特高压变压器温升试验

    肖远文 彭小兰

    摘 要：本文用实例加以说明特高压变压器温升试验，采用短路法进行，短路法试验变压器的温升是所有变压器温升试验中需要电源容量最小，试验电压最低的试验方法，是变压器温升试验采用最常用方法，具有操作简便，投资少等特点，是国内生产厂家和测检机构进行温升试验的一种有效方法。

    关键词：特高压变压器;温升试验;电力

    0 引 言

    随着我国社会经济的快速发展，我国电力工业也在特高压交流试验示范工程的基础上，国内大、中型变压器生产厂家为满足市场需求，使用原有的试验条件已不能满足其特高压变压器的技术指标与质量要求，一般正常情况下如果要达到特高压变压器的温升试验条件，则要投资上几千万元的改造资金来配置适合要求的试验电源。这对目前国内制造厂和测检机构是一种极大的经济负担。

    为了既能生产出满足市场要求的合格特高压变压器，又能减轻企业负担，通过合理进行配置试验设备，以满足特高压变压器的温升试验条件，达到最小投资目的。

    1 特高压变压器温升试验方法

    温升试验是变压器的型式试验，是变压器所有型式试验和例行试验项目中需要电源容量最大、占用时间最长的一项试验。

    进行变压器温升试验按电力变压器试验导则有：直接负载法、相互负载法、循环电流法、零序电流法、短路法、此外还有带电直接测量变压器油、铁心和绕组温度的方法，但这种方法因其复杂，很少采用。采用短路法试验变压器的温升是所有变压器温升试验中需要电源容量最小，试验电压最低的试验方法，是特高压变压器温升试验的最常用方法。

    本次论文的采用短路法试验原理：利用变压器短路产生损耗，来进行温升试验，试验分为两个阶段进行，第1阶段是在变压中施加最大总损耗，冷却设备工作在额定工作状态下，试验变压器油的温升;第2阶段待第一阶段结束后（油温升恒定状态）降低试验电源输入功率，使绕组中的电流等于额定容量的最大电流。

    需要指出的是，特高压变压器采用短路法进行温升试验，由于它们作为负载均是感性的，所以在电源容量的需求上，真正的有功功率并不大，设计从经济角度上考虑电源仅提供有功功率，其它采取无功补偿方式进行。通过无功补偿弥补电源容量的不足， 同时也可以减少对试验设备的投资， 这是一种较为经济的且行之有效的最佳方法。

    2 特高压变压器温升试验计算

    2.1 主要依据及标准

    GBT 16927.1-2011? 高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求

    GB 1094.1-2013? ? 电力变压器 第1部分：总则

    GB 1094.2-2013? ? 电力变压器 第2部分：液浸式变压器的温升

    JBT501-2006? ? ? 电力变压器试验导则

    GBZ 24843-2009? ?1000kV单相油浸式自耦电力变压器技术规范

    Q/GDW103-2003? ?750kV系统用主变压器技术规范

    2.2 试验容量的计算

    例如我国特高压变压器1000kV/1000MVA，由于国内运输问题基本上设计为单相自耦形式，其主体变压器（简称试品）的技术数据取自GBZ 24843-2009参数如下：

    设温升试验在高中最大电流分接，中压侧短路，高压侧加压进行，额定电压是：1050//287.95kV;额定电流是：1649.6/3472.8A。

    施加总损耗所需的电流按《变压器试验技术》表16-9[1]，设环境温度为10℃时应是1.188倍额定电流。

    设进行试验所需的视在容量为Sc，则Sc等于：

    2.3 试验电源方案

    目前国内外试验电源组合方案有：低压补偿方式、高压补偿方式、高压+低压补偿方式等，试验电源由发电机组、中间变压器、补偿电容塔组成，其组合方案如下：

    方案一建造容易，损耗大及投资大的缺点，若要进行变压器温升试验，从发电机组电源后级开始所有设备满足温升试验容量，由于温升试验时间较长，在低压侧（设为10kV侧）总电流将达到2万多A左右，这么大的电流对线路、开关等均是一个严峻的考验。因此，该方案在大容量变压器温升试验中的弊端也十分明显。

