變壓器溫升試驗(yàn)用補(bǔ)償電容器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇 剛，蘇 強(qiáng)

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261200；2.山東海源泰和電氣有限公司，山東 濟(jì)南 250010）

0 引言

為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和安全性，對(duì)大型變壓器進(jìn)行溫升試驗(yàn)必不可少。大型變壓器在定型或入網(wǎng)前，都需要在變壓器生產(chǎn)廠家或電力系統(tǒng)的修驗(yàn)廠做溫升試驗(yàn)。變壓器各組成部分的溫升數(shù)值是變壓器的特征參數(shù)之一，變壓器應(yīng)承受規(guī)定條件下的溫升試驗(yàn)［1］。溫升試驗(yàn)的目的是獲取變壓器各部件的溫升數(shù)值和驗(yàn)證變壓器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定其溫升是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值。

大型油浸式變壓器的溫升試驗(yàn)通常是采用短路法［1］。短路法就是將變壓器的一側(cè)短路，另一側(cè)供電，試驗(yàn)線路完全與負(fù)載試驗(yàn)相同［2］。試驗(yàn)電源可以從電網(wǎng)直接取電或者自備試驗(yàn)發(fā)電機(jī)組。因?yàn)楸辉囎儔浩魅萘枯^大，所以也需要較大容量的試驗(yàn)電源。由于變壓器的短路阻抗以電抗為主，大容量的被試變壓器實(shí)際上是一個(gè)較大的感性負(fù)荷，所以在做溫升試驗(yàn)的時(shí)候可以采用電容器組補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ从秒娙萜鹘M的容性無功電流來補(bǔ)償被試變壓器的感性無功電流，而試驗(yàn)電源的容量可以按照被試變壓器的有功損耗容量來確定。這就大大減小了所需試驗(yàn)電源的容量，節(jié)省成套試驗(yàn)裝置投資。

1 補(bǔ)償電容器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫升試驗(yàn)電路原理如圖1所示。為了滿足不同電壓等級(jí)變壓器的測試要求，需要在試驗(yàn)電路中采用可調(diào)節(jié)電壓的中間變壓器。中間變壓器和補(bǔ)償電容器組的位置一般采用圖1中所示的方法。這種方法的好處是中間變壓器的容量可以與試驗(yàn)電源一致，而補(bǔ)償電容器組采用高壓側(cè)補(bǔ)償。此方法對(duì)補(bǔ)償電容器裝置要求更高［3-5］。

圖1 變壓器溫升試驗(yàn)原理圖

采用高壓側(cè)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償電容裝置分成3個(gè)塔架結(jié)構(gòu)，分別為A相、B相、C相。每相分?jǐn)?shù)層，每層為1級(jí)，每級(jí)分?jǐn)?shù)組電容器。具體層（級(jí)）數(shù)和組數(shù)，可按照具體項(xiàng)目要求具體設(shè)計(jì)。下面以某省公司修試中心補(bǔ)償電容器系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例說明。

補(bǔ)償電容器塔分三相，每相4級(jí)，每級(jí)5組。塔架整體和每層之間分別采用絕緣瓷瓶保持安全距離。每組電容器均由氣動(dòng)隔離開關(guān)投切，每個(gè)電容器均帶有外熔絲保護(hù)。每級(jí)之間、相相之間、總輸出均采用氣動(dòng)隔離開關(guān)投切。這樣通過相間和組間的各個(gè)隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單相—三相轉(zhuǎn)換、星三角接線方式、電壓等級(jí)、輸出容量的控制。隔離開關(guān)采用氣動(dòng)隔離開關(guān)，其投切控制和狀態(tài)反饋均由絕緣導(dǎo)氣管實(shí)現(xiàn)，解決試驗(yàn)過程中開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的絕緣問題。

