CN101257213A - 用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法 - Google Patents

用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法 Download PDF

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周文华
徐青龙
张曦
陈庆
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Abstract

本发明涉及一种用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，所述的配电变压器损耗试验中的试验设备包括三相电源、与三相电源相电连接的调压器及升压变压器，所述的三相电源和调压器及升压变压器用于为配电变压器提供试验容量，在三相电源与配电变压器之间至少并联有一组三相电容器组，通过所述电容器组的容性无功电流来补偿配电变压器本身的感性无功电流从而降低试验电源和调压器的输出容量以实现无功补偿。由于在试验电源与配电变压器之间并联电容器组，通过电容器组发出的容性无功电流来补偿空、负载试验中配电变压器本身发出的感性无功电流，从而降低了试验电源和调压器的输出容量，实现无功补偿。

Description

用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统中用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法。
背景技术
(1)、试验意义和现有试验方法
空、负载试验(简称能耗试验)是配电变压器例行试验项目。通过空、负载试验，测量和校核配电变压器的空载损耗、空载电流、负载损耗和短路阻抗等技术参数，能够有效发现配电变压器局部缺陷和质量问题。根据国标GB/T6451-1999以及2006年7月江苏省电力公司下发的“关于10kV配电变压器质量控制办法”的文件精神，对配电变压器进行额定电压下的空载试验和额定电流下的负载试验，对于检测变压器质量、控制能耗有着重要的意义。
在配电变压器的空、负载试验中，对试验电源和试验设备的容量有着较高的要求。空载试验中，一般采用三相交流电源通过调压器，在配电变压器低压侧进行加压，高压侧开路。为了保证电源波形失真度不超过5％，调压器容量ST应达到：
ST＝(SNI0％)K0Ka
电源容量S0应达到：
S0＝(SNI0％)K0KaKb
式中：SN——被试变压器额定容量；
I0％——被试变压器空载电流占总电流的百分数；
K0——波形容量因素，调压器取2.0；
Ka——变换因素，一般取1.2～1.3；
Kb——安全因数，可取1.0～1.1；
配电变压器负载试验一般采用三相电源经调压器，在配电变压器高压侧施加额定电流，低压侧短路。为了降低变压器附加损耗对试验数据造成的影响，电源和调压器容量均应大于被试验变压器的短路容量。
即S0≥SNUK％
ST≥SNUK％
式中：SN——被试变压器额定容量；
UK％——被试变压器短路阻抗；
(2)额定电压下的空载试验对试验设备的要求
根据公式推导和GB/T6451-1999中配电变压器空载电流参数标准，630kVA及以上容量10kV配电变压器，进行额定电压下的空载试验时，试验电源和调压器容量要求如表1所示：
表1
 配变容量(kVA)   空载电流(％)  试验电压(V)  试验电流(A)  试验容量(kVA)
  630   1.3   400   11.79   16.38
  800   1.2   400   13.82   19.12
  1000   1.1   400   15.84   22.0
  1250   1.0   400   18.0   25.0
  1600   0.9   400   20.74   28.8
(3)额定电流下的负载试验对试验设备的要求
我国部分地区为了限制配电变压器的短路电流，降低配变低压侧短路对电网和开关的开断电流的影响，对于630kVA及以上容量配电变压器，要求采用7％-8％左右的高阻抗。对该类配变进行额定电流下的负载试验，根据公式推导和阻抗参数(取平均值7.5％)，不同容量配变需要的设备参数如表2所示：
表2
 配变容量(kVA)   阻抗(％)  试验电压(V)  试验电流(A)  试验容量(kVA)
  630   7.5   750   36.35   29.76
  800   7.5   750   46.16   60.0
