CN103543362A - 特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法 - Google Patents

Abstract

一种特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，依次连接交流变频试验电源、中间变压器和被试变压器，在被试变压器的初级并联连接一组或多组高次谐波RLC串联的高压滤波器，利用电路仿真分析工具，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置（7）的容量S与试验电压U；选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器的容量值。本发明在保证试验电压波形满足要求的情况下，使滤波器的容量达到比较优化的效果，有效减少空载试验装置的整体的容量，显著减小特高压大型变压器空载试验所需的试验电源容量，进而有效推动特高压变压器现场试验技术及装置向集成化、小型化、现场实用化方向发展。

Description

特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法

技术领域

本发明涉及一种变压器现场试验方法，具体说是一种特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法。

背景技术

大型电力变压器是输变电系统中最重要、最昂贵的设备之一，其可靠性直接关系到电力系统安全稳定运行。尤其是在特高压交直流工程中，大型变压器作为输变电系统的核心，地位尤为重要。

变压器出厂或大修投运前，需进行现场空载试验。空载试验能有效检验变压器铁芯和内部缺陷，是评价变压器安全、经济、稳定运行的重要技术手段。由于特高压变压器体积重量庞大，不易运输，为节省运输成本，大型变压器现场组装现场试验将逐渐取代传统的厂内组装成品运输的模式。

但现场组装现场试验也带来新的问题，特高压变压器容量大，电压等级高，现场试验困难。尤其是变压器空载试验中，电压升高铁芯饱和后，空载电流急剧增加，极易导致试验电压降低和电压波形畸变，难以升压完成试验。试验装置容量增大，可减小电压波形的畸变；但试验装置容量增大，则体积重量成倍增加，难以现场应用。

目前，大型变压器的空载试验主要采用两种方案：同步发电机组和调压器。发电机组投资庞大，重复使用困难，难以现场应用。调压器受电网波动影响较大，一般需补偿才能完成空载升压；常用的补偿办法是在铁芯饱和后投切高压电容，以补偿空载电流中急剧增加的感性分量。对于特高压变压器，空载试验中投切高压电容容易产生暂态过电压，危及设备。对于特高压大型变压器，这些试验方法难以解决试验装置容量和试验电压波形之间的矛盾需求，均不适合特高压变压器现场试验。

因此，需研究实际可行的特高压大型变压器现场试验方法，为完成特高压变压器现场试验尤其是空载升压试验提供一种新的解决途径，为特高压设备现场组装现场试验的建设模式提供技术支持。

特高压大型变压器现场试验使用

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决特高压大型变压器现场空载试验中使用RLC滤波策略时对高压滤波器的选取方法。

所述特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，所述特高压变压器空载试验需要依次连接试验装置和被试变压器，所述试验装置由试验电源连接中间变压器构成，在被试变压器的初级并联连接一组或多组高压滤波器，其特征是：所述高压滤波器为高次谐波的RLC串联滤波器，将所述的高压滤波器作为空载试验过程中始终且唯一接入的高压补偿方式，所述高压滤波器的容量选取采用如下方式：

一、利用电路仿真分析工具，根据被试变压器的励磁曲线和试验回路结构建立回路分析模型；

二、改变预设的高压滤波器的容量，在10到50之间确定一个高压滤波器的品质因数，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置的容量S与试验电压U；

三、比较不同容量的高压滤波器所需的试验装置容量S在整个试验过程中的极大值与终止值，选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器的容量值。

一种优化方案，所述高压滤波器的品质因数选定为40。

一种实施例为，在被试变压器的初级并联连接一组高压滤波器，该高压滤波器的特征频率为3次谐波频率即工频的3倍频率。

另一种实施例为，在被试变压器的初级并联连接两组高压滤波器，该高压滤波器的特征频率分别为3次和5次谐波频率即工频的3倍和5倍频率。

以如下方式确定一组所述高次谐波RLC串联的高压滤波器内电阻、电容、电感元件的参数：

一、确定所述高压滤波器的额定电压U_fN和谐波电流I_fN：

额定电压以下式计算：U_fN=K×U_m，

式中U_fN为高压滤波器的额定电压，K为安全系数，U_m为最高试验电压，取安全系数K为1.15；

谐波电流I_fN为高压滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量，所述高压滤波器特征频率λ为被试变压器额定频率的奇数倍，所述的谐波电流分量是被试变压器的对应高次谐波电流；

二、以下列算式分别确定所述高压滤波器的电容值、电感值、电阻值： $C=\frac{S_f}{2\mathrm{\πf}{U}_{\mathrm{fN}}^2},$

