摘要：变压器是变电站的心脏，为保证变电站的安全可靠运行，对变压器的保护尤其重要。差动保护是变压器的主保护，要保证变压器的安全运行就必须保证差动回路的极性正确。本文介绍一种升压仪器模拟变压器实际负荷情况，来验证差动回路的正确性，为变电站的稳定运行提供可靠保障。
关键词：差动保护 变压器 极性 升压仪器
一．引言
变压器的差动保护是变压器的主保护，主要是用来保护变压器内部、套管以及进出线上的相间短路，同时也可以保护单相层间短路和接地短路。电流差动保护不但能够正确区分内外部故障，而且不需要与其他元件的保护配合，使用电气量少、保护范围明确、动作不需延时、能迅速切除内部故障，被广泛用作变压器的主保护，为变压器的安全、可靠、稳定运行提供有力的保障。而变压器的差动保护主要是采集电流量，故变压器高低压侧CT接线正确与否将直接决定主变差动保护的可靠性。
随着中国铁路电气化进程的加快，高速、重载列车已成当今趋势，对牵引变电所而言，这就需要大型的变压器来提供更大的牵引电流。同时，为了降低流互二次回路的功耗，现多选用额定二次电流为1A（即额定电流比为N/1A）的电流互感器，相应的电流互感器的变流比也就增大了。传统的校验差动回路的方法是在主变高压侧进线处施加380V三相电压，在主变低压侧馈线处短路接地来校验差动回路接线和极性的方法。而当前是由于流互变比的增大使得流入保护装置的电流小于保护装置能够检出的电流下限，采用传统的差动回路的校验方法已经不能满足当前要求。为了在差动回路校验过程中能够更真实地反映出各种模拟量，就必须采用特定的升压设备在主变高压侧进线处施加更高的电压来产生更大的短路电流以满足保护装置的检测精度。为满足现场检验需要，就得用一套特定的升压设备来满足现场差动保护回路极性校验的要求。
二．升压设备简介
该套设备由一台三相调压控制台和三台独立的单相升压变压器组成，到现场后将三台单相升压变联接后输出0~1100V三相电压，可用作变压器差动回路接线和极性的校验，也适用于变电所模拟整组加压通流试验、牵引网低压短路试验等。该套设备具有如下特点：
容量大：可在1100V电压下输出超过13.6A的一次电流，满足大容量变压器差动保护回路校验对短路电流的要求。
电压可调：电压可在0~1100V间任意调节，适用范围广，满足不同容量、不同电压等级、不同接线方式的变压器差动保护极性校验，可以在升压的过程中监视短路电流大小，防止因短路电流过大损坏装置。
灵活轻便：采用分体式设计，调压控制台和升压变分离，升压变由三台单相变到现场联接而成，每一单件不超过80kg，对场地和运输设备要求低，方便现场使用。
三．原理分析
1、设计思路：
参照变压器短路试验原理，在变压器低压侧短路时其自身的短路阻抗具有限流作用，利用产生的短路电流作为一次电流直接作用在设备上，然后从保护装置上看各相电流、差动电流和制动电流的大小，只要电流显示正确就可以说明整个差动回路接线和极性完全正确。由于现场试验条件限制，传统的电流互感器二次电流为5A的变电所进行试验时采取在变压器低压侧三相短接，变压器高压侧接入380V电源的方法。而当前大多数变电所采用二次电流为1A的电流互感器，这就需要更大的短路电流才能在保护装置上得以显示，现场只有采用提高电源电压的方法来得到更大的短路电流。为此，就需要设计一种升压装置，它既能将电压升高，又要有足够的容量能承受住短路电流，同时，该装置必须灵活轻便，方便现场搬运和使用。
2、技术参数的选择：
假设牵引变电所单相变压器额定容量为Se=40000kVA，额定电压比为Uhe/ Ule=220/27.5kV，阻抗电压Uk=10%左右，主流的微机保护装置最小显示电流为0.01A，高压侧流互变比为800/1A，则：
高压侧额定电流Ihe=Se/ Uhe=40000/220=181.82A；
保护装置有显示时高压侧一次短路电流Ihd1=0.01×800=8A；
变压器一次侧短路电流Ihd1=Ihe/Uk/( Uhe/ Ux)，则：