補(bǔ)償電容器塔一次接線原理圖如圖2所示。每級(jí)電容器組連接如圖3所示。

圖2 一次系統(tǒng)接線原理圖

圖3 電容器組連接示意圖

電容器塔共85個(gè)隔離開關(guān)。圖2中GA、GB、GC0、GC1、GAC、GAB1、GAB2 共 7 個(gè)隔離開關(guān)決定電容器組的連接方式；KA1～KA6、KB1～KB6、KC1～KC6共18個(gè)隔離開關(guān)決定電容器組的電壓等級(jí)；其余每組電容器內(nèi)部開關(guān)，如圖3所示，共60個(gè)，決定電容器組的容量。例如KA11隔離開關(guān)為A相第一級(jí)的第一組電容器開關(guān)。補(bǔ)償電容器塔功能參數(shù)見表1。

此結(jié)構(gòu)（含具體電容器選擇）補(bǔ)償電容器塔功能，在三相接法時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)19～132 kV，電流26～1 600 A，裝置完全滿足三相500 kV及以下變壓器的溫升試驗(yàn)要求；在單相接法時(shí)，電壓等級(jí)從19～114 kV，可滿足單相800 kV及以下變壓器溫升試驗(yàn)要求；在200 Hz情況下，電壓為1/2工頻耐壓，電流2倍工頻電流，可滿足電抗器產(chǎn)品的感應(yīng)電壓試驗(yàn)補(bǔ)償需要。

2 控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

為滿足電力變壓器溫升試驗(yàn)和并聯(lián)電抗器勵(lì)磁特性及其感應(yīng)試驗(yàn)的要求，根據(jù)電容器塔一次原理設(shè)計(jì)圖，按照不同試驗(yàn)所需電容器組的接線方式與容量、電壓、頻率等參數(shù)，補(bǔ)償電容器塔控制及檢測系統(tǒng)對(duì)各個(gè)隔離開關(guān)進(jìn)行投切控制和狀態(tài)監(jiān)控。

控制系統(tǒng)組成如圖4所示。主要控制部分采用最新結(jié)構(gòu)的可編程控制器（PLC），具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方便易于使用、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了氣動(dòng)隔離開關(guān)，其分合控制與狀態(tài)反饋都由導(dǎo)氣管連接至執(zhí)行和檢測部分，提高了整體控制系統(tǒng)的安全可靠性。操作界面簡明直觀，易于使用。

補(bǔ)償電容器塔中所有的電容投切都是通過氣動(dòng)隔離開關(guān)完成。 PLC控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它可以接受遠(yuǎn)方控制計(jì)算機(jī)或者本地觸摸屏的控制指令，通過中間繼電器輸出至氣動(dòng)電磁閥，由控制電磁閥的通斷來控制隔離開關(guān)的分合；隔離開關(guān)的狀態(tài)又通過裝在隔離開關(guān)上的氣動(dòng)機(jī)控閥控制檢測導(dǎo)氣管，再由氣動(dòng)壓力開關(guān)檢測氣路通斷，從而將隔離開關(guān)開合位置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸入至PLC；PLC根據(jù)輸入狀態(tài)信號(hào)狀態(tài)判斷隔離開關(guān)合閘、分閘狀態(tài)，并將此狀態(tài)上傳至遠(yuǎn)方工控機(jī)和現(xiàn)場觸摸屏，在相應(yīng)的畫面中顯示。

表1 補(bǔ)償電容器塔功能表

圖4 控制系統(tǒng)組成

值得注意的是氣動(dòng)隔離開關(guān)的狀態(tài)反饋回路。以KA1氣動(dòng)隔離開關(guān)為例，其分合狀態(tài)，分別由兩個(gè)機(jī)控閥完成，對(duì)應(yīng)的在PLC控制柜的狀態(tài)檢測部分，每個(gè)氣動(dòng)隔離開關(guān)的狀態(tài)檢測均需要兩個(gè)氣動(dòng)壓力開關(guān)實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)反饋回路見圖5。

