《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》是中冶建工有限公司於2010年11月10日申請的發明專利，該專利申請號為201010539235X，公布號為CN102095950A，公布日為2011年6月15日，發明人是王玉、劉川、康鳳軍、黃麗。
《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》首先利用變壓器具有短路阻抗的特性，將變壓器的低壓側適當位置用短路夾具短接母排，在變壓器的高壓側加入低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得短路大電流的試驗方法；然後，用雙鉗形相位表在繼電保護屏的差流二次迴路依次鉗側各相電流，記錄各相相位差值和大小，並和微機綜合保護裝置的差動迴路電流各相比較：並在雙鉗相位表數值上顯示出來，達到一定動作值立即輸出跳閘信號，從而達到變壓器差動保護系統整組試驗的目的。該試驗方法不需拆線接線，不改動任何一次和二次線路，具有方法簡便，效率高的特點。
2017年12月，《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法
- 地址：重慶市九龍坡區石坪橋正街特1號
- 公布號：CN102095950A
- 公布日：2011年6月15日
- 申請號：201010539235X
- 申請人：中冶建工有限公司
- 申請日：2010年11月10日
- 發明人：王玉、劉川、康鳳軍、黃麗
- 代理人：張先芸
- 代理機構：重慶博凱智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：G01R31/00（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在電力系統中，對大型變壓器的電氣保護系統進行整組試驗，是大型變壓器安裝和調試的關鍵環節。2010年11月之前的大型變壓器差動保護試驗通常採用的負荷測試法，即第一次投入系統時，退出微機保護裝置的差動保護跳閘功能，待變壓器送電後，充電良好後停用（避免誤動作），然後讓變壓器帶上部分測試所需的負荷，測六角圖，同時測量差流迴路的不平衡電壓或電流。以此來證實二次保護迴路接線、極性、整定值等均正確無誤後，再將差動保護功能投入進行保護。
2010年11月之前已有的技術中，常規繼電保護校驗接線，如圖1所示。合上QK1，調節三相自耦調壓器TR1使其輸出電壓為100伏，操作控制開關使斷路器合閘，再調節三相自耦調壓器使其輸出降到低電壓繼電器的整定值，觀察三個低電壓繼電器動作；合上QK2，調節三相自耦調壓器TR2使三相升流器TA達到保護無時限速斷電流繼電器的整定值，電流繼電器動作，斷路器應立即跳閘，相應聲、光信號動作。模擬定時限過電流保護動作情況時與無時限基本相同，所不同的是斷開QK1，加入電流繼電器的電流達到過電流保護整定值，在規定時限內動作即可。常規的整組試驗方法是依靠大電流發生器在變壓器主迴路的高壓側A相、B相、C相逐相加入設計要求整定的大電流，模擬故障大電流來實現斷路器保護跳閘。這種試驗方法對於大型主變壓器差動保護系統的整組試驗，存在明顯的局限性和缺陷：首先，是要獲得上千安的故障大電流，試驗設備容量有限，常規的大電流發生器容量只有6千伏安/1000安；其次，是差動保護要求實現的是主變壓器高壓側、低壓側三相電流互感器之間的保護範圍，需要高、低壓側的三相電流互感器同時輸出一定相位、幅值的電流。所以，在主變壓器的一次迴路中必須同時產生符合要求的三相大電流，常規的整組試驗操作是不可能實現的。
CN101349724（專利申請號200710043919.9，發明名稱為大型變壓器差動保護系統測試方法），公開了包括變壓器的差動保護繼電器，還包括相位表和電流表並包括下述步驟：
步驟一，根據試驗電流的大小來選擇相位表不同的量程，以便檢測相位角；將差動綜合保護繼電器的顯示畫面切換至差動電流顯示單元；
步驟二，接通電源，利用所述電流表和所述差動綜合保護繼電器檢測通過變壓器的電流；
步驟三，利用相位表在差動保護繼電器電流輸入端檢測同相的兩側電流的相位差，並記錄；
步驟四，模擬變壓器的故障狀態，測量相位角及在繼電器上監測差流，確保差動保護繼電器在故障狀態下可靠動作；
步驟五，結束試驗，關閉電源，恢復原接線。
該方法存在以下不足：第一，它僅限於變壓器二次迴路的操作試驗，未體現一次迴路大電流的試驗方法；對於大型變壓器系統有相當的局限性，因為電流大，所以可靠短接和便捷短接是實現又好又快的重要特點。第二，它所採用的測量方法涉及二次迴路的拆線、接線，難免增加故障率的提高。
發明內容
專利目的
