變壓器溫升試驗一次回路的確定與分析*

楊生澤

(甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅 天水 741018 )

0 引 言

隨著輸配電設(shè)備自動化水平的不斷提高，對電力變壓器輸送電力的可靠性要求越來越高。變壓器作為輸配電中不可缺少的設(shè)備，它的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的運行質(zhì)量。而檢測變壓器質(zhì)量的手段就是通過變壓器試驗。目前，大多數(shù)的變壓器試驗自動化程度不高，測量誤差大，不能有效地檢測出變壓器存在的故障。因此，提高電力變壓器試驗的自動化水平顯得非常重要[1]。

筆者以10 kV，630 kVA及以下電力變壓器的溫升試驗為研究對象，通過計算，確定了試驗一次回路中各執(zhí)行元件的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)確定了試驗電路。

1 變壓器試驗一次回路的確定

測定穩(wěn)態(tài)溫升的標(biāo)準(zhǔn)方法是采用短路接線的等效試驗法，是目前所有變壓器溫升試驗方法中，所需電源容量最小、電壓最低的方法，因此是目前電力變壓器溫升試驗的最常用方法[3-4]。文中分析的主要對象就是采用短路法測定變壓器溫升一次回路的確定方法。如圖1所示，該圖中電源推薦選用發(fā)電機(jī)(G)，由于發(fā)電機(jī)成本昂貴，而且占地大，控制復(fù)雜，但是考慮到本次設(shè)計目標(biāo)為10 kV，630 kVA及以下的變壓器，試驗容量較小，所以本次電源選用調(diào)壓器來實現(xiàn)。

斷路器QF1、QF2分別實現(xiàn)調(diào)壓器的輸入和輸出保護(hù)，KM1、KM2分別實現(xiàn)調(diào)壓器的輸入和輸出控制，QS2實現(xiàn)隔離功能，作為試驗間歇的可見斷口，TU與TA4作為電壓、電流互感器為變壓器試驗提供試驗數(shù)據(jù)。并聯(lián)電容器組提供補償用，可以有效降低調(diào)壓器容量。

2 變壓器試驗一次回路參數(shù)計算

對于10 kV/630 kVA變壓器產(chǎn)品，根據(jù)GB/T6451-2015,變壓器分為三相雙繞組無勵磁調(diào)壓配電變壓器、三相雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器、三相雙繞組有載調(diào)壓配電變壓器考慮其容量，而變壓器溫升(負(fù)載)試驗容量取決于變壓器短路阻抗。

10 kV/630 kVA變壓器無論三相雙繞組無勵磁調(diào)壓配電變壓器、三相雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器、三相雙繞組有載調(diào)壓配電變壓器短路阻抗Uk%最大數(shù)值為4.5%，其余為4%；其系統(tǒng)容量按照10 kV/630 kVA變壓器產(chǎn)品，考慮其Uk%最大為4.5%。因此全容量負(fù)載試驗的試驗容量可由下式確定：

Sd=Sn×Uk%

式中：Sd為變壓器負(fù)載試驗容量，kVA；Sn為變壓器額定容量；Uk%為變壓器阻抗電壓；綜合考慮被試變壓器產(chǎn)品全容量負(fù)載試驗的最大試驗容量為630 kVA。

2.1 變壓器溫升試驗容量的確定

變壓器溫升試驗容量可由下式確定：

St=Sn×Uk%×k1[1]

式中：St為變壓器溫升試驗容量，kVA；Sn為變壓器額定容量，kVA；Uk%為變壓器阻抗電壓；k1為變壓器施加總損耗與負(fù)載損耗時電流的比值，設(shè)計取1.15。

綜合考慮被試變壓器產(chǎn)品溫升試驗的最大試驗容量為32.602 5 kVA。

2.2 變壓器試驗系統(tǒng)最高試驗電壓的確定

當(dāng)10 kV/630 kVA產(chǎn)品進(jìn)行溫升試驗時，試驗系統(tǒng)具有最高的試驗電壓。變壓器溫升試驗電壓可由下式確定：

Ut=Un×Uk%×k1

式中：Ut為變壓器溫升試驗電壓，kV；Un為變壓器額定電壓，kV；Uk%為變壓器阻抗電壓；k1為變壓器施加總損耗與負(fù)載損耗時電流的比值，設(shè)計取1.15。

因此，10 kV/630 kVA變壓器產(chǎn)品溫升試驗時，最高試驗電壓Ut=0.517 5 kV。

2.3 調(diào)壓器參數(shù)的確定

試驗用調(diào)壓器是變壓器空載試驗、負(fù)載試驗和溫升試驗的供電電源。根據(jù)以上計算結(jié)果，溫升試驗的最大容量為32.6025 kVA。最高試驗電壓Ut=0.517 5 kV。