    方案二具有中间变压器容量小，损耗低的优点，但同时也有复杂程度高，短时间内难以建成的缺点。

    方案三介于上两个方案之间，对于制造企业生产产品规格多（变压器、电抗器等）适用，既有一定的先进性，对变压器温升试验来说是高压补偿，对并联电抗器来说是低压补偿。但同时也有复杂程度高，短时间内难以建成的缺点。

    綜上所述，我认为采用第二种方案对高电压大型变压器温升试验电源较为理想。从经济上简单的分析，同容量下中间变压器价格是电容器价格近十倍，这样可降低不少投资。

    2.4 试验设备的选择

    2.4.1 补偿电容塔容量的选取

    设试验电源补偿功率因数补偿到cosφ1=0.95，仅考虑试品有功损耗的情况下，则补偿电容器后节省电源的视在功率为：

    （1）方案一：设单台电容器电压为21.5kV，则国家标准容量为800kvar、400kvar、200kvar三种规格，则电容分别为：

    （3）方案一总技术说明：

    总容量254400kvar，其中：1）单台容量800kvar，电压：26kV，共300台;2）单台容量400kvar，电压：26kV，共24台;3）单台容量200kvar，电压：26kV，共24台（作为补偿容量微调）;各级串并联隔离开关容量按总容量设计，电压等级满足各级串并联要求。

    电容器组分成三相，每相总容量84800kvar，系統对地绝缘等级145kV，最高单相电压129.6kV，最高三相电压180.6kV。共3个塔，每塔按2层塔架设计。

    每级800kvar电容器按并联数1—2—4—8—10分组，可组成1～25台任意组合。200kvar和400kvar电容器按并联数各分1—2组，可组任意投入与退出。每级共29个电容器组，通过35kV气动隔离开关的操作完成电容器组的投入或切除。

    每相（塔）级与级的串并联接法组合通过72kV气动隔离开关切换来完成。

    主回路Y接、△接和单相接法的切换通过145kV气动隔离开关操作来完成。

    系统额定输出电流最大按2000A设计。

    2.4.2 中间变压器容量的选取

    根据试品总有功功率，估算出视在功率。根据变压器的合理利用率和试验时不同容量的补偿方式，选择变压器的容量，为电容器少补偿后留有余量，根据各个试品的试验电压等级选择变压器高低压侧电压。

    （1）设中间变压器为16000kVA，主要参数如下：

    （2）验算中间变压器输出参数是不满足要求：

    2.4.3 发电机组容量的选取

    发电机组容量设计，需满足1000kV/1000MVA变压器温升试验最大有功电流及提供的中间变压器低压侧需求电压从0～额定可调。

    （1）发电机部分：

    （2）拖动电动机部分：

    3 结束语

    特高压变压器温升试验功率因数极低，通过以上计算分析，在补偿电容容量计算时可以直接提高电源所需的功率因数来计算需要的补偿电容数量。对于电源能够提供的有功功率，只要能大于负载和线路的损耗即可。

    补偿电容作用的发挥与其端电压成正比，当其端电压低于其额定电压时，则不能提供额定的补偿电流适当的提高补偿电容的端电压（在额定电压范围下），可以更有效的发挥。

    本论文仅考虑上述实例进行配制的，但工厂的实际情况，产品种类很多，从10～1000kV级电压范围较广，试验电源容量的计算需进一步完善。本论文仅作为工程设计，特高压变压器温升试验计算的参考。

    参考文献：

    [1]保定天威保变电气服份有限公司.变压器试验技术[S].2000（03）.

    [2]沈阳变压器厂.《变压器试验》修订本[S].1986（09）.

    [3]沈阳变压器研究所.变压器试验原理和方法[S].1993（04）.