  1000   7.5   750   57.7   75.0
  1250   7.5   750   72.2   93.75
  1600   7.5   750   92.3   120
目前县一级供电企业试验室配置的调压器容量一般为15kVA，额定电压为380V/450V。试验室有独立电源的则电源容量裕度较大，无独立试验电源的，则电源容量受到较大的限制。通过上述计算可知，根据目前试验室配置的调压器容量，我们将无法对一些630kVA及以上的大容量配电变压器进行额定条件下的空、负载试验。而对三相变压器进行单相损耗试验，或者进行其它的非额定工况下的等效损耗试验，由于试验数据存在折算误差，其有效性值得商榷！因此，有必要在现有试验电源和试验设备容量限制条件下，采取新的办法对大容量配变进行额定工况下的损耗试验。
发明内容
本发明目的就是提供一种能够对大容量高阻抗配电变压器感性无功分量进行补偿，从而有效降低配电变压器损耗试验对电源和试验设备的容量需求的无功补偿方法。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案为：一种用于大容量配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，所述的配电变压器损耗试验中的试验设备包括三相电源、与三相电源相电连接的调压器以及升压变压器，所述的三相电源和调压器用于为配电变压器提供试验容量，在所述的三相电源与所述的配电变压器之间至少并联有一组三相电容器组，通过所述电容器组的容性无功电流来补偿配电变压器本身的感性无功电流从而降低试验电源和调压器的输出容量以实现无功补偿。
由于上述技术方案的运用，本发明具有下列优点：由于在试验电源与配电变压器之间并联电容器组，通过电容器组发出的容性无功电流来补偿空、负载试验中配电变压器本身的感性无功电流，从而降低了试验电源和调压器的输出容量，实现无功补偿。
附图说明
附图1为本发明无功补偿方法的接线原理图；
附图2为串联谐振原理图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
由于在配电变压器的空、负载试验中，电源和调压器输出容量由感性无功分量和有功分量组成，如果忽略试验测量仪表和调压器消耗对容量的影响，那么电源和调压器的输出容量等于配电变压器消耗的容量。以630kVA容量配电变压器为例来进行说明：
当进行额定电压下的空载试验时，调压器和电源输出容量为：
ST≈S0＝SNI0％
若空载电流I0％取0.90％，则ST＝630×0.90％＝5.67kVA
其中有功损耗为0.81kW，感性无功为5.05kVar；
当进行额定电流下的负载试验时，调压器和电源的输出容量为：
ST≈S0＝SNUK％
若阻抗电压UK％取7.5％，则ST＝630×7.5％＝47.25kVA
其中有功损耗为6.2kW，无功损耗为46.8kVar。
可见，无论是空载试验还是负载试验，调压器和电源输出容量绝大部分都消耗在了配电变压器感性无功分量部分，有功只占其中的很小一部分。因此如果能够对感性无功分量进行补偿，将会大大减少电源和调压器的视在电流输出，从而有效降低配变损耗试验对电源和试验设备的容量需求。
如图1所示的无功补偿方法，该方法对配电变压器的感性无功进行补偿，通过选择合适的三相电容器组和配电变压器并联，通过电容器组发出的容性无功电流来补偿空、负载试验中配电变压器本身发出的感性无功电流，从而降低了试验电源和调压器的输出容量。所述的电容器组主要有两种接线方式，一种采用星形连接，即Y接线；另外一种方式采用三角形连接，即△接线。
由于高阻抗配电变压器容量不同，相关空、负载参数不同，选择补偿的容量也不尽相同。本实施例在电容器组上，采用两组独立的电容器组，可根据需要采用不同的接线方式。两组电容器组参数设定为额定电压为800V，电容器组在750V电压作用下，参数如表3所示：
表3
  组别   单相电容   Y接线补偿容量   △接线补偿容量
  I   106μF   19kVar   57kVar
  II   189μF   33kVar   100kVar
其组合方式和补偿容量如表4所示：
表4
  补偿容量kVar   19   33   52   57   100   119   157
  I组接入方式   Y   N   Y   △   N   Y   △
  II组接入方式   N   Y   Y   N   △   △   △
其中：N表示不接入，Y表示星形接入，△表示三角形接入。
对高阻抗配电变压器开展负载试验时，根据配电容量和阻抗等参数，选取合适的补偿方式，可以最大程度的满足试验需要，相关仿真分析计算如表5：
