1000 kV特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于 淼，朱孟周，陳 光，周志成，何澤家

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

1000 kV特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于 淼，朱孟周，陳 光，周志成，何澤家

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，1000 kV特高壓變壓器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了滿足特高壓工程電氣設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需要，根據(jù)《1000 kV系統(tǒng)電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中的相應(yīng)試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)分析特高壓變壓器結(jié)構(gòu)及其交接性試驗(yàn)的接線特點(diǎn)集成不同的試驗(yàn)項(xiàng)目，研究基于可控智能切換原理的1000 kV特高壓變壓器快速試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了一次性接線、智能化測(cè)量、判斷及分析的快速試驗(yàn)系統(tǒng)，解決了常規(guī)傳統(tǒng)試驗(yàn)方法中的多次接線、費(fèi)時(shí)費(fèi)工的問(wèn)題，提高了變壓器試驗(yàn)效率。

特高壓變壓器；快速試驗(yàn)；一次性接線；可控智能切換

特高壓變壓器是特高壓電網(wǎng)的核心設(shè)備，其容量大、體積大、套管高且多，電氣交接試驗(yàn)項(xiàng)目眾多，而且現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備功能單一，單臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備只能開展特定的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)過(guò)程中需不停地進(jìn)行設(shè)備更換、接線變更等工作，不斷地更換試驗(yàn)設(shè)備導(dǎo)致電氣試驗(yàn)工作效率的急劇下降，頻繁更換試驗(yàn)接線，需要斗臂車和諸多人員的配合，不僅降低試驗(yàn)效率，還極大增加了高空作業(yè)、人員觸電等風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)工作難度增加。因此減少試驗(yàn)設(shè)備更換、減少試驗(yàn)接線的更換成為急需解決的問(wèn)題。對(duì)于500 kV及以下的電力變壓器智能試驗(yàn)國(guó)內(nèi)外有一定的研究基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)踐，但1000 kV變壓器結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，絕緣要求更高，適應(yīng)于1000 kV特高壓快速試驗(yàn)系統(tǒng)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道[1-3]。本文通過(guò)分析特高壓變壓器結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)特點(diǎn)，研究了基于可控智能切換原理的1000 kV特高壓變壓器快速試驗(yàn)方法，可以集成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了一次性接線，智能化測(cè)量，判斷及分析的快速試驗(yàn)系統(tǒng)，解決特高壓變壓器一次性接線、高低壓屏蔽等關(guān)鍵難題，實(shí)現(xiàn)特高壓變壓器一鍵式直流電阻、電容量和介損、低電壓短路等試驗(yàn)工作，提升試驗(yàn)效率和安全水平。

1 特高壓變壓器快速試驗(yàn)方法

1.1 1000 kV特高壓變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1000 kV特高壓變壓器均為單相變壓器，每相采用了主體變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器分箱的結(jié)構(gòu)，主體變壓器高度約18 m，其整體接線如圖1所示。調(diào)壓方式采取了中性點(diǎn)變磁通調(diào)壓，設(shè)置補(bǔ)償繞組補(bǔ)償?shù)蛪弘妷骸Ｖ黧w變壓器采用單相四柱或單相五柱鐵心，兩柱或三柱套線圈的結(jié)構(gòu)[4-6]。

1.2 快速試驗(yàn)方法研究

1.2.1 集成試驗(yàn)項(xiàng)目

圖1 1000 kV特高壓變壓器整體接線示意圖

依據(jù) 《1000 kV系統(tǒng)電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[7]要求，需要分別完成變壓器主體與調(diào)壓補(bǔ)償變的常規(guī)試驗(yàn)后，再對(duì)聯(lián)接之后的整體進(jìn)行試驗(yàn)。不同試驗(yàn)項(xiàng)目的接線方法有共性，其中通過(guò)變壓器的套管上端和繞組接線的變壓器試驗(yàn)的可集成試驗(yàn)項(xiàng)目有變比、有載、直流電阻、短路阻抗、本體介損、本體絕緣電阻等，而套管末屏試驗(yàn)中有正接法的介損、末屏對(duì)地的絕緣電阻和介損。由此得出可集成接線的試驗(yàn)項(xiàng)目，如表1所示。

