ua为基准对高压侧、低压侧(套管与开关)、中压侧、公共绕组的电压、电流数据进行测量；

(2)将测量终端的输入数据经过处理后通过蓝牙模块上传至智能终端，可避免人工记录数据造成的笔误，增强操作规范性；

(3)装置接线简单，智能终端分析方法具有高效、准确的特点，能精确计算电压、电流、角度等相关数据并对接线方式实现判断；

(4)智能终端能显示相量图，并进行数据分析，可提高带负荷测试效率，减少中间环节，及时整理数据并生成电子版报告。

附图说明

图1是本发明用于自耦变压器的带负荷测试装置的原理框图；

图2是本发明测量终端取样、隔直电路示意图；

图3是本发明智能终端APP处理流程图；

国4是本发明实施例中所用自耦变压器结构原理示意图；

图5是本发明实施例中公共绕组电流矢量计算示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1～3所示，一种用于自耦变压器的带负荷测试装置，包括测量终端和智能终端，所述测量终端采集电压、电流信号，测量得到以高压侧Ua为基准的各侧电压电流幅值与相位，同时将测量数据通过蓝牙或USB端口上传于智能终端，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确。

所述测量终端包括电压电流采集模块、中央处理器和显示器，所述智能终端包括智能手机或者平板电脑，所述电压电流采集模块采集的电压、电流输入信号经取样、隔直传输至所述中央处理器，所述智能终端根据已知运行投入所需的一次电流、有功功率、无功功率、阻抗角、电容量和电抗器容量，对各侧各相负荷电流、阻抗角计算及极性、接线分析。

所述中央处理器与模拟数字转换器信号连接，按键通过所述模拟数字转换器向所述中央处理器发送指令。

所述智能终端的APP处理流程为：

1.新建工程名称，选择变电站，判断有无可选变电站，若有，进入第2步；若无，导入或者编辑变电站信息，包括开关编号、CT、PT变比、回路编号；

2.新建试验方案，选择投入运行的开关和输入的三侧负荷，判断是否有低压侧负荷，若有，进入第3步；若无，判断是否有中压侧负荷，如果有，进入第4步，如果无，进入第5步；

3.根据流出的低压负荷，计算低压侧开关电流、低压侧套管电流，套管电流滞后开关电流30度，幅值除以1.732，并进行低压侧开关和套管CT极性判定；

4.根据流出的中压侧负荷，计算中压侧开关电流，进行中压侧开关CT极性判定；

5.验证高压侧功率是否与测量得到的功率一致，是否与中、低压侧功率合计是否一致，根据高压侧功率计算进行高压侧CT极性判定；

6.进行公共绕组电流计算，对公开绕组CT进行判定；

7.进行高压侧、中压侧、低压侧各种保护差动电流计算

8.生成工程试验报告。

实施例二

如图2、4、5所示，一种用于自耦变压器的带负荷测试方法，包括以下步骤：

步骤1：测量终端具有两路电压Ua、U2，一路电流I2信号输入，经过采样电路的取样、隔直，中央处理单元处理后，测量两路电压和一路电流的幅值，以及以Ua为基准的U2与I2的相位，并将数据显示在显示器上，同时通过蓝牙或者USB端口将数据传送到智能终端；

步骤2：智能终端读取测量终端测量结果，统一以高压侧Ua为参考电压，利用软件将多次测量结果进行合成计算，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确。

进一步的，步骤2中，合成计算及分析方法，包括以下步骤：

步骤2-1：在智能终端预设高压侧、中压侧、低压侧开关、公共绕组、低压侧套管的TV和TA变比；

步骤2-2：在智能终端设定高压侧、中压侧、低压侧有功功率P(MW)、无功功率Q(MVAR)，以及电容器或电抗器所带负荷的容量和性质(电容器或电抗器)；

步骤2-3：根据投运负荷功率性质，确定本侧功率因数角

因为：三相电路有功功率：

三相电路无功功率：

阻抗角，即功率相位角：

步骤2-4：根据P、Q的正负计算阻抗角

为0～360°

若Q>0，P>0，则

的范围为0°～90°

若Q<0，P>0，则

的范围为-90°～0°，即270°～360°

若Q>0，P<0，则

的范围为90°～180°，

若Q<0，P<0，则

的范围为-180°～-90°，即180°～270°

步骤2-5：进行数据分析的时候，应根据显示的向量分析判断是哪相电流的二次接线错误，及时对电路进行修正，分析依据如下：

1)电流相序：各侧的三相电流要求按正序排列；

2)电流相位：各侧的三相电流相位互差120°，同名相电流的相位角与电压的相位角和功率计算的相位角一致；

3)TA变比：测量各侧电流的幅值，一次电流与二次电流符合变比关系；

4)差动保护电流回路极性组合：对于Y/Y/Δ接线分析，当高、低压侧运行时，高压侧负荷电流超前低压侧150°，低压侧开关TA电流超前低压侧套管TA电流30°，

当高、中压侧运行时，高压侧负荷电流与中压侧相差180°，高压侧电流、公共绕组电流与中压侧电流方向相反，公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流；

假设由于负载不平衡引起阻抗角的变化是10°，则判断某相电流二次回路接线对应为哪相电流和极性，是否正确通过查找下表可知：

参考电压以高压侧Ua为基准的高压侧三相(a\b\c)负荷电流分析表

由于高压侧开关负荷电流超前低压侧开关150°，则低压侧开关阻抗角为

N_lI_n＝N_l*I_n

低压侧开关电流如下表分析：

公共绕组负荷电流分析进行判别时可根据公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流(矢量计算)，如图5公共绕组电流矢量计算示意图

