大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法應用實例

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的應用實例如下：

• 具體實例

實例1：

湖南漣鋼210噸轉(zhuǎn)爐工程于2009年4～6月應用該工法完成了中心電站2臺35千伏/10千伏主變壓器差動保護系統(tǒng)調(diào)試，確保了該工程合同工期，按期全面完成了建設任務。

實例2：

天津天鋼2號高線（140萬噸/年）工程于2008年12月~2009年1月應用該工法完成了4臺具有差動保護的變壓器的系統(tǒng)調(diào)試及整組試驗，試驗數(shù)據(jù)與計算結果相符，保證了電站的安全運行。

實例3：

重鋼環(huán)保搬遷1號高爐工程于2010年7~9月，應用該工法完成了在中心電站2臺35千伏/10千伏變壓器差動保護系統(tǒng)調(diào)試及整組試驗。試驗數(shù)據(jù)與計算結果相符，保證了電站的安全運行。

• 應用效果

在上述工程中，大型主變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗方法都得到了成功運用（參見應用證明），達到又好又快的調(diào)試效果，完成了工程任務。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的效益分析如下：

• 實施效果

1.經(jīng)多個工程實踐證明，該工法合理地運用了變壓器具有短路阻抗的特性，獲得短路大電流的方法，能夠真實地模擬出主變壓器的特殊重大故障狀態(tài)，方法簡便易行，安全可靠。

2.確保變壓器受電一次成功，無越級跳閘等重大事故發(fā)生，試運行正常。施工中，試驗設備運行正常，試驗所得數(shù)據(jù)和理論計算分析基本吻合。

3.調(diào)試方法易掌握、試驗電流控制適中，與傳統(tǒng)調(diào)試方法比較能夠降低施工成本，提高工效。

• 經(jīng)濟效益

與傳統(tǒng)方法比較，該工法減少三相電流發(fā)生器試驗設備投資，節(jié)約成本10萬元；減少繼電保護試驗設備投資，節(jié)約成本5萬元；減少試驗人員投入，提高試驗效率，創(chuàng)利2萬元；工期節(jié)約5天/臺；降低施工成本5萬元/臺。

注：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

• 社會效益

1.確保了工程工期和質(zhì)量，為中國各地的冶金工業(yè)建設作出了應有貢獻。

2.確保所參建電站的營運安全，避免了變電站越級跳閘產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，以及輸電線路和工廠生產(chǎn)遭受破壞的經(jīng)濟損失。

3.為中國冶金工程施工技術作出了積極探索，為類似條件下的大型變壓器整組試驗技術提供了參考實例和經(jīng)驗。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的短路整組試驗，對環(huán)境沒有任何影響，不構成任何污染和破壞，符合國家環(huán)保規(guī)定。

采用《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》施工時，除應執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，尚應遵守注意下列事項：

實施短路整組試驗，是一項安全性要求非常高的工作。為此，試驗組專門成立了安全小組，由試驗負責人任組長。試驗前，對所有試驗人員進行安全技術交底，對試驗現(xiàn)場進行隔離和警示；試驗過程中，執(zhí)行了嚴格的監(jiān)護制度和操作規(guī)程；試驗完畢，執(zhí)行了工具、設備、人員清點制度。保證設備人身安全，做到萬無一失。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的質(zhì)量控制要求如下：

嚴格執(zhí)行《電氣裝置安裝工程電氣試驗交接試驗標準》GB 50150-2006、《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》GB/T 50062-2008，按照PDCA的質(zhì)量管理理論，計劃、實施、檢查、調(diào)整的步驟逐一落實到位。項目的研究采取了理論計算（計劃）、分析、資料收集、論證、現(xiàn)場試驗、工程應用相結合的技術路線，試驗數(shù)據(jù)專人收集整理，試驗過程始終處于嚴格受控狀態(tài)。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》所用的材料及設備明細見表5。

參考資料：

大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法適用范圍

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》適用于所有帶差動保護的大型變壓器系統(tǒng)整組試驗，包括發(fā)電機-變壓器系統(tǒng)調(diào)試。

