CN105044479B

CN105044479B - 大型油浸式变压器空、负载综合试验设备及方法

Info

Publication number: CN105044479B
Application number: CN201510048654.6A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 付刚; 郑含博; 王立楠; 李予全; 李晓纲
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd; Henan Enpai High Tech Group Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd; Henan Jiuyu Enpai Power Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: CN105044479A

Abstract

大型油浸式变压器空、负载综合试验设备，大型油浸式变压器空、负载综合试验设备分为试验电源部分和测量系统；试验电源部分包括通过线路依次连接的感应调压器、中间变压器、油浸式密集型补偿电容器组及试验控制系统；测量系统包括精密测量电流互感器、电压互感器及功率分析仪。能够对110kV和220kV电压等级变压器现场进行空载和负载损耗测量试验，能够完成变压器空载电流测量、变压器空载损耗测量、变压器空载谐波测量、变压器短路阻抗测量以及变压器负载损耗测量，并具有空、负载损耗测量试验结果自动计算功能。

Description

大型油浸式变压器空、负载综合试验设备及方法

技术领域

本发明涉及高压电气设备试验技术领域，尤其涉及110kV和220kV电压等级油浸式变压器空载和负载试验的现场应用装置。

背景技术

变压器空载和负载试验是油浸式电力变压器的重要试验项目。空载试验一般从电压较低的绕组施加额定电压、额定频率的正弦波，其他绕组开路，在此条件下测量变压器损耗和励磁电流。通过空载试验可以检验变压器磁路上是否存在缺陷。负载试验一般在变压器高压绕组施加额定频率的交流电压，使该绕组内的电流达到额定值，低压侧绕组短路，其他绕组（如果有）开路，测量变压器的负载损耗和短路阻抗。负载试验可以确定变压器的运行指标是否满足标准、技术协议的要求，同时，负载试验也为变压器的温升试验奠定基础。

但在实际现场中，由于被试变压器容量较大，尤其对大型油浸式电力变压器来说，所需现场试验电源的容量很大，因此每次试验都需要庞大的试验设备投入，不仅占地面积大，而且运输、搬运、接线都很不方便，同时也增大了试验测量和计算的误差。近几年国内外有研究机构对油浸式变压器空负载试验成套设备进行了尝试性研究，但由于试验设备容量不够、测量精度不高以及控制系统不完善等原因，未见广泛推广于实际生产中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型油浸式变压器空、负载综合试验设备及方法，能够对110kV和220kV电压等级电力变压器现场进行空、负载损耗测量试验，具有空、负载损耗测量试验试验结果自动计算功能，以及补偿电容器组投入电压组合及容量组合的自动计算、控制功能。

本发明的技术方案是：

大型油浸式变压器空、负载综合试验设备，大型油浸式变压器空、负载综合试验设备分为试验电源部分和测量系统；试验电源部分包括通过线路依次连接的感应调压器、中间变压器、油浸式密集型补偿电容器组及试验控制系统；测量系统包括精密测量电流互感器、电压互感器及功率分析仪。

采用所述的大型油浸式变压器空、负载综合试验设备的综合试验方法：

采用油浸式密集型补偿电容器组进行感性无功补偿，降低试验电源的容量；负载试验电容器组补偿方案步骤如下：

1、确定被试品的短路阻抗及试验额定电流；

2、根据试验额定电流的百分数来确定要施加的电压及电流，即，；

3、根据的值选择中间变压器的档位、PT的档位、电容器电压档位，根据的值选择CT的档位；

4、选择调压器容量=电源容量/1.1（本发明方案考虑10%的容量裕度），则调压器容量百分数=选择调压器容量/调压器额定容量；

5、调压器输出电流=调压器额定电流×调压器容量百分数；

6、中间变压器输出电流=调压器输出电流/中间变压器变比；

7、电容器需要补偿的电流=–中间变压器输出的电流；

8、选择电容器的补偿容量=×电容器需要补偿的电流×步骤3中选择的电容器档位下额定电压。

通过空载试验，测量变压器的空载损耗和空载电流百分比，同时可以求取：变压器的变比、变压器的励磁参数、和；空载试验可以在变压器的任何一侧进行；把电流表串联在变压器线圈侧；

