大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法适用范围

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》适用于所有带差动保护的大型变压器系统整组试验，包括发电机-变压器系统调试。

大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法工艺原理

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》采用的整组试验方法主要是将变压器的一侧短路，在另一侧加入380伏低压电源，获得短路试验电流，同时运用双钳相位表对二次回路相应的差动电流回路进行钳测、记录、向量计算和比较，实现对差动系统一、二次回路定性和定量的校验。

一、常规施工方法分析

差动保护系统整组试验，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。三相特大电流发生器体积庞大，重量超过800千克，而且费用高昂，只适合于制造厂工厂试验，不适合安装施工的交接试验。传统的调试方法是在变压器投运后，用带负荷的方法，即通过负荷电流来进行一系列测试的复核性试验。而这样把变压器直接接入电网，试验过程对电网运行存在潜在威胁，而且无法进行定量分析。

二、模拟短路整组试验施工工艺分析

（一）差动保护装置整组试验中主回路大电流产生的基本原理

1.根据变压器具有短路阻抗的特性，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。

2.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150毫伏），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%，其同侧CT额定二次电流为5安培，则由励磁电流产生的差流等于1.2%×5=0.06安培，0.06安培便是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、定量的分析校验。

（二）短路整组试验施工工艺可行性分析

该试验方法的工艺可行性在于∶

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。

三、短路整组试验工艺的先进性与新颖性

（一）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。

（二）短路整组试验工艺的新颖性在于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。

（三）该整组试验工艺适用于设计有差动保护的大型变压器系统整组试验，包括发电机—变压器系统调试。

大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法施工工艺

• 工艺流程

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的施工工艺流程见图1。

• 操作要点

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的操作要点如下：

一、保护定值设定

按照设计的保护参数定值表，逐项存入保护器，并用继电保护测试仪逐一测试，保证微机综合保护器各项保护功能正常，均能可靠动作于保护回路。

某一中心电站工程中，初始定值参数如表1所示。

二、试验电流计算

根据主变压器铭牌数据计算短路试验的试验数据；据此用来选择短路整组试验所需要的试验电源、试验开关、电缆、铜排等，这是整个工艺过程中最基础重要的工作之一。

某一中心电站主变压器铭牌参数如表2所示。

参数计算

方案一∶变压器二次短路，一次施加400伏试验电压∶I_js=U_s/（U_1e/I_1e×U_k）。

式中I_js——试验计算电流；U_s——试验电源电压；U_1e——高压侧额定电压；I_1e——高压侧额定电流；U_k%——变压器短路阻抗。

I_js1=400/{（35000/824.8）×7.5%}=125.68安培。

I₁=I_js/K₁=125.68/（1200/5）=0.52安培。

式中I₁——高压侧二次回路计算电流；K₁——高压侧电流互感器变比。

低压侧短路电流I_js2=I_js×K=125.68×（35000/10000）=439.88安培，I₂=I_js2/K₂=439.88安培/（4000/5）=0.55安培。

式中I₂——低压侧二次回路计算电流；K——变压器电压变比；K₂——低压侧电流互感器变比。

保护装置中有差流I_c=I₁-I₂=0.03安培需要平衡。

试验电源容量S=S_e（U/U_e）²100/U_d=87千伏安。

方案二∶变压器一次短路，二次施加400伏试验电压∶I_js=U_s/（U_2e/I_2e×U_k）。

式中I_js——试验计算电流；U_s——试验电源电压；U_2e——低压侧额定电压；I_2e——低压侧额定电流；U_k%——变压器短路阻抗。

I_js=400/{（10000/2886.8）×7.5%}=1539.63安培。

I₂=1539.63/（4000/5）=1.92安培。

I₁=1539.63/（35000/10000）/（1200/5）=1.83安培。

保护装置中有差流I_c=I₁-I₂=0.09安培需要平衡。

由于方案二所需试验电流较大，所以从安全和经济的角度，中冶建工有限公司、重庆一建建设集团有限公司优先选择方案一。根据计算结果，选择该短路整组试验所需的材料设备。为安全起见，开关选择250安培空气开关，进线电缆导线选择25平方毫米，低压侧选择120平方毫米铜排在低压进线柜处短接。

