作者:James A. Huddleston, p.e.，高级咨询工程师，Fauske & Associates, LLC
大型电力变压器(10MVA及更大)的安装或更换需要将许多导体正确连接到变压器套管、绕组、电流互感器(ct)、保护继电器、冷却系统电源、控制装置和警报。在变压器安装/更换后，所有导体必须正确连接，以确保变压器及其保护继电器在通电、正常运行、系统瞬态和故障情况下能够正常工作。
对变压器（以及相邻电力系统）的适当操作和保护是关键的，是所有CT导体的正确连接，其为变压器50 / 51,50 / 51n，51g，51和87t保护继电器提供输入。下面的图1显示了大功率变压器的典型保护性继电器。63突发的压力继电器（SPR）不会从任何CT接收输入。\
图1 -大型电力变压器的典型继电保护
变压器差分（87T）继电器的正确连接是至关重要的，因为在这些电路中的任何单个CT导体中的任何单个CT导体的连接是（1）变压器的假跳闸所需的所有内容，或（2）发生变压器的失败发生。一些变压器差分中继电路可以非常复杂，安装辅助CTS，Delta-Wye和Wye-Delta连接，使其几乎不可能使用点对点连续性测量技术来准确地测试这些CT电路。
在大型变压器安装/更换后，如何能绝对确定所有变压器、CT和保护继电器接线100%正确?作者认为，在大型电力变压器安装/更换后，一次电流注入(通过故障)测试绝对是确保所有变压器、CT和保护继电器接线100%正确的最佳测试方法。术语“贯穿故障试验”和“三相贯穿故障试验”将在本公告的其余部分中互换使用，因为大多数贯穿故障试验是三相试验(尽管在保证时可以进行单相试验)。
为什么需要通过故障测试?
There have been numerous instances at U.S. Power plants, Transmission Substations (TSSs) and Transmission Distribution Centers (TDCs) where the incorrect wiring of CTs in large power transformer protective relaying circuits has resulted in (1) false trips or (2) failures to trip of the transformer with significant impact and consequences.
被许可方事件报告(LER) 237-98008记录了这样的一个实例，其中(1)在美国核电厂对依靠单元辅助变压器(UAT)进行保护的设计更改，(2)新设计中存在一个错误，但未被工厂工程或测试发现;(3)UAT在约60%额定功率(单位)时误跳闸，导致主发电机、主涡轮和反应堆跳闸。估计损失的经济影响约为64,751兆瓦时，此外还需要确定根本原因并在事故发生后使该设备重新上线所需的资源。三相贯穿故障测试将检测到设计错误，并将阻止这一事件。
什么是贯穿故障测试?
通过故障测试利用三相电压源(测试源)将三相电流(测试电流)注入绕组中，并通过大型电力变压器的所有CT一次线，从而可以测量所有CT二次线和变压器保护继电器的电流大小和相位角。下面的图2显示了大型电力变压器的典型通故障测试配置。为简单起见，只显示变压器差动(87T)继电器。然而，图1所示的50/51、50/51N、51G和51继电器电路在通故障测试时也进行了测试。
图2 -典型的通故障测试配置
为了通过变压器绕组、CT一次和CT二次产生测试电流流(ITEST)，“三相对地”故障被有意地放置在变压器的一侧，从而创建一个测试源电压(VTEST)与变压器阻抗(ZTR)串联的电路。使用“三相对地”故障来促进测试电流的流动是这种测试经常被称为“通故障”测试的主要原因。测试源电压和“3相地”故障的位置，即变压器的高侧或低侧，是根据变压器阻抗和CT比(CTRs)确定的。根据经验，VTEST和ITEST的额定值明显低于变压器和ct的额定值，并且由于A、B、C相测试源电压和变压器阻抗的微小差异，并不是完全平衡的。可能的测试源包括:(1)柴油发电机，(2)柴油发电机和升压变压器，或(3)低压或中压电源(480V - 34kV)。
测试验收标准
通过故障测试的验收标准在使用(1)测试源电压(VTEST)、(2)变压器阻抗(ZTR)和(3)CT比进行测试之前计算。通过故障测试时流过变压器绕组和流过CT原发电流的测试电流(ITEST)按照以下公式计算:
然后根据下式计算变压器高、低侧电流:
然后使用所有CT和保护继电器的CT一次电流和CT比计算CT二次电流，计算公式如下:
为了让数字相位角计提供准确的相位角测量，所有CT二次设备所需的最小电流为10mA。根据经验，测量电流大小的公差带应该是计算电流大小的+/- 33%。这个容忍带允许仪器误差，CT比误差和测试电流不平衡，同时允许检测delta, wye接线误差，这将表明+/- 173%的差被测量和计算的电流大小。
此外，基于经验，用于测量相位角的公差频带应为计算的相位角的+/- 10度。这种公差带允许仪器误差和测试电流不平衡，同时允许检测Delta，Wye接线误差，这将由测量的相位角和计算的相位角之间的+/- 30度差表示。该公差带还允许检测“滚动”或“切换”导体，其将在测量和计算的相位角之间的+/- 120度差异表示。
通过故障测试执行和测量
在进行通故障测试之前，所有变压器保护继电器跳闸都被禁用，并在测试圆满完成后恢复。按照图2所示的测试配置连接变压器后，闭合断路器(52)，将测试电流注入变压器绕组，从而通过所有CT一次和二次。电流通过初选和所有变压器ct的二次、50/51、51和87T保护继电电路中电流的大小和相位角都用数字相位角计测量，并与计算的测试验收标准进行比较。对50/51N和51G保护继电器电路进行测量时，测试源的B和C相断开。这导致测试电流流过变压器中性点、中性点CT和50/51N、51G继电器。
必须相对于公共参考电压测量所有CT二次电流幅度和相位角。通常使用测试源的A相对中性电压（面包车），因为它具有零（0）相角，使得接受标准计算非常干净。通过将电流探头（也称为电流刺）插入测试开关中的电流探头（也称为电流刺）来进行电流测量，该测试开关专门设计用于测量保护性中继电路中的电流。将当前稳定插入每个测试开关时，必须使用公共约定。通常使用“黑色刀片”公约，因为它很容易记住，但这并不禁止使用另一个惯例，只要它一致地使用。
为了通过故障测试结果被认为是令人满意的，所有的测量必须在计算的接受标准公差带之内。超出计算的接受标准公差带的测量表明存在潜在的接线错误(或其他问题)，必须在将变压器投入长期连续运行之前加以纠正。
结论
对大型电力变压器及其继电保护电路在安装或更换后进行适当的测试，对其以及相邻电力系统的正常和持续长期运行至关重要。一次电流注入(通过故障)测试绝对是最好的测试方法，可确保所有变压器、CT和保护继电器接线在安装或更换大型电力变压器后100%正确。
Fauske & Associates, LLC (FAI)的工厂服务集团拥有丰富的经验，为大型电力变压器准备通过故障测试程序和测试验收标准计算，也可以为发电机、大型电机和其他差动保护继电计划做同样的工作。
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