CN113376443A - 一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，本发明依据局部放电试验标准DL/T417‑2019《电力设备局部放电现场测量导则》及变压器局部放电成套试验装置，从试验方法、电气原理图上分析，通过脉冲发生器对被试变压器在相应高压套管端部和末屏两个注入点分别注入相同电荷量，得到在检测阻抗两端产生的脉冲电压变化为Um和Um₁，计算后得到回路衰减系数k，最终代入公式即可快速计算得到变压器低压入口等效电容C_eq，可以准确选择补偿电抗器档位及完成谐振频率的预计算，完全满足变压器现场局部放电试验的需要，进而保证设备安全稳定运行，其方法简单，使用方便，效果好，具有很好的推广应用价值。

Description

一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法

技术领域

本发明涉及变压器局部放电试验，特别是一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法。

背景技术

电力变压器作为电力系统中的重要设备之一，起着传输电能、电压变换及分配的作用，一旦出现故障则会直接影响电力系统的安全稳定运行。在变压器出厂、交接或检修时，均需要开展多种试验检测项目。其中，变压器绕组长时感应耐压带局部放电测量试验作为一种非常灵敏高效发现变压器内部放电缺陷的检测方法，成为大型电力变压器出厂、交接或大修后必不可少的试验项目之一。

近些年，利用变频电源局部放电成套试验装置对高电压大容量电力变压器进行长时感应耐压带局部放电试验的应用越来越普遍。该试验项目比较复杂，且需要预先估算相关试验参数，尤其是涉及到补偿电抗器参数选择、谐振频率计算、有功功率及无功功率估算等，均涉及到一个关键参数的计算，即变压器在励磁状态下的等效入口电容值。通过查阅相关资料，一些论文及专利给出了不同的计算方法。参考论文【电力变压器励磁状态下的入口电容计算方法】通过计算变压器几何电容、绕组与铁心之间电容、绕组间电容等，推导出等效入口电容计算公式，估算公式具备一定准确度，然而计算过程复杂，涉及参数量众多，部分数据属于出厂设计值而难以搜集到，并不适应于现场试验。参考论文【750kV变压器长时感应耐压试验关键参数计算】利用变压器高低压侧绕组对地电容量进行估算，实际发现该方法估算出来的等效入口电容具有较大误差，导致试验失败。专利CN201910870490【三相三绕组变压器感应电压带局部放电试验参数估算方法】针对三相三绕组变压器，利用绕组分布电容值，折算到绕组端部集中电容，再计算得到试验容性无功功率，进而推导出等效入口电容值，推导过程比较复杂。综上所述，相关资料中对等效入口电容的计算比较复杂，难以满足现场试验的需要，因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之不足，本发明之目的就是提供一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，可快速准确的得到等效入口电容，满足试验要求。

本发明解决的技术方案是：

一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，包括以下步骤：

步骤一：被试变压器参数收集与计算

收集被试变压器铭牌信息，记录变压器电压连接组别、空载损耗，收集变压器高压套管试验电容量值，根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》计算被试变压器试验电压及高、低压侧应加电压值；

步骤二：仪器及设备连接

变频电源柜BP进线电源接入三相380V电压，输出为单相频率、幅值可调的电压，输出电压至励磁变压器T低压侧，励磁变压器输出高压，补偿电抗器L并联在励磁变压器输出高压的两端，同时该输出高压接线至被试变压器BT的低压绕组，通过感应方式在被试变压器BT高压侧相应测试相感应出试验电压，被试变压器BT高压侧绕组中性点直接接地，以被测试相高压套管电容Ck作为耦合电容，从套管末屏部位取局部放电信号，从被测试相高压套管电容末屏处接线至检测阻抗Zm，检测阻抗通过信号线连接至局部放电测试仪M，通过局部放电测试仪M观察试验中的视在放电量；

步骤三：视在放电量校准

被测试相高压套管电容Ck的端部作为电荷量注入点1，被测试相高压套管电容Ck的末屏作为电荷量注入点2，采用脉冲发生器对电荷量注入点1注入电荷量Q₀，对高压侧绕组端部进行视在放电量标定，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um，对应局部放电检测仪M的放电量响应即为Q₀，采用脉冲发生器对电荷量注入点2注入相同的电荷量Q₀，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um₁，对应局部放电检测仪M的放电量响应为Q₁，有以下公式：