三、准备和实施短路整组试验

按照图2完成一次回路和二次回路的接线。

用高精度的双钳相位表在保护屏的端子排位置依次钳测变压器高、低压侧A相、B相、C相的二次电流幅值大小和相位。结合保护屏微机综合保护器的显示，依次记录所测电流的大小和相位角。如表3所示。

根据以上测试数据，结合微机差动保护装置WFB-821的公式算法，可以完成对差动保护定性定量的分析，从而验证短路电流是否符合试验要求。

下面以原副边的二次侧电流的幅值和相角为依据，通过向量计算，求得各项差动电流和制动电流的幅值和相角，与实际测量值相比较。（以A相为例）

I_opa=▏（I_ha-I_hb） K_b×I_1a▏=▏（0.51∠273°-0.5∠153°） K_b×0.531∠123°▏=0.34∠303°安培。

（5.4-2）

I_rea=▏（I_ha-I_hb）-K_b×I_1a▏/2=0.7∠303°安培。

式中I_opa——A相差动电流；I_rea——A相制动电流；I_ha——高压A相二次电流I_ha（向量）；I_hb——高压B相二次电流I_hb（向量）；K_b——差动平衡系数K_b；I_1a——低压a相二次电流I_1a（向量）。

以上结果及关系用向量图表述如下（图3）：

B、C相过程类似，不再赘述。

四、监测的结果与分析

根据以上试验实测数据和绘制向量图，可以得出以下结论：

（一）电流相序的正确性

正确接线下，各侧电流都是正序；A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。若与此不符，则有可能∶二次电流回路相别和一次电流相别不对应。

（二）电流幅值、相角的正确性

1.若一相幅值偏差大于10%，则有可能：某一相CT变比接错，或某一相电流存在寄生回路。

2.若某两相相位偏差大于10%，则有可能∶某一相电流存在寄生回路，造成该相电流相位偏移。

五、正常差流的修正

稳态的正常情况下，差动电流应该很小，越小越好。但是由于电流互感器伏安特性、原副边二次电流回路线路长短差异等因素的存在，致使系统存在固有差流，这就需要通过反复试验来确定综保仪差动平衡系数K_b，使固有差流降到最低。

经过对差动平衡系数K_b多次进行修改并送电测量A、B、C三相差动电流，最后确定K_b=1.65，此时正常工况下的差动电流最小，数据如表4所示。

六、模拟整组保护故障动作情况

（一）模拟差动绕组极性接线错误的保护动作情况：

人为地将任意一组差动绕组极性接线相反，送电后，保护将实现动作，断路器跳闸。试验完毕，立刻恢复正确的接线。

（二）模拟主变压器故障时的动作情况：

当变压器内部出现匝间、相间短路或者对地短路故障时，在相应的回路电流互感器将表现出来，送电后，依次短接I_a与I_an、I_b与I_bn、I_c与I_cn，保护每次均可靠动作，断路器跳闸，达到调试要求。

从上可见，采取了短路整组试验措施后，主变压器高、低压侧电流互感器差动保护绕组的电流值，无论是双钳相位表，还是微机综合保护装置上都显示直观，可比性强。试验动作情况符合继电保护效验规范，这说明该短路整组试验完全起到了整组试验的作用，达到了很好的效果。通过主变压器高、低压侧三相电流的幅值、相位和电流矢量数值模拟计算分析和试验数据所得到的规律是相一致的，所以从理论上和实践作用上都进一步得到了有力的证实。