圖5 狀態(tài)反饋回路示意圖

監(jiān)控和保護(hù)是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。工作時(shí)的電容器塔運(yùn)行狀態(tài)直接由PLC的狀態(tài)輸出至遠(yuǎn)方和就地控制器的顯示屏，同時(shí)電容器室配置攝像監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控器上實(shí)時(shí)監(jiān)視電容器運(yùn)行情況，并對(duì)系統(tǒng)的整個(gè)過程進(jìn)行視頻存儲(chǔ)、記錄。整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成。硬件部分是有單臺(tái)電容器外熔斷器保護(hù)、某些關(guān)鍵隔離開關(guān)的硬件互鎖和防護(hù)欄指示燈與安全電氣連鎖組成；軟件部分有PLC編程構(gòu)成相關(guān)隔離開關(guān)的互鎖和自鎖，監(jiān)測系統(tǒng)電流是否越限，檢測氣源壓力是否符合要求，并且在氣動(dòng)失壓和斷電的情況下保持閉鎖狀態(tài)。

綜合上述，補(bǔ)償電容器塔的氣動(dòng)控制及保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)由5部分組成：氣動(dòng)電磁閥控制輸出部分、氣動(dòng)隔離開關(guān)位置檢測部分、PLC控制部分、上位組態(tài)部分、視頻監(jiān)視部分。相應(yīng)的裝置部分分別為氣動(dòng)控制柜、氣動(dòng)檢測柜、PLC控制柜、遠(yuǎn)方控制計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

遠(yuǎn)方控制計(jì)算機(jī)是主要的操作方式，其對(duì)電容器投入和切除的功能如下。

1）“隔離開關(guān)單個(gè)操作”方式：用于對(duì)功能開關(guān)的逐項(xiàng)選擇操作和檢修操作。

2）“隔離開關(guān)組合操作”方式：操作人員輸入操作組合代碼，計(jì)算機(jī)按照代碼顯示相應(yīng)試驗(yàn)參數(shù)和開關(guān)組合，供操作人員確認(rèn)后執(zhí)行操作。

3）“隔離開關(guān)智能操作”方式：操作人員在參數(shù)輸入框中輸入試驗(yàn)電壓、容量、相數(shù)和頻率等參數(shù)，由計(jì)算機(jī)提供推薦組合，供操作人員確認(rèn)后執(zhí)行操作。

4）“隔離開關(guān)接地檢修”方式：檢修操作時(shí)，操作執(zhí)行10 min后，操作人員方可入內(nèi)，檢修狀態(tài)時(shí)可以執(zhí)行“隔離開關(guān)單個(gè)操作”方式。

3 結(jié)語

大型變壓器在定型和入網(wǎng)前的溫升實(shí)驗(yàn)是必做的項(xiàng)目，其采用的方法一般是短路法，在其試驗(yàn)電路中一般是將補(bǔ)償電容器組安裝在中間變壓器的高壓側(cè)。這種方式總體上可以較準(zhǔn)確的測試出被試變壓器的溫升數(shù)據(jù)。但此種試驗(yàn)方法一直以來有兩個(gè)問題，一是控制系統(tǒng)的控制和反饋回路使用電回路，容易將一次高壓引至控制回路造成事故；二是開關(guān)組合繁瑣，容易誤操作。

介紹的補(bǔ)償電容器塔設(shè)計(jì)，采用最新結(jié)構(gòu)的PLC可編程控制器和氣動(dòng)隔離開關(guān)。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目要求，靈活改變每相的層數(shù)和每級(jí)的電容器組數(shù)，從而滿足不同電壓等級(jí)和容量的較大型變壓器的溫升試驗(yàn)的需求。

［1］ GB 1094.2—1996 電力變壓器 第2部分溫升［S］.

［2］ 沈陽電壓器廠.變壓器試驗(yàn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［3］ 趙嘯谷.變壓器溫升試驗(yàn)時(shí)中間變壓器兩側(cè)采用電容器補(bǔ)償無功容量的方法［J］.變壓器，2000，37（11）：27-28.

［4］ 張振生，李興唐，劉春文.利用電容補(bǔ)償法進(jìn)行變壓器溫升試驗(yàn)的理論探討和實(shí)踐［J］.變壓器，1993（7）：36-38.

［5］ 張文霽.變壓器溫升試驗(yàn)容量補(bǔ)償?shù)挠?jì)算和實(shí)踐［J］.江蘇電力技術(shù)，1994（3）：29-30.