式中，k为回路衰减系数；

通过上式求得回路衰减系数k；

步骤四：变压器低压等效入口电容计算

通过以下公式计算变压器低压入口等效电容C_eq：

C_eq＝1·5N²·(k-1)·C_k

式中：N为变压器高低压侧绕组变比(已知量，可通过被试变压器BT的铭牌计算得到)；C_K为被测试相高压套管电容量(已知量)。

优选的，所述被试变压器BT的型号为YNd11。

优选的，所述步骤二仪器及设备连接完成后，需要进行试验仪器升压检查，具体步骤为：励磁变压器T至被试变压器BT的连线先不接，调节变频电源柜BP的输出电压，缓慢升压至试验电压停留一段时间(如停留1分钟)，无异常情况后，降电压至零，断开电源，完成升压检查，完成后进行后续步骤三的视在放电量校准。

本发明依据局部放电试验标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》及变压器局部放电成套试验装置，从试验方法、电气原理图上分析，提出一种针对YNd11型变压器局部放电试验简便实用的等效入口电容计算方法，通过脉冲发生器对被试变压器在相应高压套管端部和末屏两个注入点分别注入相同电荷量，得到在检测阻抗两端产生的脉冲电压变化为Um和Um₁，计算后得到回路衰减系数k，最终代入公式即可快速计算得到变压器低压入口等效电容C_eq，可以准确选择补偿电抗器档位及完成谐振频率的预计算，完全满足变压器现场局部放电试验的需要，进而保证设备安全稳定运行，其方法简单，使用方便，效果好，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为变压器局部放电试验电气原理图。

图2为视在放电量校准时的电路原理图。

图3为被测试相等效电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1～3所示，本发明一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，包括以下步骤：

步骤一：被试变压器参数收集与计算

收集被试变压器铭牌信息，记录变压器电压连接组别、空载损耗，收集变压器高压套管试验电容量值，根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》计算被试变压器试验电压及高、低压侧应加电压值；

步骤二：仪器及设备连接

按照图1所示接好仪器及设备，具体包括：变频电源柜BP进线电源接入三相380V电压，输出为单相频率、幅值可调的电压，输出电压至励磁变压器T低压侧(选择合适电压档位)，励磁变压器输出高压，试验用的补偿电抗器L并联在励磁变压器输出高压的两端，同时该输出高压接线至被试变压器BT的低压绕组，通过感应方式在被试变压器BT高压侧相应测试相感应出试验电压，被试变压器BT高压侧绕组中性点直接接地，以被测试相高压套管电容Ck作为耦合电容，从套管末屏部位取局部放电信号，从被测试相高压套管电容末屏处接线至检测阻抗Zm，检测阻抗通过信号线连接至局部放电测试仪M，通过局部放电测试仪M观察试验中的视在放电量；

如图1所示，为变压器局部放电试验电气原理图(以C相为测试相)，图中：

BP为变频电源柜，输入为三相380V电源，输出为输出频率、幅值可调电压；

T为励磁变压器；

D为电压测量装置，对励磁变压器高压侧的电压进行监测；

L为补偿电抗器，补偿回路中的容性无功功率，减少试验设备的容量输出，当被试变压器容量较小时，可不用补偿电抗器；

BT为被试变压器，型号为YNd11；

Ck为被测试相高压套管电容，作为变压器被试相耦合电容使用；

Zm为检测阻抗，内部是由电容C_m、电感L_m、及电阻R_m组合而成的电路；

M为局部放电检测仪，用于监视试验回路中局部放电量。

步骤二仪器及设备连接完成后，需要进行试验仪器升压检查，具体步骤为：励磁变压器T至被试变压器BT的连线先不接，调节变频电源柜BP的输出电压，缓慢升压至试验电压停留一段时间(如停留1分钟)，无异常情况后，降电压至零，断开电源，完成升压检查，完成后进行后续步骤三的视在放电量校准。

步骤三：视在放电量校准

如图2所示，为视在放电量校准时的电路原理图，

图中C_x为高压侧绕组单相对地等效电容；

U_x为脉冲发生器注入后在C_x两端产生的脉冲电压变化；

U_k为脉冲发生器注入后在C_k两端产生的脉冲电压变化；

U_m为脉冲发生器注入后在Z_m两端产生的脉冲电压变化；

i为C_x、C_k、Z_m三者构成的闭合回路电流；

脉冲发生器是以一定幅值电压的方波通过串接小电容组成，输出一定电荷量Q₀的装置；

被测试相高压套管电容Ck的端部作为电荷量注入点1，被测试相高压套管电容Ck的末屏作为电荷量注入点2，采用脉冲发生器对电荷量注入点1注入电荷量Q₀，对高压侧绕组端部进行视在放电量标定，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um，对应局部放电检测仪M的放电量响应即为Q₀(该响应可直接在局部放电检测仪上读出来)；采用脉冲发生器对电荷量注入点2注入相同的电荷量Q₀，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um₁，对应局部放电检测仪M的放电量响应为Q₁，根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》，有以下公式：

