一種基于縮短主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間的方案

蘇顏，黃霖

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局，廣西 南寧 530029）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)電力事業(yè)不斷進(jìn)步，變電站中主變壓器作為電力系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其容量越來越大，并且具有電壓等級(jí)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴等特點(diǎn)[1]，因此在運(yùn)行過程中一旦發(fā)生破壞，將會(huì)產(chǎn)生一系列的故障問題，并且檢修難度非常大，不僅會(huì)直接影響用戶的用電質(zhì)量，還會(huì)消耗大量的人力、物力，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。變壓器在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著轉(zhuǎn)換電壓等級(jí)的任務(wù)。差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，能在第一時(shí)間反映故障并做出判斷選擇跳閘，從而切除故障，保證變壓器的正常運(yùn)行。差動(dòng)保護(hù)的算法具有多樣性，包含了縱聯(lián)差動(dòng)、分相差動(dòng)、分側(cè)差動(dòng)、零序差動(dòng)、小區(qū)差動(dòng)。其在變壓器保護(hù)中起著舉足輕重的位置。差動(dòng)保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流(折算后的電流)相等，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)(或三側(cè))向故障點(diǎn)提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流的和正比于故障點(diǎn)電流，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。其原理簡(jiǎn)單，使用電氣量單純，保護(hù)范圍明確，動(dòng)作不許延時(shí)，一直被用于變壓器的主保護(hù)[2-3]。帶負(fù)荷測(cè)試是新建或技改后，投運(yùn)前保證二次接線正確的最后一道防線，在投入運(yùn)行之前，必須進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)工作。本文結(jié)合變壓器差動(dòng)保護(hù)原理，介紹了帶負(fù)荷測(cè)試的內(nèi)容，并分析造成主變差動(dòng)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的原因，提出了縮短測(cè)試時(shí)間的方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法的有效性。

1 投運(yùn)前主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試

主變是變電站一次設(shè)備的心臟，主變差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，其性能決定了電網(wǎng)穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行水平。主變差動(dòng)保護(hù)基本原理是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)回路中的電流值大于整定值，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，而在保護(hù)區(qū)外故障，主變差動(dòng)保護(hù)則不應(yīng)動(dòng)作[4-5]。根據(jù)《繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的檢驗(yàn)規(guī)程》要求，對(duì)新安裝或二次回路有變動(dòng)的主變保護(hù)，在投入運(yùn)行之前，必須進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)工作[6]。主變保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試，即用一次電流及工作電壓加以檢驗(yàn)和判定其所接入的電流、電壓的相別、相互相位關(guān)系以及所保護(hù)的方向，或各組電流回路的相對(duì)極性及變比是否正確等。目前，主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致主變投入運(yùn)行的時(shí)間也過長(zhǎng)，為提高工作效率，推進(jìn)供電企業(yè)的精益化管理水平[7]，如何縮短主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷的測(cè)試時(shí)間是我們值得探討研究的問題。

2 手工繪制向量圖用時(shí)長(zhǎng)的改進(jìn)策略

圖1所示為主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷側(cè)測(cè)試的基本步驟。

圖1 帶負(fù)荷試驗(yàn)流程Fig.1 Load test flowchart

從表1可以看出，在主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試中，相量圖繪制及分析并做出判斷這一過程中用時(shí)最長(zhǎng)，耗費(fèi)時(shí)間最多，由表1鄭增成和程遠(yuǎn)的相量圖繪制及分析并做出判斷情況來看分別為29分鐘和87分鐘，相差甚遠(yuǎn)，且最低時(shí)長(zhǎng)僅為29分鐘，而大部分員工在此項(xiàng)工作時(shí)長(zhǎng)在50到90區(qū)間，因此得出結(jié)論：相量圖繪制及分析并做出判斷是影響縮短主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間的主要因素。在相量圖繪制及分析并做出判斷這一項(xiàng)上有極大的進(jìn)步空間。由表1得知隨著工作年限的增加主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試的總時(shí)間逐漸減少。由此可知，我小組主變差動(dòng)帶負(fù)荷測(cè)試對(duì)工作經(jīng)驗(yàn)的依賴性較強(qiáng)。降低這種依賴性，大大提高相量圖繪制及分析判斷的效率，就可以縮短主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出目標(biāo)：縮短56%相量圖繪制及分析判斷用時(shí)[即（65.3-29）÷65.3≈55%]，使主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試用時(shí)縮短至96–96×68%×55%≈60分鐘。

3 手工繪制向量圖改進(jìn)策略

差動(dòng)保護(hù)六角圖[8]：正常負(fù)荷狀態(tài)，一次低壓側(cè)線電流超前高壓側(cè)線電流，即超前、超前、超前。所以主變高低壓側(cè)差動(dòng)回路中出現(xiàn)了相位差問題[9]。主變差動(dòng)保護(hù)CT極性指向變壓器，主變高、低壓流進(jìn)保護(hù)裝置的二次電流，高壓側(cè)超前低壓側(cè)150°，圖2所示。根據(jù)差動(dòng)保護(hù)六角圖的保護(hù)原理進(jìn)行手工繪制向量圖。

