配電變壓器抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

甘 鵬 湯春榮 于 濤

（1. 南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司2. 快樂(lè)集團(tuán)有限公司 3. 山東雙益電氣有限責(zé)任公司）

0 引言

配電變壓器（簡(jiǎn)稱“配變”）是配電網(wǎng)中的關(guān)鍵電氣設(shè)備，對(duì)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義[1]。配變生產(chǎn)門檻較低，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，一些配變生產(chǎn)廠家為降低生產(chǎn)成本，采用鋁代銅、廢舊硅鋼片等，一些配變廠家安裝工藝水平較低，這些造成配變質(zhì)量下降，導(dǎo)致配變的空負(fù)載損耗、溫升和局放值等超標(biāo)，給配電網(wǎng)帶來(lái)安全隱患[2]。

抽檢是用戶對(duì)配變質(zhì)量管理的一種主要方式，為了對(duì)入網(wǎng)配變的質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，電網(wǎng)公司一直較為重視配變抽檢工作，每年均組織多批次配變抽檢，并編制了相關(guān)抽檢大綱及抽檢作業(yè)規(guī)范[3-4]。為承接配變抽檢業(yè)務(wù)，國(guó)內(nèi)很多檢測(cè)機(jī)構(gòu)先后建設(shè)配變抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)。

本文結(jié)合配變抽檢規(guī)范的具體要求[5]，按照配變抽檢項(xiàng)目，將抽檢試驗(yàn)用儀器設(shè)備分為三類，研究配變抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，研究結(jié)果可為檢測(cè)機(jī)構(gòu)建設(shè)配變抽檢試驗(yàn)?zāi)芰μ峁﹨⒖肌?/p>

1 工頻及沖擊試驗(yàn)設(shè)備

工頻試驗(yàn)變壓器用于進(jìn)行10～35kV配變的外施耐壓試驗(yàn)，沖擊電壓發(fā)生器用于進(jìn)行10～35kV配變的雷電（全波）沖擊試驗(yàn)，二者最高工作電壓可根據(jù)35kV配變的最高耐受電壓來(lái)設(shè)計(jì)。

外施耐壓試驗(yàn)及雷電（全波）沖擊試驗(yàn)電壓值可從文獻(xiàn)[6]中查找。35kV配變高壓側(cè)外施耐壓試驗(yàn)電壓最高為85kV，故考慮一定的絕緣裕度，工頻試驗(yàn)變壓器選為150kV，其高壓側(cè)輸出電流按如下選擇：

對(duì) 35kV 配變，ω=2πf，f= 50Hz，C約為10000pF，U= 85kV，故I= 0.27A?？紤]電容分壓器及雜散電容的影響，可以選擇工頻試驗(yàn)變壓器為150kV/100kVA，額定電流為0.67A。

35kV配變高壓側(cè)雷電沖擊試驗(yàn)電壓值最高為200kV，考慮到?jīng)_擊電壓發(fā)生器使用效率和絕緣裕度，選擇沖擊電壓發(fā)生器的額定充電電壓為400kV，因電壓較低，結(jié)構(gòu)型式可選擇為單邊充電方式，共4級(jí)，每級(jí)額定電壓100kV。

沖擊電壓發(fā)生器沖擊電容為：

式中，C1為沖擊電壓發(fā)生器的沖擊電容；C2為負(fù)載電容，35kV配變?nèi)肟陔娙菀话悴怀^(guò)2000pF，分壓器的電容連同全套沖擊設(shè)備的雜散電容不超過(guò)500pF，故取C2= 2500pF ，C1= 25000pF。

沖擊電壓發(fā)生器的額定能量：

式中，C=25000pF=0.25μF；U=400kV；Q=20kJ。

因此，選擇400kV/20kJ沖擊電壓發(fā)生器。

2 配變成套試驗(yàn)系統(tǒng)

配變成套試驗(yàn)系統(tǒng)用于進(jìn)行空載電流及空載損耗測(cè)量、短路阻抗及負(fù)載損耗測(cè)量、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)（干變）等試驗(yàn)項(xiàng)目。10～35kV配變的空負(fù)載及短路阻抗等相關(guān)參數(shù)可從GB/T 6451中查詢[7]。配變成套試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

圖 配變成套試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）空、負(fù)載及溫升試驗(yàn)電源

可采用調(diào)壓器作為變壓器空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)及溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電源，用于承擔(dān)整個(gè)成套系統(tǒng)的有功損耗。選擇輸出波形好、無(wú)畸變的三相感應(yīng)調(diào)壓器，其容量應(yīng)大于變壓器空載損耗和負(fù)載損耗之和，并考慮一定裕度用以提供一定的無(wú)功功率輸出。

