220kV变压器一次升流试验

    罗智恺

    摘 要：220kV变压器在各侧电流互感器的变比和接线方式较为复杂，在正式投产之前进行一次升流试验能够较全面的验证各侧电流互感器的变比，极性，组别和内部二次引出线的正确性，从而保证了保护测控装置的可靠性。本文先对变压器等效电路及其参数计算进行了介绍，然后提出了一次升流的试验方案，并将理论值和实际试验值进行对比验证，保证了试验结果的正确性。

    关键词：变压器；短路阻抗；等效电路；一次升流；相位图

    中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）09-0074-04

    1 引言

    变压器作为220kV变电站的主要电气设备，它将220kV、110kV、10kV三个不同电压等级的系统连接起来，是传输电能的重要一次设备。主变各侧电流互感器（TA）数目多，变比各不相同，在主变基建安装或者二次接线工作中，有时会碰到主变 TA变比、极性、二次绕组接线错误的情况，使得变压保护不能准确工作。在实际工程中，通常采用将单个TA一次升流，干电池点极性或者用TA测试仪进行测试，来进行TA的变比，极性，绕组组别进行校验。由于这种方法没有能够尽可能模拟主变运行时的状况，可能会造成一些疏忽，给变电站投产后的正常运行留下隐患。

    根据验收现场的实际情况，本文提出使用变电站检修电源（380V）对220kV变压器三侧TA进行一次升流试验，同时检测各侧TA的变比、极性、绕组组别和互感器的二次接线情况。

    2 220kV三绕组变压器各侧电流互感器配置

    220kV变电站主变根据《南方电网220kV变电站二次接线标准》，其接线简图如图1所示。

    从220kV变电站变压器典型接线图上可以看出，主变高、中、低三侧断路器对应的电流互感器分别为TA1、TA4、TA7，變压器本体分别装有高、中压侧套管电流互感器，分别为TA2、TA5，高压侧，中压侧的中性点套管电流互感器分别为TA3、TA6。220kV主变的电气量主保护为差动保护（包括稳态比率差动，差动速断，工频变化量比率差动，零序比率差动等），采集主变三侧断路器的TA电流进行矢量求和，得到差动电流大小。主变的TA极性一般如图1所放置，通常主变的各侧TA极性端P1靠母线侧。

    3 220kV变压器模型建立

    3.1 双绕组变压器等效电路

    双绕组变压器等效电路如图2所示，下面将对电路参数计算进行说明：

    GT、BT为励磁绕组的电导、电纳，在作变压器负载运行和短路情况的定量分析时可以将励磁回路断开，从而得到一个更简单的电路如图3，称为变压器的简化等效电路。

    变压器在做短路试验时，通常是将一侧绕组进行短接，在另一侧绕组通过调压变压器进行加压，当短路侧电流达到该侧绕组的额定值后，所测得的有功功率即为短路损耗。此时由于电压低，故铁损可以忽略不计，认为短路损耗PS（kW）与变压器满载后两侧绕组中的总有功功率损耗（即铜耗PCu）相等，即

    3.2 三绕组变压器等效电路

    三绕组变压器的等效电路如图4所示，下面对电路参数计算进行说明：

    通常来说，可以将三绕组变压器的任何一个或两个绕组作为一次侧，另外两个或一个绕组作为二次侧。功率的传输方向是从变压器的一次侧传向二次侧，即一次侧绕组的有功（无功）功率等于二次绕组的有功（无功）功率之和。实际运行中，各二次绕组的输出功率是由其所带负载容量而定。因此二次绕组的容量应由各二次绕组可能输出的最大容量确定。所以，各绕组的容量可以不相等，一般将三个绕组中容量最大的一个绕组的容量作为变压器的额定容量。变压器的制造商一般提供将三个绕组两两作短路试验时测得的短路损耗数据，在作高低压短路试验时，短路损耗是以低压侧额定容量作为基准的，所以需要将短路损耗以高压侧额定容量为基准进行规算。具体折算公式如下所示：