根据上述数值模拟计算和试验结果，对该工程进行跟踪监测的结果是翔实可靠的。

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》所用的材料及设备明细见表5。

参考资料：

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的工法特点是：

1.可以完全模拟变压器的三相工作状态，无需三相电流发生器。

2.利用变压器自身产生一次侧大电流，无需特大容量的电流发生器。

3.只需要三相380伏交流电源，容量要求低，施工期间容易取得，对工厂生产和施工不会产生任何影响。

4.运用双钳相位表对二次回路相应的差动电流回路进行钳测、记录、向量计算和比较，实现对差动系统一、二次回路定性和定量的校验。

在电力系统中对大型变压器的电气差动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。与制造厂的工厂试验环境不同，在安装施工中，由于受许多外部条件的限制，大型变压器差动保护系统一般都无法在投运前得到系统的验证。通常只能采用负荷测试法，进行定性符合性验证，无法进行定量分析。

在施工过程中，中冶建工有限公司、重庆一建建设集团有限公司认真查阅相关技术资料及文献，研究电力变压器的电磁特性，决定利用变压器的短路阻抗特性，采用低压三相380伏电源，通过短路法获得大电流；真实地模拟出主变压器的三相工作状态或者特殊重大故障状态，让主变压器差动保护系统可靠动作，能定性分析、验证整套保护装置的正确性和可靠性，并能定量确定保护装置的保护定值；与采用传统方法比较，其调试技术装备简单，方法简便、安全可靠、费用低。在此基础上总结形成《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》。

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的质量控制要求如下：

严格执行《电气装置安装工程电气试验交接试验标准》GB 50150-2006、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB/T 50062-2008，按照PDCA的质量管理理论，计划、实施、检查、调整的步骤逐一落实到位。项目的研究采取了理论计算（计划）、分析、资料收集、论证、现场试验、工程应用相结合的技术路线，试验数据专人收集整理，试验过程始终处于严格受控状态。

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的效益分析如下：

• 实施效果

1.经多个工程实践证明，该工法合理地运用了变压器具有短路阻抗的特性，获得短路大电流的方法，能够真实地模拟出主变压器的特殊重大故障状态，方法简便易行，安全可靠。

2.确保变压器受电一次成功，无越级跳闸等重大事故发生，试运行正常。施工中，试验设备运行正常，试验所得数据和理论计算分析基本吻合。

3.调试方法易掌握、试验电流控制适中，与传统调试方法比较能够降低施工成本，提高工效。

• 经济效益

与传统方法比较，该工法减少三相电流发生器试验设备投资，节约成本10万元；减少继电保护试验设备投资，节约成本5万元；减少试验人员投入，提高试验效率，创利2万元；工期节约5天/台；降低施工成本5万元/台。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

• 社会效益

1.确保了工程工期和质量，为中国各地的冶金工业建设作出了应有贡献。

2.确保所参建电站的营运安全，避免了变电站越级跳闸产生的经济损失，以及输电线路和工厂生产遭受破坏的经济损失。

3.为中国冶金工程施工技术作出了积极探索，为类似条件下的大型变压器整组试验技术提供了参考实例和经验。

采用《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

实施短路整组试验，是一项安全性要求非常高的工作。为此，试验组专门成立了安全小组，由试验负责人任组长。试验前，对所有试验人员进行安全技术交底，对试验现场进行隔离和警示；试验过程中，执行了严格的监护制度和操作规程；试验完毕，执行了工具、设备、人员清点制度。保证设备人身安全，做到万无一失。

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的应用实例如下：

• 具体实例

实例1：

湖南涟钢210吨转炉工程于2009年4～6月应用该工法完成了中心电站2台35千伏/10千伏主变压器差动保护系统调试，确保了该工程合同工期，按期全面完成了建设任务。

实例2：

天津天钢2号高线（140万吨/年）工程于2008年12月~2009年1月应用该工法完成了4台具有差动保护的变压器的系统调试及整组试验，试验数据与计算结果相符，保证了电站的安全运行。

实例3：

重钢环保搬迁1号高炉工程于2010年7~9月，应用该工法完成了在中心电站2台35千伏/10千伏变压器差动保护系统调试及整组试验。试验数据与计算结果相符，保证了电站的安全运行。