$L=\frac{1}{{4\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\λ}}^{2}C},$

$R=\frac{2\mathrm{\π\λL}}{Q},$

式中，C为高压滤波器的电容值，L为高压滤波器的电感值，R为高压滤波器的电阻值，S_f为高压滤波器的容量，U_fN为高压滤波器的额定电压，f为试验电源频率，λ为高压滤波器的特征频率，Q为高压滤波器的品质因数。

作为实施例，所述电路仿真分析工具，是PSCAD或Matlab。

本发明为配合特高压大型变压器的现场试验装置小型化可移动，在保证试验电压波形满足要求的情况下，使滤波器的容量达到比较优化的效果，有效减少空载试验装置的整体的容量，使得利用RLC滤波器对在保证升压过程顺利完成的情况下，显著减小特高压大型变压器空载试验所需的试验电源容量，进而有效推动特高压变压器现场试验技术及装置向集成化、小型化、现场实用化方向发展。

附图说明

图1是特高压大型变压器现场试验主回路结构示意图，

图2是滤波器补偿作用下空载试验的试验装置容量S与试验电压U关系示意图，

图3是不同容量滤波器补偿状态下所需试验装置容量S与试验电压U关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：如图1中所示，所述特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，所述特高压变压器空载试验需要依次连接试验装置7和被试变压器4，所述试验装置7由试验电源1连接中间变压器2构成，在被试变压器4的初级并联连接一组或多组高压滤波器3，所述高压滤波器3为高次谐波的RLC串联滤波器，并将所述的高压滤波器3作为空载试验过程中始终且唯一接入的高压补偿方式，所述高压滤波器3的容量选取采用如下方式：

一、利用电路仿真分析工具，根据被试变压器4的励磁曲线和试验回路结构建立回路分析模型；作为实施例，所述电路仿真分析工具，是PSCAD或Matlab。

二、改变预设的高压滤波器的容量，在10到50之间确定一个高压滤波器的品质因数，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置7的容量S与试验电压U；优化方案，所述高压滤波器的品质因数选定为40。

三、比较不同容量的高压滤波器所需的试验装置7容量S在整个试验过程中的极大值与终止值，选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器的容量值。

升压变压器为大容量变压器，在回路中起升高电压的作用，与高压大功率电源一起共同构成试验所需的高电压。

高压滤波器3为无源滤波器，由电阻、电容、电感元件构成。滤波器的主要功能是在铁芯饱和空载电流畸变时，补偿感性基波电流，滤除谐波电流，进而改善试验电压波形。

如图2所示，对于滤波器补偿的空载试验回路，随着试验电压U的增加，所需的试验装置容量S呈不规则“波浪”形变化，分为以下三个阶段：

一：在电压较低铁芯未饱和的阶段，被试变压器的空载电流很小，且绝大部分是基波。此时，滤波器成为试验回路的容性负载，除被试变压器阻抗外，试验电源还需要负担滤波器阻抗，试验电源容量变大，且S随U上升逐步增加。

二：当U进一步增加时，空载电流中的谐波分量逐渐增多，此时滤波器可补偿基波并分流掉大部分谐波，减小空载电流，能有效降低所需的试验装置的容量，因此S随U上升而下降。

三：当U进一步增加，铁芯过饱和后空载电流急剧增加，滤波器的补偿作用并不能抵消空载电流激增作用，S也随着U增加而急速上升。

因此，整个过程中S会存在着两个较高点：第一阶段和第二阶段交叉点S₁，第三阶段的终点S₂。为完成空载试验，试验装置的容量取S₁和S₂中的大者。

不同容量的滤波器补偿时，所需的试验装置容量S随电压的变化曲线如图3所示，图中S1、S2、S3对应的滤波器容量依次增加。滤波器容量越小，铁芯未饱和段所需的试验装置容量越小，铁芯饱和后所需的试验装置容量越大（如图3中S1曲线）。反之，滤波器容量越大，铁芯未饱和段所需的试验装置容量越大，铁芯饱和后所需的试验装置容量越小（如图3中S2曲线）。S2曲线介于S1和S3之间。

