新型差动保护回路六角图测试仪

新型差动保护回路六角图测试仪

孙西

云南电网有限责任公司昆明供电局  云南昆明650000

摘要：作为变压器、母线、线路等主保护，差动保护具有很高的敏感性，其工作原理也很容易理解，但其工作流程及接线方式较为繁琐，如果在新装置投入使用或二次线路大修之后，未能确保其工作状态，将对后续的装置及线路的安全运营产生严重影响。因此，在布线完毕之后，对它的检测测试就变得非常重要了。传统的检测特点是测试手段复杂，可靠性不高，测试过程中存在较大的安全隐患和操作隐患。在对常规检测手段进行剖析的基础上，指出在新的环境下，常规检测手段已经无法满足电力系统的正常工作与维修需要，因此，要想有效地改进现有的检测手段，就需要采取一种简单、可行的检测手段。

关键词：差动保护；保护回路；六角图测试仪

引言

传统的测试方法以负载电流或外部电流法为主，存在着测试方法复杂，可靠性低，测试安全风险和操作安全风险较高等缺点。本文研制出一台差分保护电路六角图测试仪，可从根本上克服传统试验法的缺陷。该装置完全符合差动保护操作要求，完全可以代替常规的“六角图带负荷测试装置”，确保差动保护与主机同步投入。该设备重量轻，线路简单，便于检测。

1、理论依据

1.1测量基本原理

六角图又叫相量投影图，是一种以平面坐标系表示的图形。六角图测试仪以正向的迟滞电压角为参考，画出了不同相位的电流相序，并对差动保护接线进行了检验。在此基础上，通过对变压器的高压侧及中、低压侧各节点的电流进行了测试，并给出了实验结果。所以，可以设计一种电源，将其输出电流至变压器高压侧绕组，将低压侧绕组三相短接，则高压侧绕组的电流将在低压侧绕组中感应产生电流。高压侧绕组和低压侧绕组的电流通过相应的电压互感器，将在相应电压互感器的二次侧感应出电流，该条件与变压器实际运行的条件基本一致。通过对每一端的二次电流幅度及相位的测定，可以绘制出与实际工作情况一致的六角图图形。假如是三绕组变压器，那么就可以采取中压侧和低压侧分开测量的方法，也就是在对中压侧绕组进行短接，测量高、中压侧六角图之后，再对低压侧绕组进行短接，测量高、低压侧六角图[1]。

1.2测量计算方法

根据电力守恒原理，该系统的高电压端所需的电力几乎等于低电压端所需的电力的总和。但是，因为变压器本身有损耗，因此，其高压端的总功率不能与高低压端的总功率相加，只能使二者达到大致相同的程度。

IU×UU≈Iu×Uu，即，IU/Iu≈Uu/UU

式中IU，UU——高压侧电流和电压；

Iu，Uu——低压或中压侧电流和电压。

在高压侧施加一次电流IU后，精确测量高压测一次电流IU，低压测一次电流Iu，并且精确测量高压侧二次电流IU′，低压侧二次电流Iu′，进行适当的运算，即可画出变压器六角图，这就是基本测量原理。

2、测试方案与装置设计

由于该变送器的接线方法是所有变送器中最复杂、实施难度最大的一个，因此，下面将重点阐述该变送器的具体设计。在测试过程中，我们注重解决传统的测试方式所存在的设备笨重，配线繁琐，测试结果不直观，测试用电容量较低等问题。

2.1总体设计方案

外部单元主要是对变压器的一次电压进行控制，并对其进行控制。在控制机房中的差分保护设备上，对变压器高压侧、低压侧的二次电流及相位进行检测，并对其进行计算，在液晶屏幕上“画”出六角图的图形。室内主机与室外主机之间采用无线通讯模式，室内主机负责对室外主机的工作，而室外主机则负责对室内主机的工作。在具体的测试过程中，室外机对变压器高压侧施加一次电流，并不是一次施加三相电流，而是可以逐相施加，逐相进行测量，通过设备计算部分将各个相的测量数据进行相量叠加，也能够获得准确的六角图。