表1 特高壓變壓器集成接線試驗(yàn)項(xiàng)目

1.2.2 可控智能切換原理

試驗(yàn)過(guò)程中，為了保證試驗(yàn)可以一鍵操作、自動(dòng)進(jìn)行，需要根據(jù)每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目智能切換試驗(yàn)引線，可控智能切換原理如圖2所示。轉(zhuǎn)換一主要是進(jìn)行介損功能和兆歐表功能的切換，轉(zhuǎn)換二主要是進(jìn)行直流電阻、變比、有載、以及短路阻抗功能的切換。轉(zhuǎn)換一輸出端通過(guò)單芯雙屏蔽線與轉(zhuǎn)換三的靜觸頭一 （也就是高壓靜觸頭）相連接，轉(zhuǎn)換二輸出端與轉(zhuǎn)換三的靜觸頭二（也就是低壓靜觸頭）相連接。

圖2 可控智能切換原理圖

所有的試驗(yàn)儀器均通過(guò)智能切換線裝置與試品相連接，當(dāng)開展某個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該試驗(yàn)項(xiàng)目的接線原理，自動(dòng)控制某些開關(guān)處于“分”位，其余開關(guān)處于“合”位。以絕緣電阻和介損測(cè)試為例，切換過(guò)程如圖3所示。

左邊的靜觸頭2和3短接后與金屬屏蔽外殼相連接，左邊的靜觸頭1與介損反接芯線相連接，右邊的靜觸頭3短接后與金屬屏蔽外殼相連接，右邊的靜觸頭1和2短接后與兆歐表HV相連接。輸出觸頭1與輸出線的芯線連接，2與輸出線的內(nèi)屏蔽相連接，3與輸出線的外屏蔽連接并直接叫與金屬外殼相連接。可控智能切換過(guò)程如下：

（1）測(cè)量介損時(shí)候，控制板控制長(zhǎng)行程直線電機(jī)把動(dòng)觸頭往左移動(dòng)，控制過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)部的機(jī)械定位自動(dòng)打開經(jīng)左端靜觸頭的活動(dòng)封閉門，使動(dòng)觸頭跟介損測(cè)試儀高壓信號(hào)這端的靜觸頭相連接，同時(shí)兆歐表端的靜觸頭活動(dòng)門自動(dòng)閉合。

（2）測(cè)量絕緣電阻的時(shí)候，控制板控制長(zhǎng)行程直線電機(jī)把動(dòng)觸頭往右移動(dòng)，控制過(guò)程中，通過(guò)內(nèi)部的機(jī)械定位自動(dòng)打開右端靜觸頭的活動(dòng)封閉門，使動(dòng)觸頭跟兆歐表高壓信號(hào)這端的靜觸頭相連接，同時(shí)介損儀高壓信號(hào)端的靜觸頭活動(dòng)門自動(dòng)閉合。

2 特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 一次性接線方式的實(shí)現(xiàn)

特高壓變壓器一次性接線示意如圖4所示。根據(jù)試驗(yàn)接線分別連接在繞組和套管的特點(diǎn)，分別采用繞組試驗(yàn)接線面板和套管試驗(yàn)接線面板。為了實(shí)現(xiàn)一次性接線、全自動(dòng)切換完成表1所列的這些試驗(yàn)項(xiàng)目，特設(shè)計(jì)了2套智能切換系統(tǒng)：繞組接口輸出智能轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)和套管接口輸出智能轉(zhuǎn)換器測(cè)試系統(tǒng)。與智能切換系統(tǒng)連接的是變壓器繞組及套管測(cè)試接口、套管末屏測(cè)試接口、以及屏蔽線接口，使得輸出線同時(shí)滿足這些試驗(yàn)。一鍵操作控制臺(tái)采用微軟系統(tǒng)工業(yè)用多串口平板電腦，控制系統(tǒng)模塊，每個(gè)串口單獨(dú)控制一個(gè)測(cè)試模塊，具備快速參數(shù)設(shè)置功能，智能測(cè)量控制功能，歷史數(shù)據(jù)分析功能，試驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成功能，測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。

2.2 快速試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)采用微軟系統(tǒng)工業(yè)用多串口平板電腦控制，每個(gè)串口單獨(dú)控制一個(gè)測(cè)試模塊，串口控制定義如圖5所示。

特高壓快速試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖6所示，外觀設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，正面安裝智能控制系統(tǒng)的平板電腦，背面為本套智能測(cè)試系統(tǒng)的輸出接線口，左層面為本套系統(tǒng)的電源輸入和總電源開關(guān)。