空载试验时，调节外加电压为额定值，读取电压表读数、；电流表读数；功率表读数；在忽略相对较小的空载直流电阻损耗和绝缘介质损耗条件下，变压器的空载损耗等于铁心损耗，即；在忽略相对较小的漏阻抗压降条件下，空载阻抗即为励磁阻抗；

因此，根据空载测量结果可以得到：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

对于三相变压器，根据试验测得的三相功率、线电压和线电流，分别求出每相的数值后，再用式(1)~(6)来计算变压器的励磁参数，变压器变比用相电压来计算。

空载试验在低压侧进行，即低压侧加电压，高压侧开路。

通过负载试验求取变压器的负载损耗和短路阻抗，即变压器的短路电压百分值比，同时可以得到变压器的短路参数和；负载试验也可以在变压器的任何一侧进行，为了减小电压的测量误差，接线时把电压表和功率表的电压线圈并联在变压器线圈侧；

负载试验时，缓慢升高外加电压，直到短路电流达到额定值即，立即读取电压表读数、电流表读数和功率表读数，然后切断电源；测得的称为负载损耗，又称为短路损耗，它等于一、二次绕组电阻上的铜损耗，即；测得的一次侧电压称为短路电压，又称为阻抗电压，它等于额定电流在短路阻抗上产生的压降，即，则短路电压百分值比为

(7)

根据测量结果可以计算出短路参数为

(8)

(9)

(10)。

负载试验在高压侧进行，即高压侧加电压，低压侧短路。

本发明采用油浸式密集型补偿电容器组进行感性无功补偿，降低试验电源的容量，使大型油浸式变压器现场进行空负载测量成为可能，本发明的控制系统采用可编程逻辑控制器配合上位计算机的形式，以实现所有对于感应调压器、中间变压器及精密测量互感器等试验设备的控制，满足现场测量要求。

本发明的优点：

第一，能够对110kV和220kV电压等级变压器现场进行空载和负载损耗测量试验，能够完成变压器空载电流测量、变压器空载损耗测量、变压器空载谐波测量、变压器短路阻抗测量以及变压器负载损耗测量，并具有空、负载损耗测量试验结果自动计算功能；

第二，采用高精度功率分析仪LMG 500，实现电压和电流测量输入之间组延迟<3ns（采样率3M/s），在低功率因数下保证了非常高的测量水准，基本精度达：±（读数的0.01%＋量程的0.02%），相角误差在50Hz时<1μ弧度；

第三，具有补偿电容器组投入电压组合及容量组合的自动计算、控制功能，显著降低了对现场试验电源容量的要求；

第四，试验控制系统采用可编程逻辑控制器配合上位计算机的形式，人机界面友好，简单易操作；

第五，设备安装改造方便，试验方式灵活多变。

附图说明

图1是本发明的电气设计图；

图2是本发明的空载试验单相接线图；

图3是本发明的空载试验等效原理图；

图4是本发明的负载试验单相接线；

图5是本发明的负载试验等效原理图；

图6是图1中的一次回路原理图。

具体实施方式

如图1、6所示，本发明的大型油浸式变压器空、负载综合试验设备及方法。其中，大型油浸式变压器空、负载综合试验设备分为试验电源部分和测量系统。试验电源部分包括感应调压器2、中间变压器3、油浸式密集型补偿电容器组4及试验控制系统；测量系统包括精密测量电流互感器、电压互感器及功率分析仪。本发明的测量系统为大型油浸式变压器空负载损耗测量设备。

如图6所示，虚线部分为本发明的一次回路原理图，由开关柜1、感应调压器2、中间变压器3、补偿电容器组4、精密测量互感器5五部分组成，整个回路在感应调压器2的输入侧开关柜内设置了交流接触器用于远程控制主回路的通断。