大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法工藝原理

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》采用的整組試驗方法主要是將變壓器的一側(cè)短路，在另一側(cè)加入380伏低壓電源，獲得短路試驗電流，同時運用雙鉗相位表對二次回路相應的差動電流回路進行鉗測、記錄、向量計算和比較，實現(xiàn)對差動系統(tǒng)一、二次回路定性和定量的校驗。

一、常規(guī)施工方法分析

差動保護系統(tǒng)整組試驗，需要高、低壓側(cè)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回路中必須同時產(chǎn)生符合要求的三相大電流。三相特大電流發(fā)生器體積龐大，重量超過800千克，而且費用高昂，只適合于制造廠工廠試驗，不適合安裝施工的交接試驗。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是在變壓器投運后，用帶負荷的方法，即通過負荷電流來進行一系列測試的復核性試驗。而這樣把變壓器直接接入電網(wǎng)，試驗過程對電網(wǎng)運行存在潛在威脅，而且無法進行定量分析。

二、模擬短路整組試驗施工工藝分析

（一）差動保護裝置整組試驗中主回路大電流產(chǎn)生的基本原理

1.根據(jù)變壓器具有短路阻抗的特性，設想將變壓器的低壓側(cè)在合適的地方（低壓側(cè)電流互感器以外）人為短路，在變壓器的高壓側(cè)加入一定的電壓，將會在變壓器的主回路中產(chǎn)生短路電流，從而獲得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。

2.短路整組試驗的目的是依靠變壓器低壓側(cè)短路產(chǎn)生的三相大電流，借助這個短路大電流（相當于一個三相負荷電流）來校驗整個繼電保護系統(tǒng)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(chǎn)生的電流如果需要達到額定電流值，高壓側(cè)僅僅需要額定電壓的短路阻抗百分比電壓即可。而根據(jù)《新編保護繼電器校驗》中的規(guī)定；如果變壓器差流不大于勵磁電流產(chǎn)生的差流值（或者差壓不大于150毫伏），則該臺變壓器整定值、接線，元件選型配合等保護系統(tǒng)正確。在保證安全經(jīng)濟的條件下，即使不需達到額定電流值也可。比如一臺變壓器的勵磁電流（空載電流）為1.2%，其同側(cè)CT額定二次電流為5安培，則由勵磁電流產(chǎn)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(xiàn)對差動保護定性、定量的分析校驗。

（二）短路整組試驗施工工藝可行性分析

該試驗方法的工藝可行性在于∶

1.合理地運用了變壓器具有短路阻抗的特性。

2.所產(chǎn)生的三相電流大小和相位能滿足保護系統(tǒng)所需要模擬的電流。

3.所產(chǎn)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(xiàn)場一般就能滿足。

5.二次電流回路的測量簡便，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(cè)A相、B相、C相二次保護回路的電流幅值大小和相位，易于實現(xiàn)對高、低壓側(cè)各相電流幅值、相位的測量。

三、短路整組試驗工藝的先進性與新穎性

（一）短路整組試驗工藝的先進性在于充分利用了被試物（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(chuàng)造了滿足主變壓器差動保護的整組試驗所需要的電流。

（二）短路整組試驗工藝的新穎性在于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(cè)A相、B相、C相的二次差動保護回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(shù)據(jù)逐一比較。從而實現(xiàn)對主變壓器無論主回路還是二次回路都能定量定性的分析。

（三）該整組試驗工藝適用于設計有差動保護的大型變壓器系統(tǒng)整組試驗，包括發(fā)電機—變壓器系統(tǒng)調(diào)試。

大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法施工工藝

• 工藝流程

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的施工工藝流程見圖1。

• 操作要點

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的操作要點如下：

一、保護定值設定

按照設計的保護參數(shù)定值表，逐項存入保護器，并用繼電保護測試儀逐一測試，保證微機綜合保護器各項保護功能正常，均能可靠動作于保護回路。

某一中心電站工程中，初始定值參數(shù)如表1所示。

二、試驗電流計算

根據(jù)主變壓器銘牌數(shù)據(jù)計算短路試驗的試驗數(shù)據(jù)；據(jù)此用來選擇短路整組試驗所需要的試驗電源、試驗開關、電纜、銅排等，這是整個工藝過程中最基礎重要的工作之一。