• 应用效果

在上述工程中，大型主变压器差动保护系统的整组试验方法都得到了成功运用（参见应用证明），达到又好又快的调试效果，完成了工程任务。

《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》的短路整组试验，对环境没有任何影响，不构成任何污染和破坏，符合国家环保规定。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《大型变压器差动保护系统的整组试验施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

大型变压器差动保护系统测试方法专利目的

《大型变压器差动保护系统测试方法》旨在解决2007年7月之前检测手段的缺陷，提供一种大型变压器差动保护系统测试方法。《大型变压器差动保护系统测试方法》能不仅解决大型变压器差动保护系统综合试验中由于试验检测手段限制需要较大试验电流完成试验，稍有不慎可能对被事物造成损伤，风险较大的问题，而且解决了大型变压器差动保护系统综合试验成本高、能耗大、试验准备时间长等问题。

大型变压器差动保护系统测试方法技术方案

《大型变压器差动保护系统测试方法》是这样实现的：一种大型变压器差动保护系统测试方法，差动保护系统包括变压器的差动保护继电器，其特征在于，还采用相位表和电流表，该测试方法包括下述步骤：

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；并在测试前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，利用所述电流表检测通过变压器的试验电流，应与所述差动综合保护继电器的显示单元显示的电流一致；

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。

所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，所述相位表为钳形相位表，其最小量程可为200毫安，相位角分辨率为0.1度。

所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，所述电流表为钳型电流表，其精度与所述差动保护继电器精确度相同或高一级。

所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，在步骤二和步骤四中，在显示单元上差动保护继电器的差动电流显示画面一般包括：变压器一次侧电流，变压器二次侧电流及一次和二次的差流，若差动保护系统中CT极性和配线准确，差流的显示值应远远小于整定电流值。

所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，在步骤四中，若所检测的相位角和差流与设计不符，则应停电检查差动保护系统中各设备，找出原因并更改后继续试验，使差动保护系统测量正确。

大型变压器差动保护系统测试方法改善效果

《大型变压器差动保护系统测试方法》是利用相位表检测差动保护继电器两侧输入电流的相位差，并在差动保护继电器上直观观测电流差的方法来进行差动保护系统的综合试验。试验电源采用现场的常用的380V电源电压，无需配备试验专用变压器。这种试验方法的三相短路电流较小，试验方法可靠，现场操作方便。利用该发明的大型变压器差动保护系统试验技术，试验时所需试验电流小，降低了能源消耗，试验安全、可靠；降低试验风险，避免因试验电流过大损坏设备。而且所需的试验设备少，临时接线减少并且不需要大截面试验电缆，可以有效地降低施工成本。

《大型变压器差动保护系统测试方法》涉及大型变压器，尤其涉及一种大型变压器的测试方法。

1.一种大型变压器差动保护系统测试方法，差动保护系统包括变压器的差动保护继电器，其特征在于，还采用相位表和电流表，该测试方法包括下述步骤：

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；并在测试前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，利用所述电流表检测通过变压器的试验电流，应与所述差动综合保护继电器的显示单元显示一致；

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。

2.根据权利要求1所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，其特征在于，所述相位表为钳形相位表，其最小量程可为200毫安，相位角分辨率为0.1度。

3.根据权利要求1所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，其特征在于，所述电流表为钳型电流表，其精度与所述差动保护继电器精确度相同或高一级。

4.根据权利要求1所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，其特征在于，在步骤二和步骤四中，在显示单元上差动保护继电器的差动电流显示画面一般包括：变压器一次侧电流，变压器二次侧电流及一次和二次的差流，若差动保护系统中CT极性和配线准确，差流的显示值应远远小于整定电流值。

5.根据权利要求1所述的大型变压器差动保护系统的测试方法，其特征在于，在步骤四中，若所检测的相位角和差流与设计不符，则应停电检查差动保护系统中各设备，找出原因并更改后继续试验，使差动保护系统测量正确。