針對2010年11月之前已有的技術存在上述不足，《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》的目的是提供一種簡化調試技術裝備，方法簡便、效率高、安全可靠、費用低的大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法。
技術方案
《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》包括如下步驟：
首先，在變壓器系統所有的常規單體試驗和線路正確性檢查完成之後，利用變壓器具有短路阻抗的特性，將變壓器的低壓側適當位置用專用短路夾具短接母排，在變壓器的高壓側加入低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得短路大電流的試驗方法；
然後，用雙鉗形相位表在繼電保護屏的差流二次迴路依次鉗側各相電流，記錄各相相位差值和大小，並和微機綜合保護裝置的差動迴路電流各相比較：變壓器差動系統正常的話，各相數值應該在一定的理想誤差範圍之類，假如存在變壓器本體或者一、二次線路設備異常，就會在雙鉗相位表數值上顯示出來，達到一定動作值立即輸出跳閘信號，從而達到變壓器差動保護系統整組試驗的目的。該試驗方法不需拆線接線，不改動任何一次和二次線路，方法簡便，效率高。
進一步，按此方法對大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法具體步驟為：
（1）將變壓器的低壓側適當位置用專用短路夾具短接母排；
（2）依次合上變壓器系統高、低壓側的斷路器，把繼電器屏的微機綜合保護裝置投入差動保護，調出差動電流監視測量畫面；
（3）在變壓器的高壓側加入380伏低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得試驗所需的三相短路大電流；
（4）用雙鉗相位表的兩個鉗頭，在繼電器屏的差動電流測量迴路依次鉗側各相電流，並記錄；
（5）用短接線在變壓器的一次側或二次側電流互感器差動電流樁頭短接任意一相或兩相，模擬變壓器內部短路等故障狀態，同時監測相位角及差動電流，確保差動保護繼電器在故障狀態下可靠動作，輸出跳閘信號實際動作於變壓器系統高、低壓側的斷路器；
（6）結束試驗，關閉電源，拆除一次迴路的大電流短接裝置。
改善效果
相比2010年11月之前已有的技術，《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》具有如下有益效果：
該發明合理地運用了變壓器具有短路阻抗的特性，將變壓器低壓側短路，在高壓側加入低壓電源，如380伏施工電源，或者將變壓器的高壓側短路，在低壓側加入電源，獲得短路大電流的方法；能夠真實地模擬出主變壓器在三相電源下的工作狀態以及特殊重大故障狀態；讓主變壓器差動保護系統可靠動作，來驗證整套保護裝置的正確性和可靠性。
該發明採用了便捷可靠的一次迴路專用短路試驗裝置，用高壓側輸入低壓電源，低壓側可靠快捷短接的方法；雖然該發明與傳統方法都是從變壓器差動保護的原理入手，但是在具體實施和解決的過程中，該發明無論從可靠性和便捷性，還是效率方面，都大大優於傳統方法，可行性更高，更高效可靠；該發明方法採用更為先進科學的雙鉗形相位表，各相電流相位大小一鉗便知，不需拆線和接線，最大程度地保證了整組試驗的完整試驗意義，並且效率更高。其調試技術裝備簡化，具有方法簡便、效率高、安全可靠、費用低等優點。同時，採用雙鉗相位表對差動保護的保護控制迴路進行測量和微機綜合保護裝置驗證，其具有操作簡便、可靠的特點。
附圖說明
圖1是常規繼電保護校驗接線圖；
圖2是變壓器差動保護的原理接線圖：其中，（a）是變壓器區外短路圖；（b）是變壓器區內短路原理圖；
圖3是《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》施工工藝流程圖；
圖4是該發明一次迴路和二次迴路的接線圖。
權利要求
《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》其特徵在於，包括如下步驟：
首先，在變壓器系統所有的常規單體試驗和線路正確性檢查完成之後，利用變壓器具有短路阻抗的特性，將變壓器的低壓側適當位置用專用短路夾具短接母排，在變壓器的高壓側加入低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得短路大電流；
然後，用雙鉗形相位表在繼電保護屏的差流二次迴路依次鉗側各相電流，記錄各相相位差值和大小，並和微機綜合保護裝置的差動迴路電流各相比較：變壓器差動系統正常的話，各相數值應該在一定的理想誤差範圍之類；如存在變壓器本體或者一、二次線路設備異常，就會在雙鉗相位表數值上顯示出來，達到一定動作值立即輸出跳閘信號，從而達到變壓器差動保護系統整組試驗的目的。