分析原理同上两个表一致。

将高压两个功率和作为流入功率，进行流入功率和流出功率的对比，对三侧功率合计进行计算，校验流入流出功率，如：验证高压侧功率是否与测量得到的功率一致，与中、低压侧功率合计是否一致，如下式所示：

高压侧功率＝中压侧功率+低压侧功率

当以上测试合格，则判定结果通过；否则，判定极性、接线存在问题；

当选择高压侧分支二开关与低压侧开关闭合试验方案，高压侧分支一开关与中压侧开关闭合试验方案，高压侧两分支开关与中压测开关、低压侧开关闭合试验方案任意一种时，以高压侧UA为基准的高压侧开关、低压侧开关、公共绕组、低压绕组三相负荷电流分析如选择高压侧分支一开关与低压测开关闭合试验方案中分析所示同理。

每次测量完分别对纵差保护、小区差动保护、分侧差动保护、分相差动保护的差流进行计算；

步骤2-6：生成工程电子版试验报告。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种用于自耦变压器的带负荷测试装置，其特征在于：包括测量终端和智能终端，所述测量终端采集电压、电流信号，测量得到以高压侧Ua为基准的各侧电压电流幅值与相位，同时将测量数据通过蓝牙或USB端口上传于智能终端，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确；所述测量终端包括电压电流采集模块、中央处理器和显示器，所述智能终端包括智能手机或者平板电脑，所述电压电流采集模块采集的电压、电流输入信号经取样、隔直传输至所述中央处理器，所述智能终端根据已知运行投入所需的一次电流、有功功率、无功功率、阻抗角、电容量和电抗器容量，对各侧各相负荷电流、阻抗角计算及极性、接线分析；所述中央处理器与模拟数字转换器信号连接，按键通过所述模拟数字转换器向所述中央处理器发送指令；

所述用于自耦变压器的带负荷测试装置的带负荷测试方法，包括以下步骤：

步骤1：测量终端具有两路电压Ua、U2，一路电流I2信号输入，经过采样电路的取样、隔直，中央处理单元处理后，测量两路电压和一路电流的幅值，以及以Ua为基准的U2与I2的相位，并将数据显示在显示器上，同时通过蓝牙或者USB端口将数据传送到智能终端；

步骤2：智能终端读取测量终端测量结果，统一以高压侧Ua为参考电压，利用软件将多次测量结果进行合成计算，生成相量图，分析高压侧、中压侧、公共绕组、低压侧TA二次回路极性及接线是否正确；

步骤2中，合成计算及分析方法，包括以下步骤：

步骤2-1：在智能终端预设高压侧、中压侧、低压侧开关、公共绕组、低压侧套管的TV和TA变比；

步骤2-2：在智能终端设定高压侧、中压侧、低压侧有功功率P、无功功率Q，以及电容器或电抗器所带负荷的容量和性质；

步骤2-3：根据投运负荷功率性质，确定本侧功率因数角

因为：三相电路有功功率：

三相电路无功功率：

阻抗角，即功率相位角：

步骤2-4：根据P、Q的正负计算阻抗角

为0～360°

若Q>0，P>0，则

的范围为0°～90°

若Q<0，P>0，则

的范围为-90°～0°，即270°～360°

若Q>0，P<0，则

的范围为90°～180°，

若Q<0，P<0，则

的范围为-180°～-90°，即180°～270°

步骤2-5：进行数据分析的时候，应根据显示的向量分析判断是哪相电流的二次接线错误，及时对电路进行修正，分析依据如下：

1)电流相序：各侧的三相电流要求按正序排列；

2)电流相位：各侧的三相电流相位互差120°，同名相电流的相位角与电压的相位角和功率计算的相位角一致；

3)TA变比：测量各侧电流的幅值，一次电流与二次电流符合变比关系；

4)差动保护电流回路极性组合：对于Y/Y/Δ接线分析，当高、低压侧运行时，高压侧负荷电流超前低压侧150°，低压侧开关TA电流超前低压侧套管TA电流30°，

当高、中压侧运行时，高压侧负荷电流与中压侧相差180°，高压侧电流、公共绕组电流与中压侧电流方向相反，公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流；

假设由于负载不平衡引起阻抗角的变化是10°，则判断某相电流二次回路接线对应为哪相电流和极性，是否正确通过查找下表可知：

参考电压以高压侧Ua为基准的高压侧三相a\b\c负荷电流分析表

由于高压侧开关负荷电流超前低压侧开关150°，则低压侧开关阻抗角为

低压侧开关电流如下表分析：

公共绕组负荷电流分析进行判别时可根据公共绕组电流＝中压侧电流-高压侧电流；

将高压两个功率和作为流入功率，进行流入功率和流出功率的对比，对三侧功率合计进行计算，校验流入流出功率，验证高压侧功率是否与测量得到的功率一致，与中、低压侧功率合计是否一致，如下式所示：

高压侧功率＝中压侧功率+低压侧功率

当以上测试合格，则判定结果通过；否则，判定极性、接线存在问题；

测量完分别对纵差保护、小区差动保护、分侧差动保护、分相差动保护的差流进行计算；

步骤2-6：生成工程试验报告。

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