CN114002274A - 一种变压器绕组参数的无损检测试验中电容补偿的计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变压器绕组材质辨识领域，特别涉及测量变压器谐波电阻时的电容补偿方法。该方法解决了变压器内部电感对谐波电阻测量的影响，本发明提出了详细的变压器电感补偿方案，并根据该方案设计了一种电容补偿装置。通过本方法，可以准确的测量变压器绕组的谐波电阻。
Description
技术领域
本发明属于变压器绕组材质辨识领域，特别涉及测量变压器谐波电阻时的电容补偿方法。
背景技术
变压器是电力系统运行中极为重要的环节，变压器不仅起到电力系统电压变换的作用，还为电力系统电气隔离提供了帮助。变压器能否正常运行对电力系统来说是至关重要的，为了保障变压器运行的稳定性和安全性，电力公司在进行电网建设和运营时都会选用铜绕组变压器做配网变压器。然而一些厂商发现，通过改变导体截面积、变压器绕组匝数和铁芯尺寸等方式将铝绕组变压器的铭牌参数设计成和铜绕组一致，而成本却只有铜变压器的一半，因此出现了以铝绕组变压器来代替铜绕组变压器的情况。这种以次充好的情况严重威胁着电力系统的安全运行，但是由于厂商们在设计时，将铝变压器外观等特性设计的同铜变压器无异，再加之不同厂商的设计工艺不同等问题，造成电力公司无法从外部进行绕组识别。因此催生了很多变压器绕组辨识方案，然而这些方案要么会对变压器造成损坏，要么不适合工程应用场景。
基于谐波电阻的变压器绕组材质无损辨别方法是目前工程实用性较强的检测手段，但是在谐波电阻的测量过程中由于变压器内部存在较大的电感增加了谐波电阻的测量难度，为解决该问题，使得变压器谐波电阻的测量更加准确和快速，本发明公开了一种适用于测量变压器谐波电阻时的电容补偿算法和设备。
发明内容
本发明针对基于谐波电阻的变压器绕组材质识别办法，提供了一种变压器谐波电阻测量时的高频电容补偿计算方法和设备。
本发明所提供的计算流程如图1所示，计算方法包含以下内容：
S1：根据变压器铭牌参数获得变压器短路损耗Pk(W)、变压器容量S(kVA)和变压器短路阻抗百分数Uk％，求出变压器感抗的计算公式为：
其中，XL的单位为Ω；
S2：根据S1中得到的参数，并结合图2变压器谐波电阻测量等效电路图，求出基频(50Hz)下变压器等效电感计算公式为：
L＝XL/314.159265
其中，L的单位为H；
S3：根据S1、S2中得到的感抗和电感分别计算频率为：200、500、700、900、1100、1200、1300、1400、1500时的补偿电容值；
S4：将S3所述电容值转化为电容箱的连接端子号；
进一步的为了便于电容补偿时的电容器容值调节和快速补偿，根据S3中电容值的分布情况制作便于电容器连接的电容箱，结合图3至图5，包含以下内容：
电容箱体，所述电容箱体由绝缘材料制作而成，底部附加万向轮，侧面附加支撑柱和拉杆以便移动；
电容接线端子面板，所述面板由香蕉插头母端、电压表、保护开关、接线螺栓、航空插头组成；
电容组合，所述电容组合由3*18个高频高压电容通过一定顺序排列组合而成，为减小接触电阻和导线电阻对测量带来的误差，所述电容与铜板直接接触排列，以增大接触面积，所述排列为按照电容不同容值组成的可以满足从1nF-30000nF连续可调的电容组合；
电压表，所述电压表是在电容器两段母线上串联20MΩ采样电阻，构成采样回路，将采样电压的10％接入整流桥后显示在电压表上；
保护开关，所述保护开关由4.5kV过压保护空气开关构成；
接线螺栓，所述接线螺栓设计用以提供连接变压器和测量设备的接线端子；
航空插头及相应连接线；
端子连线，所述端子连线由香蕉插头和线鼻子组成，用于快速高效连接电容器组合和增大接触面积减小连接电容时构成的接触电阻；
变压器一次侧供电连接线，所述连接线由鳄鱼夹和线鼻子构成；
变压器二次侧大电流连接线，所述连接线由不同颜色的鳄鱼夹和大电流导线构成。
附图说明
图1是电容补偿计算方法流程图
图2是变压器谐波电阻测量等效模型图
图3是电容箱外观图
图4是电容箱面板接线原理图
图5是电容箱连接线
其中：
100-电容箱体；
101-电容箱面板；102-万向轮；103-绝缘材料；104-支撑柱；105-拉杆；
201-电容器组合；2011-高频高压电容器；202-航空插头母端；203-电压表；204-保护开关；205-铜板；206-香蕉插头母端；207-接线螺栓；
