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摘要：为适应电气工程类大学生创新能力的培养和当前微机保护装置的广泛应用，研制了微机型变压器保护实验台并探讨了其在教学中的应用。该实验台能够承担“电力系统继电保护”课程的教学实验，实际应用表明其具有良好的教学效果。
关键词：微机保护；实验台；变压器；教学
作者简介：蔡义明（1976-），男，广西桂平人，广西大学电气工程学院，讲师；李泽（1960-），男，广西容县人，广西大学电气工程学院，
副教授。（广西 南宁 530004）
基金项目：本文系新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第四批立项项目、省部级重点支持项目“电气工程类大学生创新教育基地建设的研究与实践”（项目编号：2008A008）的研究成果之一。
中图分类号：G642、TM774 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）12-0148-02
广西大学电气工程学院通过《电气工程类大学生创新教育基地建设的研究与实践》的立项研究电气工程类大学生创新能力的培养，发现传统的电磁型、整流型、晶体管型原理的各种继电保护实验，已经无法适应当前微机型继电保护装置应用现状。为此，我们自行设计、开发、研制与工业现场相近的微机型变压器保护实验台，以加强电气类学生专业知识的应用和实践创新能力培养，使学生毕业后能适应所从事的专业工作，成为适应新时代电力工业需要的创新人才。
一、变压器实验台工作原理及接线
变压器差动保护一次接线如图1所示，采样单侧电源供电，三绕组变压器的容量2kVA、Y/Y/-12-11接线，高、中、低侧线电压分别为380V、230V和115V，高、中、低侧额定电流分别为3.05A、5A和6.75A，Ukh-m%=Ukh-1%=Ukm-1%=11.02%，电流互感器变比为15/5，变压器设二次谐波制动比率差动保护。
差动保护实验台如图2所示，实验台内主要设备如下。
（1）1KM、2KM、3KM：分别是高、中、低压侧模拟断路器。
（2）1R：中压侧模拟三相可调电阻。
（3）2R：低压侧模拟三相可调电阻。
（4）4KM、5KM：分别是中、低压侧短路实验时模拟断路器。
（5）4QF、5QF：分别是中、低压侧模拟三相、四相短路开关。
（6）1SA、2SA：分别是中、低压侧正常运行（外部故障）和内部故障切换开关。
实验台的一次设备均在台内固定连接好，进行三相三绕组差动保护实验时，须将高、中、低压侧电流互感器回路接到TOP9720C1差动保护装置对应的端子上。实验台通过安装有指针式电流、电压表，方便学生观察正常运行、外部故障和内部故障时电流、电压实时数值的大小。
该实验装置的目的：了解微机型变压器纵差动保护的基本原理；学习微机型变压器纵差动保护的整定计算和定值调试方法；分析和研究三相三绕组变压器正常运行、外部故障和内部故障时保护动作的特点；分析差动不平衡电流差生的原因；相别互换、互感器极性反接对差动电流的影响。
二、微机型TOP9720C保护装置
实验台配置的变压器主保护为珠海托普智能电气有限公司生产的TOP9720C型主变压器保护装置。它能完成主变压器的差动主保护、本体保护和联网通信功能。装置引入的差动保护CT接线可采用各侧星型接法，通过装置软件平衡各侧电流，补偿二次电流相位，使CT断线检测更为可靠准确。装置自带非电量（瓦斯、温度等）保护模快，无需专门的非电量保护装置。该装置的保护功能包括：差动速断；二次谐波制动比率差动（三段折线）；差流越限；CT断线检测及闭锁保护。该装置每种保护及功能均设有可以投/退的软压板，故障录波功能强大，具备最优的性能价格比，结构简单、实用、功能强，运行安全可靠，适用于110kV及以下电压等级的两圈或三圈变压器。
三、微机变压器差动保护实验内容和步骤
1.微机差动保护定值设定实验
首先，根据给定的有关参数，计算高、中、低压侧的一次电流和二次电流，将计算结果填入表1中。其次，绘制变压器三折线制动特性曲线，并将表1中的定值在TOP9702C1保护装置中设定。
2.正常运行方式实验
（１）分别合上变压器高、中、低压侧模拟断路器1KM、2KM、3KM，三侧指针式电流、电压表均有指示，此时变压器一次系统处于正常运行状态。
（２）观察高中低压各侧电流及差动电流的实际值，分析其误差及产生误差的原因，填入表2。
3.变压器中、低压侧外部短路实验
变压器在正常方式下运行下，1SA、2SA置于“外部正常”位置。
（１）模拟中压侧外部故障：断开5QF和5KM开关，合上4QF模拟外部三相或两相短路，再通过按钮将4KM模拟断路器合上，造成中压侧外部三相、两相短路，读出中压侧外部故障时电流值，填入表3。