某一中心電站主變壓器銘牌參數(shù)如表2所示。

參數(shù)計算

方案一∶變壓器二次短路，一次施加400伏試驗電壓∶I_js=U_s/（U_1e/I_1e×U_k）。

式中I_js——試驗計算電流；U_s——試驗電源電壓；U_1e——高壓側(cè)額定電壓；I_1e——高壓側(cè)額定電流；U_k%——變壓器短路阻抗。

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——高壓側(cè)二次回路計算電流；K₁——高壓側(cè)電流互感器變比。

低壓側(cè)短路電流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——低壓側(cè)二次回路計算電流；K——變壓器電壓變比；K₂——低壓側(cè)電流互感器變比。

保護裝置中有差流I_c=I₁-I₂=0.03安培需要平衡。

試驗電源容量S=S_e（U/U_e）²100/U_d=87千伏安。

方案二∶變壓器一次短路，二次施加400伏試驗電壓∶I_js=U_s/（U_2e/I_2e×U_k）。

式中I_js——試驗計算電流；U_s——試驗電源電壓；U_2e——低壓側(cè)額定電壓；I_2e——低壓側(cè)額定電流；U_k%——變壓器短路阻抗。

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。

保護裝置中有差流I_c=I₁-I₂=0.09安培需要平衡。

由于方案二所需試驗電流較大，所以從安全和經(jīng)濟的角度，中冶建工有限公司、重慶一建建設集團有限公司優(yōu)先選擇方案一。根據(jù)計算結果，選擇該短路整組試驗所需的材料設備。為安全起見，開關選擇250安培空氣開關，進線電纜導線選擇25平方毫米，低壓側(cè)選擇120平方毫米銅排在低壓進線柜處短接。

三、準備和實施短路整組試驗

按照圖2完成一次回路和二次回路的接線。

用高精度的雙鉗相位表在保護屏的端子排位置依次鉗測變壓器高、低壓側(cè)A相、B相、C相的二次電流幅值大小和相位。結合保護屏微機綜合保護器的顯示，依次記錄所測電流的大小和相位角。如表3所示。

根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)，結合微機差動保護裝置WFB-821的公式算法，可以完成對差動保護定性定量的分析，從而驗證短路電流是否符合試驗要求。

下面以原副邊的二次側(cè)電流的幅值和相角為依據(jù)，通過向量計算，求得各項差動電流和制動電流的幅值和相角，與實際測量值相比較。（以A相為例）

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相差動電流；I_rea——A相制動電流；I_ha——高壓A相二次電流I_ha（向量）；I_hb——高壓B相二次電流I_hb（向量）；K_b——差動平衡系數(shù)K_b；I_1a——低壓a相二次電流I_1a（向量）。

以上結果及關系用向量圖表述如下（圖3）：

B、C相過程類似，不再贅述。

四、監(jiān)測的結果與分析

根據(jù)以上試驗實測數(shù)據(jù)和繪制向量圖，可以得出以下結論：

（一）電流相序的正確性

正確接線下，各側(cè)電流都是正序；A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。若與此不符，則有可能∶二次電流回路相別和一次電流相別不對應。

（二）電流幅值、相角的正確性

1.若一相幅值偏差大于10%，則有可能：某一相CT變比接錯，或某一相電流存在寄生回路。

2.若某兩相相位偏差大于10%，則有可能∶某一相電流存在寄生回路，造成該相電流相位偏移。

五、正常差流的修正

穩(wěn)態(tài)的正常情況下，差動電流應該很小，越小越好。但是由于電流互感器伏安特性、原副邊二次電流回路線路長短差異等因素的存在，致使系統(tǒng)存在固有差流，這就需要通過反復試驗來確定綜保儀差動平衡系數(shù)K_b，使固有差流降到最低。