如图1所示，本发明二次控制系统采用可编程逻辑控制器配合上位计算机实现，控制器上包含输入点与输出点。如图1所示，输入点从P00到P23共36个，输出点从P40到P57共24个，其名称的计数方式均为16进制。输入点为外部控制器的接点，在接点与公共端之间施加适当电压的电源后，控制器上的对应指示灯会亮起，其程序内的对应接点也会动作，其全部36个接点平均分为2组，每组所有接点共享一个公共端即COM，电源使用直流24V。输入点一般用于交流接触器、限位开关及按钮等的状态指示，图1中右侧虚线框内的内容均在开关柜外部。输出点为控制器内部编程控制的常开接点，如图1所示，其分为7组，每组接点数量从1个到4个不等，每组内所有接点共享一个COM。

如图1所示，其他二次控制系统包含：精密测量电流及电压互感器二次档位调节控制及指示，补偿电容器组电压及容量分组档位调节指示，中间变压器输出档位调节控制及指示，感应调压器升降压（变频器）控制及高低限位指示，感应调压器输入过流继电器保护，进线电源电压及感应调压器输入电流测量。控制器及电气元器件等控制设备组装于控制柜内，系统各处的控制线缆的连接均使用不同芯数的专用航空插头进行（图1中1#~8#），可防止线缆的错误连接。

本发明的空载试验单相接线及等效原理图如图2、3所示。通过空载试验，可以测量变压器的空载损耗和空载电流百分比，同时可以求取：变压器的变比、变压器的励磁参数、和。空载试验可以在变压器的任何一侧进行，但为了安全和仪表选择方便，通常在低压侧进行，即低压侧加电压，高压侧开路。接线时需要注意：因空载电流很小，为了减小电流的测量误差，应把电流表串联在变压器线圈侧。

空载试验时，调节外加电压为额定值，读取电压表读数、；电流表读数；功率表读数。由空载等效电路可以看出，在忽略相对较小的空载直流电阻损耗和绝缘介质损耗条件下，变压器的空载损耗等于铁心损耗，即；在忽略相对较小的漏阻抗压降条件下，空载阻抗即为励磁阻抗。

因此，根据空载测量结果可以得到：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

对于三相变压器，应根据试验测得的三相功率、线电压和线电流，分别求出每相的数值后，再用式(1)~(6)来计算变压器的励磁参数，变压器变比也需要用相电压来计算。

本发明的负载试验单相接线及等效原理图如图4、5所示。通过负载试验可以求取变压器的负载损耗和短路阻抗(即变压器的短路电压百分值比)，同时可以得到变压器的短路参数和。负载试验也可以在变压器的任何一侧进行，但为了安全和仪表选择方便，通常在高压侧进行，即高压侧加电压，低压侧短路。由于变压器的短路阻抗很小，为了避免过大的短路电流损坏绕组，外加电压必须很低。为了减小电压的测量误差，接线时应注意把电压表和功率表的电压线圈并联在变压器线圈侧。由于很低，铁心中主磁通很小，故励磁电流和铁心损耗可忽略不计，即等效电路中的励磁支路相当于开路，从而得到负载试验短路时的等效电路。

负载试验时，缓慢升高外加电压，直到短路电流达到额定值即，立即读取电压表读数、电流表读数和功率表读数，然后切断电源。测得的称为负载损耗，又称为短路损耗，它等于一、二次绕组电阻上的铜损耗，即；测得的一次侧电压称为短路电压，又称为阻抗电压，它等于额定电流在短路阻抗上产生的压降，即，则短路电压百分值比为

(7)

根据测量结果可以计算出短路参数为

(8)

(9)

(10)

对于大型油浸式电力变压器，负载试验时所需现场试验电源的容量很大，因此本发明采用油浸式密集型补偿电容器组进行感性无功补偿，降低试验电源的容量，使大型油浸式变压器现场进行负载测量成为可能，本发明负载试验电容器补偿方案步骤如下：

1、确定被试品的短路阻抗及试验额定电流；

5、调压器输出电流=调压器额定电流×调压器容量百分数；

6、中间变压器输出电流=调压器输出电流/中间变压器变比；

7、电容器需要补偿的电流=–中间变压器输出的电流；

8、选择电容器的补偿容量=×电容器需要补偿的电流×步骤3选择的电容器档位下额定电压。

上述各个参数如：、等，均可以用设备测得或从现有技术得到。

综上所述，本发明结构简单、微机自动化控制，界面简单易操作，突破了传统变压器空负载现场试验对电源容量的限止，使110kV和220kV大型油浸变压器现场进行空负载损耗测量成为可能，填补了国内现场空负载损耗测量的空白，有效保证电力变压器可靠安全运行。