产生8A短路电流需要施加的电压Ux=( Ihd1UkUhe)/ Ihe=8×0.1×220000/181.82=968V
考虑到电压裕量，取Ue=1.1Ux=1.1×968V=1064.8≌1100V
升压变计算容量为Ssy=8A×968V=7.75kVA
综合考虑升压变的过载能力和中相为合成相的情况，取升压变容量为15kVA，则：
升压变一次侧电流Isy1=Ssy/Usy1=15000/380=39.5A
三相调压器容量为Sty=1.732 Isy1 Usy1=1.732×39.5×380=26kVA，取三相调压器的额定容量为30kVA
综上所述，该套装置的三相调压器额定容量选择30kVA，输入电压380V，输出电压0~420V，额定输出电流为40A，单相升压变额定容量为15kVA，变压比为380/1100V，额定输出电流为13.6A。
上述选择是基于两台单相变压器组成V/V接线的牵引变电所得出的，对于三相变压器可将三台升压变联接成Yy接线型式也完全能够满足要求，计算过程不再赘述。
3、使用接线图：
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四．现场实例
以某客运专线牵引变电所1#系统来进行示例，该系统由两台单相变压器组成V/X接线方式对牵引网进行AT供电，设备主要技术参数如下表：
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传统的220kV侧加入380V电压，27.5kV侧短路时各侧的最大短路电流值估算如下：
高压侧一次短路电流：Ihd1=181.82/0.1038/(220000/380)=3.03A
低压侧一次短路电流：Ild1=3.03×(220000/27500)=24.24A
折算到二次侧电流为：
高压侧二次短路电流：Ihd2=3.03/500=0.006A
低压侧二次短路电流：Ild2=24.24/1500=0.016A
从上述计算结果可以看出，高压侧短路电流小于0.01A的微机保护装置能够检出的电流下限，加之现场电压电流波动和变压器二次侧至短路点的线路阻抗值的影响，实际短路电流比理论估算值更小，无法直观的从保护装置看出差动电流和制动电流。
采用这套升压装置将高压侧电压升至1100V并在牵引网上短路时的最大短路电流理论估算值、实测值和微机保护装置显示值如下表所示：
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备注：1、由于在牵引网上网点处模拟短路接地，受变压器二次侧至短路点的线路阻抗值的影响以及变压器本身的损耗，实际的短路电流比理论估算值要小，但这并不影响对差动回路极性的校验。
2、根据微机保护装置的要求，变压器的平衡系数Kph =2.67。
从上表中数据分析，变压器差动电流均为0，制动电流与理论计算值一致，说明变压器差动回路接线和极性正确。表中主变高、低压侧实际引入保护装置的电流均大于0.01A的保护装置最低检出下限值，表明该套升压装置完全能够满足现场差动回路接线和极性校验的要求。
五．结束语
通过一年多来在多个不同接线型式的变电所的运用，此套装置能够模拟变压器带负荷运行情况，所施加的电流量值完全可以满足现场判断的要求，能够利用一次设备来验证整个差动电流回路和电流互感器极性的正确性，系统地对差动回路进行检查，为变电所的顺利开通运行提供可靠保证。
参考文献
[1] 谭秀炳．铁路电力与牵引供电系统继电保护．西南交通大学出版社．2007:103-108
[2] 成都交大许继电气有限责任公司．TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统说明书．17-26
[3] 刘魏．V/V接线变压器差动保护方案研究．电力系统保护与控制．2011,39(10):130-134
[4] 曹旭、庞曙颖、吴猛．变压器差动保护检验方法的改进．云南电力技术论坛论文集．2007
[5] 邱关源．电路．高等教育出版社．1999