式中，k为回路衰减系数；

通过上式求得回路衰减系数k；

视在放电量校准的基本原理是：

图2中，当变压器试品等效电容C_x产生一次局部放电时，在其两端就会产生一个瞬时的电压变化U_x，此时在被试品C_x和检测阻抗Z_m组成的回路中产生一脉冲电流i；脉冲电流i流经检测阻抗Z_m，在其两端产生一脉冲电压U_m。信号线将脉冲电压信号传给局部放电检测仪M，测试仪器M对此信号进行采集、放大和显示等处理，就可测定局部放电量；

实际上，在进行视在放电量的校准过程中，通过对电气原理图进行分析，发现变压器等效入口电容与视在放电量校准量及变压器部分已知参数有关。

公式推导过程如下：

如图2所示，在电荷量注入点1(高压套管端部)注入电荷量Q₀，在局部放电检测仪M上进行放电量标定，此时局放仪上显示放电量响应为Q₀，同时在电荷量注入点2(高压套管末屏)处注入相同电荷量Q₀，此时局放仪上显示放电量为Q₁。

当电荷量注入点1注入电荷量Q₀时，在Z_m上产生的电压变化设定为U_m，考虑到注入试品放电量为脉冲信号，因此脉冲电压按电容分配，则有U_k.C_k＝U_m.C_m,其中C_m为检测阻抗Z_m中的电容：

U_x＝U_k+U_m

推导可以得到：

当电荷量注入点2注入电荷量Q₀时，在Z_m上产生的电压变化为Um₁，此时相当于C_k与C_x串联，再与C_m并联，此时有：

推导可得到：

在电荷量注入点1与电荷量注入点2分别注入同样的放电量后，其视在放电量的比值关系可以表示为：

根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》，该比值系数为回路衰减系数k，则有：

在已知回路衰减系数k的情况下，可以计算出高压侧绕组单相对地电容量C_x，该高压侧绕组单相对地电容量与绕组自身结构尺寸有关系。将高压侧绕组对地电容量换算到同一相低压侧绕组对地电容量，根据电磁感应定律换算系数为N²，其中N为变压器高低压侧绕组变比。

考虑到低压侧绕组为三角形接线，设低压侧绕组单相对地的电容量为C_xd，则有：

C_xd＝N²·C_x

忽略低压侧三相绕组结构、尺寸及磁路差异的影响，可以认为三相低压侧绕组对地的等效电容一致，均为C_xd，因此从被试变压器低压侧看进去，等效电气原理图如图3所示(被测试相为C相)。结合以上公式即可计算低压侧等效入口电容C_eq，其计算公式如下：

C_eq＝1.5N²·(k-1)·C_k

步骤四：变压器低压等效入口电容计算

通过以下公式计算变压器低压入口等效电容C_eq：

C_eq＝1.5N²·(k-1)·C_k

式中：N为变压器高低压侧绕组变比(可通过被试变压器BT的铭牌计算得到)；C_K为被测试相高压套管电容量(已知量)。

计算出变压器低压入口等效电容C_eq，再次确认试验接线无误后，按照规定加压方法进行绕组连同套管的长时感应耐压试验带局部放电测量，并记录有关数据，若视在放电量正常，则降电压至零，断开电源，更换接线，对其余两相进行试验，完成后试验结束，试验完毕，无异常情况，拆除引线。

本发明方法经实际应用，取得了良好的技术效果，列举如下：

某电厂1号主变压器开展绕组连同套管的长时感应耐压试验，变压器设备铭牌如下表1所示。

试验步骤包括：

(1)被试变压器参数收集与计算

局部放电试验之前收集被试变压器铭牌信息见下表：

主变压器A、B、C三相高压电容量分别为431pF、438pF、437pF。

根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》，被试变压器高压侧试验电压计算为

其中Um＝550kV。

(2)仪器及设备连接

现场试验所用仪器设备参数如下表所示：

按照图1接好仪器及设备，具体包括：变频电源柜BP进线电源接入三相380V电压，进线电缆选择3*185平方电缆；变频电源装置输出为单相频率、幅值可调的电压，输出电压至励磁变压器T低压侧(选择合适电压档位)，励磁变压器输出高压，试验用补偿电抗器L并联在励磁变压器输出高压的两端，同时该输出高压接线至被试变压器BT的低压绕组，通过感应方式在变压器高压侧相应测试相感应出试验电压，高压侧绕组中性点直接接地，以测试相高压套管电容作为耦合电容，从套管末屏部位取局部放电信号。从高压套管电容末屏处接线至检测阻抗Zm，检测阻抗通过信号线连接至局部放电检测仪M，通过M可以观察试验中的视在放电量。