經(jīng)過對差動平衡系數(shù)K_b多次進行修改并送電測量A、B、C三相差動電流，最后確定K_b=1.65，此時正常工況下的差動電流最小，數(shù)據(jù)如表4所示。

六、模擬整組保護故障動作情況

（一）模擬差動繞組極性接線錯誤的保護動作情況：

人為地將任意一組差動繞組極性接線相反，送電后，保護將實現(xiàn)動作，斷路器跳閘。試驗完畢，立刻恢復正確的接線。

（二）模擬主變壓器故障時的動作情況：

當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)匝間、相間短路或者對地短路故障時，在相應的回路電流互感器將表現(xiàn)出來，送電后，依次短接I_a與I_an、I_b與I_bn、I_c與I_cn，保護每次均可靠動作，斷路器跳閘，達到調(diào)試要求。

從上可見，采取了短路整組試驗措施后，主變壓器高、低壓側(cè)電流互感器差動保護繞組的電流值，無論是雙鉗相位表，還是微機綜合保護裝置上都顯示直觀，可比性強。試驗動作情況符合繼電保護效驗規(guī)范，這說明該短路整組試驗完全起到了整組試驗的作用，達到了很好的效果。通過主變壓器高、低壓側(cè)三相電流的幅值、相位和電流矢量數(shù)值模擬計算分析和試驗數(shù)據(jù)所得到的規(guī)律是相一致的，所以從理論上和實踐作用上都進一步得到了有力的證實。

根據(jù)上述數(shù)值模擬計算和試驗結果，對該工程進行跟蹤監(jiān)測的結果是翔實可靠的。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》的工法特點是：

1.可以完全模擬變壓器的三相工作狀態(tài)，無需三相電流發(fā)生器。

2.利用變壓器自身產(chǎn)生一次側(cè)大電流，無需特大容量的電流發(fā)生器。

3.只需要三相380伏交流電源，容量要求低，施工期間容易取得，對工廠生產(chǎn)和施工不會產(chǎn)生任何影響。

4.運用雙鉗相位表對二次回路相應的差動電流回路進行鉗測、記錄、向量計算和比較，實現(xiàn)對差動系統(tǒng)一、二次回路定性和定量的校驗。

在電力系統(tǒng)中對大型變壓器的電氣差動保護系統(tǒng)進行整組試驗，是大型變壓器安裝和調(diào)試的關鍵環(huán)節(jié)。與制造廠的工廠試驗環(huán)境不同，在安裝施工中，由于受許多外部條件的限制，大型變壓器差動保護系統(tǒng)一般都無法在投運前得到系統(tǒng)的驗證。通常只能采用負荷測試法，進行定性符合性驗證，無法進行定量分析。

在施工過程中，中冶建工有限公司、重慶一建建設集團有限公司認真查閱相關技術資料及文獻，研究電力變壓器的電磁特性，決定利用變壓器的短路阻抗特性，采用低壓三相380伏電源，通過短路法獲得大電流；真實地模擬出主變壓器的三相工作狀態(tài)或者特殊重大故障狀態(tài)，讓主變壓器差動保護系統(tǒng)可靠動作，能定性分析、驗證整套保護裝置的正確性和可靠性，并能定量確定保護裝置的保護定值；與采用傳統(tǒng)方法比較，其調(diào)試技術裝備簡單，方法簡便、安全可靠、費用低。在此基礎上總結形成《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2011]154號，《大型變壓器差動保護系統(tǒng)的整組試驗施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B

大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法專利目的

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法》旨在解決2007年7月之前檢測手段的缺陷，提供一種大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法?！洞笮妥儔浩鞑顒颖Ｗo系統(tǒng)測試方法》能不僅解決大型變壓器差動保護系統(tǒng)綜合試驗中由于試驗檢測手段限制需要較大試驗電流完成試驗，稍有不慎可能對被事物造成損傷，風險較大的問題，而且解決了大型變壓器差動保護系統(tǒng)綜合試驗成本高、能耗大、試驗準備時間長等問題。