具體步驟為：
（１）將變壓器的低壓側適當位置用短路夾具短接母排；
（２）依次合上變壓器系統高、低壓側的斷路器，把繼電器屏的微機綜合保護裝置投入差動保護，調出差動電流監視測量畫面；
（３）在變壓器的高壓側加入380伏低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得試驗所需的三相短路大電流；
（４）用雙鉗相位表的兩個鉗頭，在繼電器屏的差動電流測量迴路依次鉗側各相電流，並記錄；
（５）用短接線在變壓器的一次側或二次側電流互感器差動電流樁頭短接任意一相或兩相，模擬變壓器內部短路等故障狀態，同時監測相位角及差動電流，確保差動保護繼電器在故障狀態下可靠動作，輸出跳閘信號實際動作於變壓器系統高、低壓側的斷路器；
（６）結束試驗，關閉電源，拆除一次迴路的大電流短接裝置。
實施方式
《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》採用整組試驗方法，主要是將變壓器的低壓側短路，在高壓側加入低壓電源，如380伏施工電源，或者將變壓器的高壓側短路，在低壓側加入電源，獲得短路大電流的方法，所以該整組試驗也稱為短路試驗。
一、變壓器差動保護的基本原理：
差動保護系統是通過對變壓器高、低壓側電流大小和相位進行比較後實施變壓器電源斷路保護。變壓器在正常運行時，高、低壓側電流互感器二次迴路的電流大小相等、方向相反，流過差動迴路的電流為零，差動繼電器不動作。當變壓器內部故障時，有差動電流流過差動保護迴路，差動繼電器動作，跳開變壓器各電源側的斷路器。它的原理接線圖如圖2所示，由圖2可見，變壓器差動保護的範圍是構成變壓器差動保護的電流互感器之間的電氣設備、以及連線這些設備的導體的區域。實際工作中，由於變壓器勵磁涌流、差動保護兩側電流互感器的電壓等級、變比、容量、接線方式以及鐵心飽和特性不一致，使差動迴路存在不平衡電流，當不平衡電流超過差動動作值時，會導致誤動作。為防止誤動作，各廠家採取了許多相應措施。如防止勵磁涌流所產生的不平衡電流，採用了二次諧波制動等原理；為防止兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流，採用了增大啟動電流動作值以躲開保護範圍外部短路時的最大不平衡電流；對於因變壓器接線組別、電流互感器變比不同引起的不平衡電流，由微機綜合保護裝置的軟體算法進行相位補償及電流的數值補償等。
由此可見，變壓器的差動保護實現方式確實是比較複雜，僅僅通過常規的繼電保護測試儀和單相大電流發生器，只能簡單的驗證微機綜合保護裝置的一些後備保護動作情況（如過載保護等），而不能實現一次迴路全面系統的整組試驗，特別是綜合檢驗差動保護系統的繼電保護動作特性。為此，該發明根據短路整組試驗的理論，通過科學計算，利用現場施工電源對變壓器實施短路試驗，結合雙鉗相位表直觀監測的整組試驗方法來進行差動保護系統整組試驗施工方法研究。該試驗施工方法通常用於繼電主保護採用差動保護的變壓器系統的調試。
二、差動保護裝置整組試驗中主迴路大電流產生的基本原理：
根據變壓器具有短路阻抗的特性和變壓器測定銅損的短路試驗啟發，構想將變壓器的低壓側在合適的地方（低壓側電流互感器以外）人為短路，在變壓器的高壓側加入一定的電壓，將會在變壓器的主迴路中產生短路電流，從而獲得我們整組試驗所需要的大電流。因此，該整組試驗又稱為短路整組試驗。短路整組試驗的理論基礎還在於變壓器理論和電力系統繼電保護理論。變壓器的短路阻抗就是變壓器的短路阻抗百分比，在數值上與變壓器短路電壓百分比相等。它是指將變壓器低壓繞組短路，在高壓繞組施加電壓，當低壓繞組通過額定電流時，高壓繞組施加的電壓與額定電壓之比的百分數。變壓器的短路阻抗值百分比是變壓器的一個重要參數，它表明變壓器內阻抗的大小，即變壓器在額定負荷運行時變壓器本身的阻抗壓降大小。它對於變壓器在低壓側發生突然短路時，會產生多大的短路電流有決定性的意義，對變壓器製造價格大小和變壓器並列運行也有重要意義，短路阻抗值習慣使用百分比數值。
該發明採用了變壓器短路試驗的思路，將變壓器低壓繞組短路，在高壓繞組施加某個需要的電壓，低壓繞組會通過一個比較大的電流。該發明的整組短路試驗和變壓器的短路試驗有本質的區別，它們的試驗目的意義和細節（包括接線）都完全不同。變壓器的短路試驗屬於出廠試驗，它的目的就是通過試驗測定出變壓器的短路電壓（短路阻抗）。它是將變壓器的一組線圈短路，在另一線圈加上額定頻率的交流電壓使變壓器線圈內的電流為額定值，此時用三瓦特表法所測得的變壓器損耗為短路損耗，所加的電壓為短路電壓，短路電壓是以被加電壓線圈的額定電壓百分數表示的。所以變壓器短路試驗的目的有很多方面：測定銅損，計算和確定變壓器有無可能與其它變壓器並聯運行；計算和試驗變壓器短路時的熱穩定和動穩定；計算變壓器的效率；計算變壓器低壓側電壓由於負載改變而產生的變化。它和變壓器空載試驗一樣都是變壓器的例行出廠試驗。