Claims

1.大型油浸式变压器空、负载综合试验方法，其特征在于：

该综合试验方法采用的大型油浸式变压器空、负载综合试验设备分为试验电源部分和测量系统；试验电源部分包括通过线路依次连接的感应调压器、中间变压器、油浸式密集型补偿电容器组及试验控制系统；测量系统包括精密测量电流互感器、电压互感器及功率分析仪；

采用油浸式密集型补偿电容器组进行感性无功补偿，降低试验电源的容量；油浸式密集型补偿电容器组补偿方案步骤如下：

第1步、确定被试品的短路阻抗Z_S及试验额定电流I_1N；

第2步、根据试验额定电流的百分数I_S％来确定要施加的电压U_S及电流I_S，即U_S＝U_1N×(Z_S×I_S％/100)，I_S＝I_1N×I_S％；

第3步、根据U_S的值选择中间变压器的档位、电压互感器的档位、电容器电压档位，根据I_S的值选择电流互感器的档位；

第4步、选择调压器容量＝电源容量/1.1(本发明方案考虑10％的容量裕度)，则调压器容量百分数＝选择调压器容量/调压器额定容量S_N；

第5步、调压器输出电流＝调压器额定电流I_N×调压器容量百分数；

第6步、中间变压器输出电流＝调压器输出电流/中间变压器变比；

第7步、电容器需要补偿的电流＝I_S–中间变压器输出的电流；

第8步、

2.根据权利要求1所述的大型油浸式变压器空、负载综合试验方法，其特征在于：通过空载试验，测量变压器的空载损耗P₀和空载电流百分比I₀％，同时可以求取：变压器的变比k、变压器的励磁参数R_m、X_m和Z_m；空载试验可以在变压器的任何一侧进行；把电流表串联在变压器线圈侧；

空载试验时，调节外加电压U₁为额定值U_1N，读取电压表读数U₁、U₂₀；电流表读数I₀；功率表读数P₀；在忽略相对较小的空载直流电阻损耗和绝缘介质损耗条件下，变压器的空载损耗等于铁心损耗P_Fe，即在忽略相对较小的漏阻抗压降I₀Z₁条件下，空载阻抗即为励磁阻抗；

因此，根据空载测量结果可以得到：

<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>%</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>I</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>&times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

对于三相变压器，根据试验测得的三相功率、线电压和线电流，分别求出每相的数值后，再用式(1)～(6)来计算变压器的励磁参数，变压器变比用相电压来计算。

3.根据权利要求2所述的大型油浸式变压器空、负载综合试验方法，其特征在于：空载试验在低压侧进行，即低压侧加电压，高压侧开路。

4.根据权利要求1所述的大型油浸式变压器空、负载综合试验方法，其特征在于：通过负载试验求取变压器的负载损耗P_S和短路阻抗Z_S，即变压器的短路电压百分值比U_S％，同时可以得到变压器的短路参数R_S和X_S；负载试验也可以在变压器的任何一侧进行，为了减小电压的测量误差，接线时把电压表和功率表的电压线圈并联在变压器线圈侧；

负载试验时，缓慢升高外加电压，直到短路电流达到额定值即I_S＝I_1N，立即读取电压表读数U_S、电流表读数I_S和功率表读数P_S，然后切断电源；测得的P_S称为负载损耗，又称为短路损耗，它等于一、二次绕组电阻上的铜损耗，即测得的一次侧电压U_S称为短路电压，又称为阻抗电压，它等于额定电流在短路阻抗上产生的压降，即U_S＝I_1NZ_S，则短路电压百分值比为

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根据测量结果可以计算出短路参数为

5.根据权利要求4所述的大型油浸式变压器空、负载综合试验方法，其特征在于：负载试验在高压侧进行，即高压侧加电压，低压侧短路。