大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法技術方案

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法》是這樣實現(xiàn)的：一種大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法，差動保護系統(tǒng)包括變壓器的差動保護繼電器，其特征在于，還采用相位表和電流表，該測試方法包括下述步驟：

步驟一，根據(jù)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；并在測試前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，利用所述電流表檢測通過變壓器的試驗電流，應與所述差動綜合保護繼電器的顯示單元顯示的電流一致；

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(cè)電流的相位差，并記錄；

步驟四，模擬變壓器的故障狀態(tài)，測量相位角及在繼電器上監(jiān)測差流，確保差動保護繼電器在故障狀態(tài)下可靠動作；

步驟五，結束試驗，關閉電源，恢復原接線。

所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，所述相位表為鉗形相位表，其最小量程可為200毫安，相位角分辨率為0.1度。

所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，所述電流表為鉗型電流表，其精度與所述差動保護繼電器精確度相同或高一級。

所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，在步驟二和步驟四中，在顯示單元上差動保護繼電器的差動電流顯示畫面一般包括：變壓器一次側(cè)電流，變壓器二次側(cè)電流及一次和二次的差流，若差動保護系統(tǒng)中CT極性和配線準確，差流的顯示值應遠遠小于整定電流值。

所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，在步驟四中，若所檢測的相位角和差流與設計不符，則應停電檢查差動保護系統(tǒng)中各設備，找出原因并更改后繼續(xù)試驗，使差動保護系統(tǒng)測量正確。

大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法改善效果

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法》是利用相位表檢測差動保護繼電器兩側(cè)輸入電流的相位差，并在差動保護繼電器上直觀觀測電流差的方法來進行差動保護系統(tǒng)的綜合試驗。試驗電源采用現(xiàn)場的常用的380V電源電壓，無需配備試驗專用變壓器。這種試驗方法的三相短路電流較小，試驗方法可靠，現(xiàn)場操作方便。利用該發(fā)明的大型變壓器差動保護系統(tǒng)試驗技術，試驗時所需試驗電流小，降低了能源消耗，試驗安全、可靠；降低試驗風險，避免因試驗電流過大損壞設備。而且所需的試驗設備少，臨時接線減少并且不需要大截面試驗電纜，可以有效地降低施工成本。

《大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法》涉及大型變壓器，尤其涉及一種大型變壓器的測試方法。

1.一種大型變壓器差動保護系統(tǒng)測試方法，差動保護系統(tǒng)包括變壓器的差動保護繼電器，其特征在于，還采用相位表和電流表，該測試方法包括下述步驟：

步驟一，根據(jù)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；并在測試前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，利用所述電流表檢測通過變壓器的試驗電流，應與所述差動綜合保護繼電器的顯示單元顯示一致；

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(cè)電流的相位差，并記錄；

步驟四，模擬變壓器的故障狀態(tài)，測量相位角及在繼電器上監(jiān)測差流，確保差動保護繼電器在故障狀態(tài)下可靠動作；

步驟五，結束試驗，關閉電源，恢復原接線。

2.根據(jù)權利要求1所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，所述相位表為鉗形相位表，其最小量程可為200毫安，相位角分辨率為0.1度。

3.根據(jù)權利要求1所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，所述電流表為鉗型電流表，其精度與所述差動保護繼電器精確度相同或高一級。

4.根據(jù)權利要求1所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，在步驟二和步驟四中，在顯示單元上差動保護繼電器的差動電流顯示畫面一般包括：變壓器一次側(cè)電流，變壓器二次側(cè)電流及一次和二次的差流，若差動保護系統(tǒng)中CT極性和配線準確，差流的顯示值應遠遠小于整定電流值。

5.根據(jù)權利要求1所述的大型變壓器差動保護系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，在步驟四中，若所檢測的相位角和差流與設計不符，則應停電檢查差動保護系統(tǒng)中各設備，找出原因并更改后繼續(xù)試驗，使差動保護系統(tǒng)測量正確。