（２）模拟低压侧外部故障：断开4QF和4KM开关，合上5QF模拟外部三相或两相短路，再通过按钮将5KM模拟断路器合上，造成低压侧外部三相、两相短路，读出低压侧外部故障时电流值，填入类似表3的表格内。
4.变压器中、低压侧内部故障保护动作实验
（1）中压侧内部故障：变压器正常运行，将1SA、2SA置于“内部故障”位置，合上3QF模拟内部三相或两相短路，再通过按钮将4KM模拟断路器合上，造成中压侧内部三相或两相短路，读出中压侧内部故障时电流值并填入类似表3的表格内。
（2）低压侧内部故障：使变压器正常运行，将1SA、2SA置于“内故”位置，合上4QF模拟内部三相或两相短路，再操作按钮将5KM模拟断路器合上，造成低压侧内部三相或两相短路，读出低压内部故障时电流值并填入类似表3的表格内。
5.改变制动特性分析其对保护动作情况的实验
改变变压器制动特性对差动保护的影响是实验的一个重要内容。如图3所示，当Icdo定值上、下移动，Ir1和Ir2左、右移动，可改变三折线特性的动作区，但Icdo上、下移动改变的是差动保护的灵敏度，b点左、右移动改变的是差动保护，躲开不平衡电流的能力。通过增加或减少Icdo和Ir1、Ir2设定值，观察和分析模拟变压器在内部和外部故障时差动保护的动作情况。
6.输入电流换相，观察差动电流的变化
（1）将中压侧接至保护装置的电流A相和B相互换，分别合上1KM、2KM、3KM，通过保护装置观察差动电流的大小，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
（2）将低压侧接至保护装置的电流A相和B相互换，分别合上1KM、2KM、3KM，通过保护装置观察差动电流的大小，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
7.改变互感器极性，观察差动电流的变化
（1）将中压侧的电流互感器的极性反接，分别合上1KM、2KM、3KM，观察差动电流的变化，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
（2）将低压侧的电流互感器的极性反接，分别合上1KM、2KM、3KM，观察差动电流的变化，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
四、结论
实际教学表明，该实验台不需继电保护测试仪，可模拟输电线路任意一点的两相、三相短路故障现象，与生产一线相似。实验内容将继电保护的理论计算、实验验证和实验现象分析融为一体，覆盖电网电流、电压保护基本原理，满足“电力系统继电保护原理”教学的需要。另外，该实验台价格低廉，可用于电力类相关专业的实验教学。
（责任编辑：苏宇嵬）
关键词：微机保护；实验台；变压器；教学
作者简介：蔡义明（1976-），男，广西桂平人，广西大学电气工程学院，讲师；李泽（1960-），男，广西容县人，广西大学电气工程学院，
副教授。（广西 南宁 530004）
基金项目：本文系新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”第四批立项项目、省部级重点支持项目“电气工程类大学生创新教育基地建设的研究与实践”（项目编号：2008A008）的研究成果之一。
中图分类号：G642、TM774 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）12-0148-02
广西大学电气工程学院通过《电气工程类大学生创新教育基地建设的研究与实践》的立项研究电气工程类大学生创新能力的培养，发现传统的电磁型、整流型、晶体管型原理的各种继电保护实验，已经无法适应当前微机型继电保护装置应用现状。为此，我们自行设计、开发、研制与工业现场相近的微机型变压器保护实验台，以加强电气类学生专业知识的应用和实践创新能力培养，使学生毕业后能适应所从事的专业工作，成为适应新时代电力工业需要的创新人才。
一、变压器实验台工作原理及接线
变压器差动保护一次接线如图1所示，采样单侧电源供电，三绕组变压器的容量2kVA、Y/Y/-12-11接线，高、中、低侧线电压分别为380V、230V和115V，高、中、低侧额定电流分别为3.05A、5A和6.75A，Ukh-m%=Ukh-1%=Ukm-1%=11.02%，电流互感器变比为15/5，变压器设二次谐波制动比率差动保护。
差动保护实验台如图2所示，实验台内主要设备如下。
（1）1KM、2KM、3KM：分别是高、中、低压侧模拟断路器。
（2）1R：中压侧模拟三相可调电阻。
（3）2R：低压侧模拟三相可调电阻。
（4）4KM、5KM：分别是中、低压侧短路实验时模拟断路器。
（5）4QF、5QF：分别是中、低压侧模拟三相、四相短路开关。
（6）1SA、2SA：分别是中、低压侧正常运行（外部故障）和内部故障切换开关。