圖3 絕緣電阻和介損試驗(yàn)可控智能轉(zhuǎn)換原理

圖4 特高壓變壓器一次性接線示意圖

圖5 特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)的串口控制

圖6 特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用

3.1 誤差測(cè)試

采用標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)特高壓變壓器快速接線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，以校驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的誤差，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，測(cè)量誤差滿足工程應(yīng)用要求。

表2 試驗(yàn)系統(tǒng)各功能模塊測(cè)量誤差 %

3.2 工程應(yīng)用

采用特高壓變壓器快速接線系統(tǒng)在某1000 kV變電站分別對(duì)1000 kV特高壓主體變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試。部分試驗(yàn)結(jié)果如表3至表6所示。

表3 特高壓變壓器主體變變比測(cè)量（A相）

表4 特高壓變壓器主體變直流電阻測(cè)量（A相）

表5 特高壓變壓器主體變絕緣電阻測(cè)量（A相）ΜΩ

表6 繞組連同套管的電容量及介損值tanδ%測(cè)量（A相）

由表3—6可知，特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)可有效測(cè)量變壓器變比、繞組直流電阻、絕緣電阻、繞組連同套管的電容量及介損值tanδ%等參量，測(cè)量結(jié)果與出廠試驗(yàn)結(jié)果偏差較小滿足工程需求。

3.3 試驗(yàn)效率比較

在勞動(dòng)強(qiáng)度方面，傳統(tǒng)測(cè)試方法需要多人配合，搬卸沉重的介質(zhì)損耗測(cè)試儀、變壓器絕緣電阻測(cè)試儀、有載調(diào)壓開關(guān)測(cè)試儀、變壓器直流電阻測(cè)試儀、相關(guān)測(cè)試引線等，總質(zhì)量約30 kg。采用特高壓快速試驗(yàn)系統(tǒng)，集成試驗(yàn)儀器，一鍵操作即可完成試驗(yàn)，試驗(yàn)效率對(duì)比情況如表7所示。

表7 試驗(yàn)效率對(duì)比情況

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析特高壓變壓器結(jié)構(gòu)和交接性試驗(yàn)的接線特點(diǎn)，基于可控智能切換線原理，集成變壓器例行試驗(yàn)項(xiàng)目，研究了適應(yīng)于1000 kV特高壓變壓器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的快速試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了一次性接線，智能化測(cè)量，判斷及分析的特高壓變壓器快速試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠一鍵式操作完成了不同的電氣試驗(yàn)項(xiàng)目，避免了頻繁的試驗(yàn)設(shè)備更換、試驗(yàn)接線變更，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)快速試驗(yàn)方法可節(jié)約2/3試驗(yàn)時(shí)間，縮減1/2試驗(yàn)人員，試驗(yàn)成果已在多個(gè)1000 kV變電站成功應(yīng)用，可有效提高試驗(yàn)效率。

[1]宋大維，孫鵬遠(yuǎn)，李延彬.基于RS-485總線的配電變壓器智能試驗(yàn)臺(tái)[J].變壓器，2004，41(5)：6-10.

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[7]GB/T 50832—2013 1000 kV系統(tǒng)電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

Design of 1000 kV UHV Transformer Rapid Testing System

YU Miao,ZHU Mengzhou,CHEN Guang,ZHOU Zhicheng,HE Zejia
(State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China)

With the continuous development of power industry,1000 kV UHV transformer is more and more widely used.To meet the extra high-voltage electrical equipment field testing requirements,according to the testing items,testing methods and criteria in the Standard for acceptance testing of l000 kV electric equipment in engineering,the structure and wiring characteristics of UHV transformer are analyzed and the 1000 kV UHV transformer rapid testing method based on controlled switching is studied.Then,the testing system,with one-time connection and intelligent measurement,analysis and judgment ability,is designed.The testing system avoids the problems of multiple-time connection,time consuming and low efficiency.

UHV transformer;rapid testing;one-time connection;controllable smart switch

TM835

A

1009-0665（2016）06-0022-04

于 淼（1990），女，黑龍江五常人，碩士研究生，從事變壓器試驗(yàn)工作；

朱孟周（1982），男，山東臨沂人，工程師，從事變壓器試驗(yàn)工作；

陳 光（1986），男，山東曲阜人，工程師，從事輸變電系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試，過(guò)電壓檢測(cè)分析及配網(wǎng)專業(yè)管理工作；

周志成（1977），男，湖南株洲人，高級(jí)工程師，從事高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)工作；

何澤家（1979），男，湖北紅安人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)人力資源管理相關(guān)工作。

2016-07-15；

2016-08-25