    然后根据双绕组变压器计算RT的方法计算出三绕组变压各侧的RT（RT1为高压侧电阻，RT2为中压侧电阻，RT3为低压侧电阻）。

    由于变压器制造商提供的短路电压比总是以高压侧额定容量为基准的，在计算电抗时就不需要折算了。利用以下公式，可以得出三绕组变压器各侧的短路电压比：

    然后根据双绕组变压器计算XT的方法计算出三绕组变压各侧的XT（XT1为高压侧电抗，XT2为中压侧电抗，XT3为低压侧电抗）。

    3.3 实际模型建立

    常规的220kV变电站变压器接线简图如图1所示，主变的高、中压侧三相星形接线，低压侧三相套管首尾相连组合为三角形接线，经过电抗器与低压侧断路器相连再接到低压侧母线。主变压器参数如表1所示。

    4 实例分析

    4.1 一次升流试验说明

    一次升流的方法采用将变压器两两绕组分别进行升流试验，这是为了确保主变各侧TA都有电流流过。为了使得升流时产生的电流最大，一般选择高压-中压侧升流、中压-低压侧升流。在高压-中压侧升流试验中，通常是在中压侧加电源，将高压侧三相短接（一般是将高压侧三相短路接地）。在使用的电压大小一定的情况下，在中压侧加电源所得的短路电流要比在高压侧加电源所得的短路电流大，这样可以使电流互感器的二次电流幅值尽可能大，方便校验。在中压-低压侧升流试验中，通常选择电源加在中压侧，将低压侧三相短路（一般通过10kV接地小车接地），通过短路电流来校验主变低压侧短路TA。

    4.2 具体方案说明

    根据前面的分析，高压—中压侧升流试验时，在主变中压侧P1点加380V动力电源，断开高压侧22011、22012母线隔离开关，断开10kV侧断路器，合上2201B0接地刀闸，构成电流回路。在中压—低压侧升流试验时，在主变中压侧P1点加380V电源，合上10kV低压侧隔离开关、断路器，通过接地小车将10kV母线接地，断开高压侧22014隔离开关。其等效电路图如图5所示。

    根据理论公式计算出各侧电流大小，同时根据理论分析画出主变各侧的电流、电压相量关系图。用相位仪测量主变各侧的电压、电流幅值和相角后，将实际的一次升流数据与理论分析的结果进行对比，来检查主变各侧电流互感器的极性和变比的使用正确与否。之后再通过在电流互感器本体的二次接线盒处，对不同组别的绕组进行短接，通过查看相应接入装置的电流采样是否明显减小来判断保护、母差、录波、测量、计量等组别的接入是否正确。

    比较表2、表3和表4可知，试验所得数据和理论计算数据相比，误差在允许范围之内。因此，通过使用站内380V检修电源对三绕组变压器进行一次升流能够准确地检验出主变各侧套管和断路器电流互感器的变比，极性、绕组组别、二次接线是否正确，确保主变具备投产条件。

    5 结束语

    一次升流试验在变压器调试验收过程中能够有效地检查其各侧电流互感器二次回路接线的正确性和完整性。本文通过三绕组变压器的短路阻抗计算公式与其等效电路，进行各侧短路电压比和短路损耗的折算，计算出一次升流的理论值（在计算主变等效电路参数时，需要注意阻抗电压比和短路损耗的基准）。根据变压器的各侧绕组接线方式，得出适合验收现场的一次升流具体方案，从而得到各侧电流、电压的相位关系。将得到的一次升流试验数据与理论数据相对比可知，试验方案可行，试验结果正确。

    参考文献：

    [1] 何仰赞.电力系统分析[M].武汉：华中科技大学出版社，2002

    [2] Q/CSG11102001-2012，南方电网220kV变电站二次接线标准[S] .广州，2012

    [3] 朱声石. 高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，2005

    [4] DL 400—1991，继电保护和安全自动装置技术规程[S].

    [5] 陈慈萱.电气工程基础[M].武汉：武汉大学出版社，2003

    [6] 许实章.电机学（上册）[M].北京：机械工业出版社，1988

    [7] 邓洁清，项巍. 500kV主变一次通流试验模型及方案的研究[J].继电器，2008，36（7）；92-95.