在此基础上，提出了一种新型的直流电源的设计方案，并对其性能进行了分析。本发明提供一种新型的可调节交流电源。按照所测得的结果，此电流可被设备CPU自动调整。电流检测电路：准确地检测出的交流电压，并结合高电压侧次级电流，求出高电压侧的变化率。电流开关电路：在CPU的控制下，把AC的电流开关，然后把它传送到U、V、W三个相位的输出端，从而完成一个相位的测量。无线收发和主控CPU:CPU对各个部件进行控制，并通过无线收发模块与内部机进行通讯，接收内部机的控制，并将测量的结果上载。

为了得到信号的频率特性，通常采用傅里叶变换（DFT）来进行数据分析。然而，这种方法计算复杂度高，计算时间较长，不适合于对实际数据的实时处理。为此，我们使用的是一种快速的傅立叶算法。在内部控制部分，包括次级端测量电路、无线收发模块、彩色液晶显示器以及小型打印机。二次侧电流检测电路实现了对高压、高压6相二次电流幅度、相位的检测。CPU主要是对整个测试过程的控制以及对室外机的控制，利用A/D转换来对各相电流进行检测、进行计算并在LCD上输出六角图[2]。

2.2室外机设计

它的运算方法是这样的。变压器一次侧配线一般分为Y、y，Y、D11两种

，这两种线路的计算方法是不一样的。利用六角图图解方法，对变压器二次线圈的接线回路进行检验时，必须将每一次线圈的三相电流的相量都绘制出来，并对每一次线圈的三相电流的相量进行检验。

（1）Y，y接线。三相是按顺序进行的，在每一向中，只会获得这一向的高压侧和低压侧的相量，比如U相得到IU和Iu。三相测量完毕得到高压侧电流IU，IV，IW和低压侧电流Iu，Iv，Iw，该6相电流直接构成相量六角图。

（2）Y，d11接线。三相依次测量，每相测量时将得到该相高压侧电流和低压侧的两个电流相量。三相测量完毕得到高压侧电流IU，IV，IW和两组低压侧电流，分别为Iu1，Iv1，Iw1和Iu2，Iv2，Iw2，这时候需要对低压侧两组电流进行相量相加，得到Iu，Iv，Iw。

3、效果检查

针对某地110kV变电所Y、y、d11相配的110kV三绕组主变，开展了一次野外实验，对其系统特性进行了实验研究。测试分为两个阶段：一是对110、35kv两个阶段进行测试，这一阶段测试的是Y、y两种不同类型的接线方法。第二是进行两次的测试，这一次测试是为了验证Y、D11两种连接模式的测试是否正确。

3.1110kV和35kV侧试验数据（Y，y接线）

相位测试数据：从测试装置显示相量图可以看出，U相误差为2.8°，V相误差为2.0°，W相误差为2.0°。变比试验结果：与实测值相比，偏差1.4%.

3.2110kV和10kV侧试验数据（Y，d11接线）

通过几次实际应用和测试结果的分析，证明了本仪器是一种可以实现对差动回路正确与否的有效检验。我们得出结论：用施加电流法模拟变压器高低压测一次电流，测量高低压侧二次电流的方法，与实际运行工况极为接近，并且该测量方法与实际运行时测量负载六角图的方法在原理上是一样的，所以用此方法可以准确地测量得到六角图。在变电所投入运行之前，对变电所各个侧面的六角图进行了全面的检测，并通过野外实验证明了其可靠性。这种测试方法既新奇又别具一格，而且这种测试设备非常地轻巧，在室内的重量小于3公斤，在室外的重量小于3.5公斤。该设备的工作功率为220伏，测试功率的最大要求低于10000伏。

4、结语

综上所述，以往的检测方式比较繁琐，不仅需要大量的资料，而且需要人工画出六张图。而这一切都可以很容易地用新的工具来实现。针对上述问题，本项目研究开发差动保护回路六角图检测装置，在装置投入运行之前，通过少量的AC电源对差动保护回路进行检测，确保差动保护装置投入运行。另外，本发明的设备质量轻，携带方便，配线简单，操作方便，对检验结果的判定直接、可靠。

参考文献

[1]张世明,覃宗树,谭彩玲,等.新型差动保护回路六角图测试仪[J].电世界,2013,54(11):10-11.

[2]覃宗树,李晓东.新型差动保护回路六角图测试装置[J].农村电工,2019,27(4):27-28.