圖2 主變差動(dòng)保護(hù)的六角圖Fig.2 Six angle diagram of differential protection of main transformer

而針對(duì)手工繪制向量圖用時(shí)長(zhǎng)的問題，改進(jìn)方法是制作能自動(dòng)繪制相量圖的軟件，其軟件的制作與手工繪制向量圖時(shí)原理不變，并保證繪制相量圖的時(shí)間縮短至10min。制作繪圖軟件方法有LabVIEW圖形化編程語言[10]、Visual Basic圖形化編程語言[11]和Microsoft Excel工作表，他們的對(duì)比情況表如表2。

針對(duì)此需求分析，選用方法簡(jiǎn)單不需要專門學(xué)習(xí)編程語言，對(duì)調(diào)試電腦的要求低的Microsoft Excel工作表進(jìn)行軟件制作。具體步驟如下：第一步建立報(bào)告表格，輸入原始數(shù)據(jù)。第二步生成計(jì)算數(shù)據(jù)。第三步繪制相量圖。第四步優(yōu)化相量圖。

表1 主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間統(tǒng)計(jì)Table .1 Load test time statistics of main transformer differential protection

表2 軟件對(duì)比情況Table .2 Software comparison

4 人工分析判斷用時(shí)長(zhǎng)的改進(jìn)策略

由于差動(dòng)保護(hù)的三側(cè)電流存在相位差，相對(duì)矢量關(guān)系復(fù)雜，試驗(yàn)人員只根據(jù)六角向量能圖粗略判斷極性和接線方式的正確與否，差流的計(jì)算也只能通過畫圖粗略勾畫，當(dāng)實(shí)際主變所帶負(fù)荷較小，而主變不平衡電流較大時(shí)，如果不采用精確計(jì)算[12]，就容易出錯(cuò)。針對(duì)人工分析判斷用時(shí)長(zhǎng)的問題，增加分析計(jì)算智能模塊，使得分析判斷時(shí)間≦15min。

人工定性、定量分析判斷，進(jìn)行了分析：

電流相序，判斷標(biāo)準(zhǔn)各側(cè)電流正序：A相超前B相，B相超前C相，C相超前A相。

電流對(duì)稱性，各側(cè)電流A相、B相電流幅值基本相等，相位互差120度，A向相超前B相120度，B相超前C相120度，C向相超前A相120度。

電流幅值，用變壓器一次電流除以二次電流，得到CT變比，該變比應(yīng)和整定變比一致。

同名相電流相位，比較兩側(cè)電流相位，檢查接線組合的正確性。

差流，變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的差流做為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行計(jì)算分析判斷。優(yōu)化測(cè)試的計(jì)算分析流程如圖3。

5 實(shí)驗(yàn)論證

5.1 使用軟件繪制向量圖

圖3 計(jì)算分析流程Fig.3 Computational analysis flowchart

通過自動(dòng)繪制相量圖的軟件的優(yōu)化之后，小組抽取四名員工通過軟件進(jìn)行繪制相量圖的測(cè)試。由下表3的數(shù)據(jù)可知繪制相量圖用時(shí)僅為1.6min，小于對(duì)策目標(biāo)10min要求。

表3 運(yùn)用軟件后的繪制向量圖用時(shí)Table .3 Time spent of vector diagram drawing with software

5.2 使用分析計(jì)算智能模塊判斷

調(diào)試軟件制作完畢后，QC小組成員針對(duì)實(shí)際工作需求及軟件設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試。我們?cè)诎嘟M上選取了先后參加工作的幾位員工對(duì)三組記錄的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試的分析計(jì)算，測(cè)試結(jié)果如表4。

從表4結(jié)果可以看出，小組測(cè)試人員運(yùn)用調(diào)試軟件后將不受工作時(shí)間長(zhǎng)短、技能水平高低、工作經(jīng)驗(yàn)是否豐富等因素制約，都能正確、快速的作出分析判斷。分析判斷用時(shí)僅為2.6min，小于對(duì)策目標(biāo)15min要求。

表4 運(yùn)用軟件后的分析判斷用時(shí)Table.4 Time spent of analysis and diagnosis with software

表5 改進(jìn)后的主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間Table .5 Load test time of improved main transformer differential protection

圖4 改進(jìn)前后主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間的比較Fig.4 Load test time comparison of main transformer differential protection before and after improvement

從表5和圖4改進(jìn)前后主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間的比較中可以得出，改進(jìn)后的主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試方法大大縮短了測(cè)試時(shí)間，加快主變投入運(yùn)行的時(shí)間，解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題，有效的提高了我們的工作質(zhì)量，節(jié)約了時(shí)間成本。

6 結(jié)論

本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的原因，提出了解決方案，并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能大大縮短主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間。此次課題，提高了組員參與活動(dòng)的主動(dòng)性、積極性，為全體組員搭建了充分發(fā)揮聰明才智的平臺(tái)，小組成員的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力得到了明顯加強(qiáng)。未來，我們要深入開展下一次“縮短線路保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試時(shí)間”的課題，在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行！