实验台的一次设备均在台内固定连接好，进行三相三绕组差动保护实验时，须将高、中、低压侧电流互感器回路接到TOP9720C1差动保护装置对应的端子上。实验台通过安装有指针式电流、电压表，方便学生观察正常运行、外部故障和内部故障时电流、电压实时数值的大小。
该实验装置的目的：了解微机型变压器纵差动保护的基本原理；学习微机型变压器纵差动保护的整定计算和定值调试方法；分析和研究三相三绕组变压器正常运行、外部故障和内部故障时保护动作的特点；分析差动不平衡电流差生的原因；相别互换、互感器极性反接对差动电流的影响。
二、微机型TOP9720C保护装置
实验台配置的变压器主保护为珠海托普智能电气有限公司生产的TOP9720C型主变压器保护装置。它能完成主变压器的差动主保护、本体保护和联网通信功能。装置引入的差动保护CT接线可采用各侧星型接法，通过装置软件平衡各侧电流，补偿二次电流相位，使CT断线检测更为可靠准确。装置自带非电量（瓦斯、温度等）保护模快，无需专门的非电量保护装置。该装置的保护功能包括：差动速断；二次谐波制动比率差动（三段折线）；差流越限；CT断线检测及闭锁保护。该装置每种保护及功能均设有可以投/退的软压板，故障录波功能强大，具备最优的性能价格比，结构简单、实用、功能强，运行安全可靠，适用于110kV及以下电压等级的两圈或三圈变压器。
三、微机变压器差动保护实验内容和步骤
1.微机差动保护定值设定实验
首先，根据给定的有关参数，计算高、中、低压侧的一次电流和二次电流，将计算结果填入表1中。其次，绘制变压器三折线制动特性曲线，并将表1中的定值在TOP9702C1保护装置中设定。
2.正常运行方式实验
（１）分别合上变压器高、中、低压侧模拟断路器1KM、2KM、3KM，三侧指针式电流、电压表均有指示，此时变压器一次系统处于正常运行状态。
（２）观察高中低压各侧电流及差动电流的实际值，分析其误差及产生误差的原因，填入表2。
3.变压器中、低压侧外部短路实验
变压器在正常方式下运行下，1SA、2SA置于“外部正常”位置。
（１）模拟中压侧外部故障：断开5QF和5KM开关，合上4QF模拟外部三相或两相短路，再通过按钮将4KM模拟断路器合上，造成中压侧外部三相、两相短路，读出中压侧外部故障时电流值，填入表3。
（２）模拟低压侧外部故障：断开4QF和4KM开关，合上5QF模拟外部三相或两相短路，再通过按钮将5KM模拟断路器合上，造成低压侧外部三相、两相短路，读出低压侧外部故障时电流值，填入类似表3的表格内。
4.变压器中、低压侧内部故障保护动作实验
（1）中压侧内部故障：变压器正常运行，将1SA、2SA置于“内部故障”位置，合上3QF模拟内部三相或两相短路，再通过按钮将4KM模拟断路器合上，造成中压侧内部三相或两相短路，读出中压侧内部故障时电流值并填入类似表3的表格内。
（2）低压侧内部故障：使变压器正常运行，将1SA、2SA置于“内故”位置，合上4QF模拟内部三相或两相短路，再操作按钮将5KM模拟断路器合上，造成低压侧内部三相或两相短路，读出低压内部故障时电流值并填入类似表3的表格内。
5.改变制动特性分析其对保护动作情况的实验
改变变压器制动特性对差动保护的影响是实验的一个重要内容。如图3所示，当Icdo定值上、下移动，Ir1和Ir2左、右移动，可改变三折线特性的动作区，但Icdo上、下移动改变的是差动保护的灵敏度，b点左、右移动改变的是差动保护，躲开不平衡电流的能力。通过增加或减少Icdo和Ir1、Ir2设定值，观察和分析模拟变压器在内部和外部故障时差动保护的动作情况。
6.输入电流换相，观察差动电流的变化
（1）将中压侧接至保护装置的电流A相和B相互换，分别合上1KM、2KM、3KM，通过保护装置观察差动电流的大小，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
（2）将低压侧接至保护装置的电流A相和B相互换，分别合上1KM、2KM、3KM，通过保护装置观察差动电流的大小，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
7.改变互感器极性，观察差动电流的变化
（1）将中压侧的电流互感器的极性反接，分别合上1KM、2KM、3KM，观察差动电流的变化，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
（2）将低压侧的电流互感器的极性反接，分别合上1KM、2KM、3KM，观察差动电流的变化，并与正常运行时的差动电流相比较、分析，最后将其正确接回。
四、结论
实际教学表明，该实验台不需继电保护测试仪，可模拟输电线路任意一点的两相、三相短路故障现象，与生产一线相似。实验内容将继电保护的理论计算、实验验证和实验现象分析融为一体，覆盖电网电流、电压保护基本原理，满足“电力系统继电保护原理”教学的需要。另外，该实验台价格低廉，可用于电力类相关专业的实验教学。
（责任编辑：苏宇嵬）