根據(jù)常見三相調(diào)壓器規(guī)格，三相調(diào)壓器輸入電壓為380 V±10 V，輸出電壓一般為430 V、500 V、650 V、750 V等，而我們要求的517.5V只能選用檔的三相調(diào)壓器，要不500 V及以下不能滿足要求，電壓太高又不太經(jīng)濟(jì)，如果專門定制380 V/520 V的變壓器價格又十分昂貴。

溫升試驗的最大容量為32.602 5 kVA。但是要求電壓為0.517 5 kV，而我們選用電壓為650 V，所以考慮高電壓降容，SY=32.6025 kVA×650 V/0.517 5 kV=37.8 kVA,故選用滿足要求的現(xiàn)有三相調(diào)壓器的最小規(guī)格40 kVA。

2.4 中間變壓器及補償電容器的考慮

中間變壓器作為發(fā)電機(jī)輸出和被試變壓器之間的電壓轉(zhuǎn)換，一是要求它的額定容量滿足輸入容量的要求，二是其輸出電壓滿足試驗電壓的要求。由于本次設(shè)計容量較小，電壓較低，三相調(diào)壓器能夠滿足試驗要求，所以本設(shè)計不考慮選用中間變壓器也能夠滿足變壓器試驗的電壓及容量要求。

由于變壓器產(chǎn)品溫升試驗其大部分為無功，功率因數(shù)很低，如果容量較大，單純靠發(fā)電機(jī)來輸出試驗容量容量是十分不經(jīng)濟(jì)的。試驗系統(tǒng)選用配補償電容器的形式來滿足試驗要求。但是，考慮此次設(shè)計容量較小，增加補償電容器成本較高，而且回路較復(fù)雜，而且增加電容器需要在試驗后放電，增加了試驗的安全隱患以及操作復(fù)雜性，所以此設(shè)計不考慮電容器組補償?shù)姆绞健?/p>

圖2 三相變壓器溫升試驗接線示意圖[2]

3 主回路元件的確定

變壓器試驗一次回路為主要控制保護(hù)對象為40 kVA三相調(diào)壓器，根據(jù)其技術(shù)參數(shù)，其過載系數(shù)為1.2倍60 min，基于安全考慮，此次容量按照1.15倍計算。那么回路電流：

In=40 kVA×1.15/380 V/1.732=69.89 A

那么QF1、QF3選用100 A框架，80 A電流的塑殼斷路器，隔離開關(guān)QS1選用100 A隔離開關(guān)。

考慮到此次主要為感性負(fù)載，電流沖擊較大，所以本次選用接觸器為160 A的接觸器。

基于成本及可靠性考慮，此次選用斷路器為CM1-100/3320(Ie=80 A)系列塑殼斷路器，隔離開關(guān)選用HD11-100/31系列開啟式刀開關(guān)，接觸器選用CJX4-160/3系列交流接觸器。選用BH-0.66 75/5系列空心電流互感器,電壓互感器選用JDZ-3 1 000/100系列環(huán)氧樹脂澆注絕緣電壓互感器。

4 試驗驗證

選取了1臺完好的變壓器進(jìn)行了上面系統(tǒng)的驗證，試驗采用短路法。被試變壓器是型號為SCB -630/10的油浸式變壓器，額定電壓為10/0.4 kV，額定電流為36.4/909.4 A，在額定位置時的測試相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所列，試驗按照圖2的原理接路圖。

表1 試驗數(shù)據(jù)

依據(jù)上面數(shù)據(jù)可算出變壓器施加總損耗時的電流為37.5 A，此臺變壓器溫升試驗所需要的容量St為：

St=630×0.0447×(37.5/36.4)=29.01 kVA

通過上面的驗證，所有數(shù)據(jù)都在此設(shè)計的范圍之內(nèi)，該系統(tǒng)能夠滿足10 kV/630 kVA及以下變壓器的溫升試驗。

5 結(jié) 語

結(jié)合國內(nèi)變壓器廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，在查閱大量資料的基礎(chǔ)上重點針對變壓器短路法溫升試驗第一階段回路的確定。由于時間和能力所限，文中將研究范圍僅僅局限在了10 kV/630 kVA及以下電力變壓器，并且存在很多的不足，在今后的變壓器溫升試驗中，我們也將繼續(xù)致力于系統(tǒng)自動化的更新，充分準(zhǔn)備好試驗方案、精心測試，認(rèn)真分析，力求取得準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。