表5
  配变容量   需要容量  I组接入方式   II组接入方式   补偿容量
  630kVA   47.3kVA   Y   N   19kVar
  630kVA   47.3kVA   N   Y   33kVar
  800kVA   60kVA   N   Y   33kVar
  1000kVA   75kVA   Y   Y   52kVar
  1250kVA   93.8kVA   △   N   56kVar
  1600kVA   120kVA   N   △   100kVar
  2000kVA   150kVA   Y   △   119kVar
  2500kVA   188kVA   △   △   157kVar
在现场试验中，通过参考变压器出厂资料，选择合适的电容器组进行补偿，可以最大限度的满足试验条件。
上述无功补偿中应采用欠补偿的方式，这是因为若采用过补偿，则电容器的容抗和配变感抗并联，对电源端而言，为容性负载，有可能和调压器的感抗构成LC回路，产生容升现象甚至是串联谐振。回路原理如图2所示，图中ZT为调压器等效阻抗，ZC为电容器等效容抗，ZB为配变等效阻抗。当ZT+ZB-ZC＝0时，回路将发生串联谐振，对试验设备和配电变压器将会造成损伤。因此在确定补偿容量时，根据实践，补偿度应控制在50％-80％左右为宜。
且在进行补偿时，尽量采用星形接法，因为若电容器组采用三角接法，当某相电容器发生故障短路时，通过故障相电容的电流完全由电容器接入点的电源短路容量决定，该短路电流可能超过电容额定电流数倍甚至数十倍，此电流将引起电容器绝缘介质的剧烈膨胀，可能引发爆炸事故。而采用星形接法的话，当某相电容器发生短路故障时，流过故障相电容的短路电流仅为正常值的三倍，非故障相电容的电流为正常值的
Figure A20081002011500071
倍，在补偿装置过流保护的作用下迅速切除电容器组，可保证试验人员和设备的安全。
应用上述补偿方案对一台630kVA配电变压器进行额定工况下的损耗试验，该变压器铭牌数据为：型号SG10-630/10，空载损耗1.26kW，空载电流百分比0.9％，负载损耗7.13kW，短路阻抗7.6％。根据该铭牌数据，空载试验无需补偿，负载试验中，则需采取电容器组补偿。上述计算方法为本领域公知常识，在此对此计算过程不再赘述。根据表5可知，可采取I组Y接入的方案或II组Y接入的方案，下面以II组Y接入的方案进行负载试验为例进行说明。负载试验数据如下：
电源和调压器输出电压379.5V，输出电流20.8A，输出容量13.6kVA(小于15kVA)；
电容器组实测电流IC为26.0A，补偿无功为：QC＝3ωCU2＝34.15kVA
配电变压器输入电流36.4A，阻抗电压759V；
配变消耗的容量为47.9kVA，其中有功PK为7.02kW，无功QK为47.4kVA。
上述试验数据证明了采用电容器组补偿可以有效降低大容量配变空负载试验对试验设备的容量要求。

Claims (5)

1、一种用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，所述的配电变压器损耗试验中的试验设备包括三相电源、与三相电源相连接的调压器及升压变压器，所述的三相电源和调压器以及升压变压器用于为配电变压器提供试验容量，其特征在于：在所述的三相电源与所述的配电变压器之间至少并联有一组三相电容器组，通过所述电容器组的容性无功电流来补偿配电变压器本身的感性无功电流从而降低试验电源和调压器的输出容量以实现无功补偿。
2、根据权利要求1所述的用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，其特征在于：所述的每一组三相电容器组与三相电源采用星形接线方式。
3、根据权利要求1所述的用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，其特征在于：所述的每一组三相电容器组与三相电源采用三角形接线方式。
4、根据权利要求1所述的用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，其特征在于：在所述的三相电源与所述的配电变压器之间并联有多组三相电容器组，所述多组三相电容器组采用星形接线与三角形接线相结合的方式。
5、根据权利要求1所述的用于大容量高阻抗配电变压器损耗试验中的无功补偿方法，其特征在于：所述的电容器组的容性参数小于配电变压器本身的感性参数。
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