300-变压器一次侧供电连接线；301-变压器二次侧大电流连接线；302-鳄鱼夹；303-香蕉插头公端；304-航空插头及其连线；305-线鼻子。
具体实施方式
为了使本发明的计算方法和配套设备的实际效果更加清楚，特举具体实例来对本发明所提算法做进一步详细描述。
以一台800kVA干式铜变压器为例，首先根据铭牌参数得到以下内容：
| 变压器容量(S/kVA) | 800 |
| 变压器短路损耗(Pk/W) | 4575 |
| 变压器短路阻抗百分数(Uk％) | 5.73 |
通过本发明提供的算法计算得到该变压器单相绕组的感抗为7.127Ω，继续计算得到电感为22.685mH，根据所述步骤计算得到每一个待测频率下的电容补偿值及分别为：
| 频率 | 200 | 500 | 700 | 900 | 1100 | 1200 | 1400 | 1500 |
| 补偿值/nF | 27915 | 4466 | 2279 | 1378 | 923 | 775 | 570 | 496 |
利用软件将所述电容值转化为电容箱的对应联结号后，在各次频率下分别连接电容箱测量对应的谐波电阻，实际测试值如下：
| 频率 | 200 | 500 | 700 | 900 | 1100 | 1200 | 1400 | 1500 |
| 谐波电阻/Ω | 2.77 | 4.31 | 7.55 | 9.46 | 11.20 | 12.38 | 12.89 | 15.07 |
电容器用于补偿特定频率下变压器的等效电感，因此发生谐振时所测谐波电阻将是一条光滑的曲线，通过数据可以看到使用本发明的计算方法能够准确的计算出特定频率下用于谐振补偿的电容值，并通过本发明的电容箱快速进行连接测试，既提高了测量准确性减小了接触电阻等误差，又大幅缩短了实验时间。
以上所述仅为本发明实际应用中的一个案例，本发明不局限于该案例，本发明可用于测试任何变压器的谐波电阻。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种测量变压器谐波电阻时的电容补偿计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：
S1：根据待测变压器铭牌参数，得到变压器容量S(kVA)，变压器短路损耗Pk(W)，变压器短路阻抗百分数Uk％，求出变压器感抗的计算公式为：
其中，XL的单位为Ω；
S2：根据S1中得到的参数及变压器谐波电阻测量等效电路图，求出基频(50Hz)下变压器等效电感计算公式为：
L＝XL/314.159265
其中，L的单位为H；
S3：根据S1、S2中得到的感抗和电感分别计算频率为：200、500、700、900、1100、1200、1300、1400、1500时的电容值；
S4：将S3所述电容值转化为电容箱的连接端子号。
2.根据权利要求1所述计算方法设计的电容箱装置，其特征在于，包括：
电容箱体(100)，所述电容箱体(100)由绝缘材料(103)制作而成，底部附加万向轮(102)，侧面附加支撑柱(104)和拉杆(105)以便移动；
电容接线端子面板(101)，所述面板(101)由香蕉插头母端(206)、电压表(203)、保护开关(204)、接线螺栓(207)、航空插头母端组成(202)；
电容组合(201)，所述电容组合(201)由3*18个高频高压电容(2011)通过一定顺序排列组合而成，为减小接触电阻和导线电阻对测量带来的误差，所述电容与铜板(205)直接接触排列，以增大接触面积，所述排列为按照电容不同容值组成的可以满足从1nF-30000nF连续可调的电容组合；
电压表(203)；
保护开关(204)，所述保护开关(204)由4.5kV过压保护空气开关构成；
接线螺栓(207)，所述接线螺栓(207)设计用以提供连接变压器和测量设备的接线端子。
3.根据权利要求2所述的电容箱装置，其特征在于，还包括：
航空插头及相应连接线(304)；
端子连线(306)，所述端子连线(306)由香蕉插头(303)和线鼻子(305)组成，用于快速高效连接电容器组合(209)和增大接触面积减小连接电容(201)时构成的接触电阻；
变压器一次侧供电连接线(300)，所述连接线由鳄鱼夹(302)和线鼻子(305)构成；
变压器二次侧大电流连接线(301)，所述连接线(301)由不同颜色的鳄鱼夹(302)和大电流导线构成。
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