由图3可知，滤波器容量选择要同时平衡铁芯饱和前后两个阶段，使得S曲线中两个较高点S1和S2大小相近（如S2曲线所示），可达到最佳的试验补偿效果。

一种实施例为，在被试变压器4的初级并联连接一组高压滤波器3，该高压滤波器3的特征频率为3次谐波频率即工频的3倍频率。

另一种实施例为，在被试变压器4的初级并联连接两组高压滤波器3，该高压滤波器3的特征频率分别为3次和5次谐波频率即工频的3倍和5倍频率。

3倍和5倍的高次谐波中是影响最大的。因此通常仅对3倍和5倍的谐波进行滤波。

以如下方式确定一组所述高次谐波RLC串联的高压滤波器内电阻、电容、电感元件的参数：

一、确定所述高压滤波器的额定电压U_fN和谐波电流I_fN：

额定电压以下式计算：U_fN=K×U_m，

式中U_fN为高压滤波器的额定电压，K为安全系数，U_m为最高试验电压，取安全系数K为1.15；

谐波电流I_fN为高压滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量，所述高压滤波器特征频率λ为被试变压器额定频率的奇数倍，所述的谐波电流分量是被试变压器的对应高次谐波电流；

二、以下列算式分别确定所述高压滤波器的电容值、电感值、电阻值： $C=\frac{S_f}{2\mathrm{\πf}{U}_{\mathrm{fN}}^2},$

$L=\frac{1}{{4\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\λ}}^{2}C},$

$R=\frac{2\mathrm{\π\λL}}{Q},$

式中，C为高压滤波器的电容值，L为高压滤波器的电感值，R为高压滤波器的电阻值，S_f为高压滤波器的容量，U_fN为高压滤波器的额定电压，f为试验电源频率，λ为高压滤波器的特征频率，Q为高压滤波器的品质因数。

本发明为特高压变压器现场空载试验提供了一种有效试验方法的基础，能有效推动特高压变压器试验技术及装置向集成化、小型化、现场实用化方向发展。

Claims (6)

1.一种特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，所述特高压变压器空载试验需要依次连接试验装置（7）和被试变压器（4），所述试验装置（7）由试验电源（1）连接中间变压器（2）构成，在被试变压器（4）的初级并联连接一组或多组高压滤波器（3），其特征是：

所述高压滤波器（3）为高次谐波的RLC串联滤波器，将所述的高压滤波器（3）作为空载试验过程中始终且唯一接入的高压补偿方式，所述高压滤波器（3）的容量选取采用如下方式：

一、利用电路仿真分析工具，根据被试变压器（4）的励磁曲线和试验回路结构建立回路分析模型；

二、改变预设的高压滤波器的容量，在10到50之间确定一个高压滤波器的品质因数，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置（7）的容量S与试验电压U；

三、比较不同容量的高压滤波器所需的试验装置（7）容量S在整个试验过程中的极大值与终止值，选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器的容量值。

2.根据权利要求1所述的特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，其特征是：所述高压滤波器的品质因数选定为40。

3.根据权利要求1所述的特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，其特征是：在被试变压器（4）的初级并联连接一组高压滤波器（3），该高压滤波器（3）的特征频率为3次谐波频率即工频的3倍频率。

4.根据权利要求1所述的特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，其特征是：在被试变压器（4）的初级并联连接两组高压滤波器（3），该高压滤波器（3）的特征频率分别为3次和5次谐波频率即工频的3倍和5倍频率。

5.根据权利要求1所述的特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，其特征是：以如下方式确定一组所述高次谐波RLC串联的高压滤波器内电阻、电容、电感元件的参数：

一、确定所述高压滤波器的额定电压U_fN和谐波电流I_fN：

额定电压以下式计算：U_fN=K×U_m，

式中U_fN为高压滤波器的额定电压，K为安全系数，U_m为最高试验电压，取安全系数K为1.15；

谐波电流I_fN为高压滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量，所述高压滤波器特征频率λ为被试变压器额定频率的奇数倍，所述的谐波电流分量是被试变压器的对应高次谐波电流；

二、以下列算式分别确定所述高压滤波器的电容值、电感值、电阻值： $C=\frac{S_f}{2\mathrm{\πf}{U}_{\mathrm{fN}}^2},$

$L=\frac{1}{{4\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\λ}}^{2}C},$

$R=\frac{2\mathrm{\π\λL}}{Q},$

式中，C为高压滤波器的电容值，L为高压滤波器的电感值，R为高压滤波器的电阻值，S_f为高压滤波器的容量，U_fN为高压滤波器的额定电压，f为试验电源频率，λ为高压滤波器的特征频率，Q为高压滤波器的品质因数。

6.根据权利要求1所述的特高压变压器空载试验中滤波器的选取方法，其特征是：所述电路仿真分析工具，是PSCAD或Matlab。

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