短路整組試驗的目的是依靠變壓器低壓側短路產生的三相大電流，藉助這個短路大電流（相當於一個三相負荷電流）來校驗整個繼電保護系統的動作，檢查是否滿足繼電保護可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求，保證設備正常的投入運行。該試驗所產生的電流如果需要達到額定電流值，高壓側僅僅需要額定電壓的短路阻抗百分比電壓即可。而根據《新編保護繼電器校驗》中的規定：如果變壓器差流不大於勵磁電流產生的差流值（或者差壓不大於150毫伏），則該台變壓器整定值、接線、元件選型配合等保護系統正確。在保證安全經濟的條件下，即使不需達到額定電流值也可。比如一台變壓器的勵磁電流（空載電流）為1.2％，基本側額定二次電流為5安，則由勵磁電流產生的差流等於1.2％×5＝0.06安，0.06安便是我們衡量差流合格的標準。通過計算，利用施工電源輸入進行短路試驗，能夠滿足試驗要求，實現對差動保護定性、定量的分析效驗。
三、實施例
參見圖3和圖4，大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法，包括如下步驟：
首先，在變壓器系統所有的常規單體試驗和線路正確性檢查完成之後，利用變壓器具有短路阻抗的特性，將變壓器的低壓側適當位置用短路夾具短接母排，在變壓器的高壓側加入低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得短路大電流的試驗方法；
然後，用雙鉗形相位表在繼電保護屏的差流二次迴路依次鉗側各相電流，記錄各相相位差值和大小，並和微機綜合保護裝置的差動迴路電流各相比較：變壓器差動系統正常的話，各相數值應該在一定的理想誤差範圍之類，假如存在變壓器本體或者一、二次線路設備異常，就會在雙鉗相位表數值上顯示出來，達到一定動作值立即輸出跳閘信號，從而達到變壓器差動保護系統整組試驗的目的。該試驗方法不需拆線接線，不改動任何一次和二次線路，方法簡便，效率高。
進一步，按此方法對大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法具體步驟為：
（1）將變壓器的低壓側適當位置用短路夾具短接母排；
（2）依次合上變壓器系統高、低壓側的斷路器，把繼電器屏的微機綜合保護裝置投入差動保護，調出差動電流監視測量畫面；
（3）在變壓器的高壓側加入380伏低壓電源，從而在變壓器的差動保護系統一次迴路獲得試驗所需的三相短路大電流；
（4）用雙鉗相位表的兩個鉗頭，在繼電器屏的差動電流測量迴路依次鉗側各相電流，並記錄；
（5）用短接線在變壓器的一次側或二次側電流互感器差動電流樁頭短接任意一相或兩相，模擬變壓器內部短路等故障狀態，同時監測相位角及差動電流，確保差動保護繼電器在故障狀態下可靠動作，輸出跳閘信號實際動作於變壓器系統高、低壓側的斷路器；
（6）結束試驗，關閉電源，拆除一次迴路的大電流短接裝置。
四、短路整組試驗工藝的先進性
短路整組試驗工藝的先進性在於充分利用了被試物（主變壓器）的短路阻抗特性和外部方便的施工電源設施，共同創造了滿足主變壓器差動保護的整組試驗所需要的電流品質，起到了“四兩撥千斤”的效果。短路整組試驗工藝靈活的運用了雙鉗相位表。通過它們在保護屏的端子排上依次鉗測出變壓器高、低壓側A相、B相、C相的二次差動保護迴路電流幅值大小和相位，進而和保護屏的微機綜合保護裝置數據逐一比較。從而實現對主變壓器無論主迴路還是二次迴路都能定量定性的分析，完全做到“心中有數”。該整組試驗工藝適用於設計有差動保護的大型或者特大型變壓器系統整組試驗，包括發電機-變壓器系統調試。
五、《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》的工藝可行性在於：
1、合理地運用了變壓器具有短路阻抗的特性。
2、所產生的三相電流大小和相位能滿足保護系統所需要模擬的電流。
3、所產生的三相電流對變壓器本體沒有任何損害。
4、對試驗電源和試驗設施要求不高，施工現場一般就能滿足。
5、二次電流迴路的測量簡便，用雙鉗相位表在保護屏的端子排上依次測出變壓器高、低壓側A相、B相、C相二次保護迴路的電流幅值大小和相位。易於實現對高、低壓側各相電流幅值、相位的測量。
榮譽表彰
2017年12月，《大型變壓器差動保護系統的整組試驗施工方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