(3)试验仪器升压检查

励磁变压器T至被试变压器BT的连线先不接，调节变频电源柜BP的输出电压，缓慢升压至试验电压，停留一段时间，无异常情况后，降电压至零，断开电源；

(4)视在放电量校准

按照图2所示，采用脉冲发生器对被试变压器在相应电荷量注入点1、电荷量注入点2部位分别注入相同电荷量500pC，在局部放电检测仪上分别读取到视在放电量Q₀、Q₁，根据公式：

求出回路衰减系数k。

(5)变压器低压入口等效电容计算

利用电荷量注入点1、电荷量注入点2标定的视在放电量，通过以下公式：

C_eq＝1·5N²·(k-1)·C_k

计算得到变压器低压入口等效电容C_eq。

在确认视在放电量校准后，估算出变压器低压入口等效电容，确认试验接线后，按照规定加压方法进行绕组连同套管的长时感应耐压试验带局部放电测量，并记录有关数据。若视在放电量正常，则降电压至零，断开电源，更换接线，对其余两相进行试验。试验完毕，无异常情况，拆除引线，试验结束。

本次试验结果如下表所示：

根据结果可以清楚的看出，B相的计算入口等效电容与实际入口电容最大偏差达到11.5％。

结合试验数据对试验过程进行分析说明。以B相为例，根据预先计算的入口等效电容，选择1H的补偿电抗，连接方式为两串两并，共4节电感。利用谐振频率计算公式

计算谐振频率f(其中L为谐振回路的电感值，C为谐振回路的电容值)，得到计算谐振频率为199.7Hz，在试验设备运行频率范围内。

试验时预先将频率调至199.7Hz，升压期间不断调整谐振频率，最后得到试验时谐振频率为189.1Hz，相比预先设定值偏小5.6％，试验时的谐振频率仍然在运行频率范围内。从实际案例可看出，采用本发明方法计算出变压器等效入口电容后，可以准确选择电抗器档位及完成谐振频率的预计算，完全可以满足变压器现场局部放电试验的需要，本发明方法具有较强的实用性与创新性，推广应用价值大。

Claims (3)

1.一种YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：被试变压器参数收集与计算

收集被试变压器铭牌信息，记录变压器电压连接组别、空载损耗，收集变压器高压套管试验电容量值，根据标准DL/T417-2019《电力设备局部放电现场测量导则》计算被试变压器试验电压及高、低压侧应加电压值；

步骤二：仪器及设备连接

变频电源柜BP进线电源接入三相380V电压，输出为单相频率、幅值可调的电压，输出电压至励磁变压器T低压侧，励磁变压器输出高压，补偿电抗器L并联在励磁变压器输出高压的两端，同时该输出高压接线至被试变压器BT的低压绕组，通过感应方式在被试变压器BT高压侧相应测试相感应出试验电压，被试变压器BT高压侧绕组中性点直接接地，以被测试相高压套管电容Ck作为耦合电容，从套管末屏部位取局部放电信号，从被测试相高压套管电容末屏处接线至检测阻抗Zm，检测阻抗通过信号线连接至局部放电测试仪M，通过局部放电测试仪M观察试验中的视在放电量；

步骤三：视在放电量校准

被测试相高压套管电容Ck的端部作为电荷量注入点1，被测试相高压套管电容Ck的末屏作为电荷量注入点2，采用脉冲发生器对电荷量注入点1注入电荷量Q₀，对高压侧绕组端部进行视在放电量标定，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um，对应局部放电检测仪M的放电量响应即为Q₀，采用脉冲发生器对电荷量注入点2注入相同的电荷量Q₀，得到在检测阻抗Zm两端产生的脉冲电压变化为Um₁，对应局部放电检测仪M的放电量响应为Q₁，有以下公式：

式中，k为回路衰减系数；

通过上式求得回路衰减系数k；

步骤四：变压器低压等效入口电容计算

通过以下公式计算变压器低压入口等效电容C_eq：

C_eq＝1.5N²·(k-1)·C_k

式中：N为变压器高低压侧绕组变比；C_K为被测试相高压套管电容量。

2.根据权利要求1所述的YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，其特征在于，所述被试变压器BT的型号为YNd11。

3.根据权利要求1所述的YNd11型变压器局部放电试验中等效入口电容计算方法，其特征在于，所述步骤二仪器及设备连接完成后，需要进行试验仪器升压检查，具体步骤为：励磁变压器T至被试变压器BT的连线先不接，调节变频电源柜BP的输出电压，缓慢升压至试验电压停留一段时间，无异常情况后，降电压至零，断开电源，完成升压检查，完成后进行后续步骤三的视在放电量校准。

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