（2）感應(yīng)耐壓試驗(yàn)設(shè)備

為滿足配變的感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，一般可選用三相無(wú)局放變頻電源，輸出頻率 20～300Hz，輸出電壓310V，并配套中間變壓器用于提高調(diào)壓器輸出電壓至感應(yīng)電壓試驗(yàn)值。

（3）中間變壓器

根據(jù)成套試驗(yàn)系統(tǒng)各組成設(shè)備的參數(shù)配合，可選擇三相雙繞組變壓器作為中間變壓器。低壓繞組額定電壓為300V，與調(diào)壓器及變頻電源的輸出配合。被試品試驗(yàn)電壓范圍為0.55～22kV（10kV變壓器負(fù)載試驗(yàn)電壓最低約0.55kV，35kV感應(yīng)耐壓試驗(yàn)電壓為22kV），故中間變壓器的額定電壓可選擇為 24kV，輸出電壓檔位設(shè)置為0.9kV/2.1kV/4.2kV/12kV/18kV/24kV等。

各電壓檔位用途為：0.9kV檔位用于進(jìn)行 10～11/0.4kV配變的空載損耗測(cè)量及感應(yīng)電壓試驗(yàn)，以及低壓側(cè)額定電壓為 0.69kV配變的空載損耗測(cè)量；2.1kV檔位用于進(jìn)行高壓側(cè)額定電壓20～24kV配變的負(fù)載損耗測(cè)量及溫升試驗(yàn)，以及低壓側(cè)額定電壓為0.69kV配變的感應(yīng)耐壓試驗(yàn)；4.2kV檔位用于進(jìn)行高壓側(cè)額定電壓35～38.5kV變壓器的負(fù)載損耗測(cè)量及溫升試驗(yàn)；12kV檔位用于進(jìn)行低壓側(cè)額定電壓10～11kV配變的空載損耗測(cè)量試驗(yàn)；18kV檔位用于進(jìn)行低壓側(cè)額定電壓 10～11kV配變的局部放電測(cè)量；24kV檔位用于進(jìn)行低壓側(cè)額定電壓 10～11kV配變的感應(yīng)耐壓及局部放電測(cè)量。

中間變壓器的額定容量與調(diào)壓器容量相匹配。

（4）補(bǔ)償電容器組

補(bǔ)償電容器組主要用于對(duì)負(fù)載損耗測(cè)量及溫升試驗(yàn)的無(wú)功功率部分進(jìn)行補(bǔ)償，以降低電源容量需求。電容器組的額定電壓應(yīng)根據(jù)被試配變?cè)谶M(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)最高試驗(yàn)電壓確定，依據(jù) GB/T 6451—2015標(biāo)準(zhǔn)，35kV配變最大阻抗為10%，進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)最高試驗(yàn)電壓Um應(yīng)為38.5kV×10%=3.85kV，故在考慮余量后額定電壓Uc設(shè)置為4.0kV。額定電流Ic應(yīng)為：

式中，I0為補(bǔ)償電流，可按配變高壓側(cè)額定電流的1.15倍考慮。

補(bǔ)償容量應(yīng)為：

（5）電壓及電流互感器

系統(tǒng)試驗(yàn)電壓范圍為0.4～24kV，故電壓互感器可設(shè)計(jì)為最高電壓檔位為24kV，另設(shè)置4kV、8kV、12kV三個(gè)檔位，其中4kV檔位有效量程范圍經(jīng)特殊設(shè)計(jì)拓寬至10%～120%，可滿足最低0.4V試驗(yàn)電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)電流最大為 400A，故電流互感器最大量程檔位設(shè)置為400A，形成8個(gè)組合檔位分別為：5/10/20/40/50/100/200/400A。

（6）數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x器

為提高測(cè)量精度，應(yīng)用專用功率分析儀對(duì)空負(fù)載試驗(yàn)、感應(yīng)電壓試驗(yàn)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，功率分析儀必須含有效值電壓、平均值電壓測(cè)量功能，目前精度較高的有FLUCK 5000系列、橫河WT500系列等。

3 配變抽檢用儀器儀表

變壓器試驗(yàn)儀器設(shè)備用于進(jìn)行電壓比測(cè)量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)檢定、繞組直流電阻測(cè)量等試驗(yàn)，可按下表選取。

表 變壓器抽檢試驗(yàn)用儀器設(shè)備

（續(xù)）

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的配電變壓器抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)適用于10～35kV配變，按照抽檢規(guī)范的試驗(yàn)項(xiàng)目，將配電變壓器抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)劃分為工頻及沖擊試驗(yàn)設(shè)備、配變抽檢成套試驗(yàn)設(shè)備、配變抽檢用儀器儀表三類，并分別進(jìn)行介紹。研究結(jié)果為檢測(cè)機(jī)構(gòu)建設(shè)配變抽檢試驗(yàn)系統(tǒng)提供參考。

需要注意的是，本文并不針對(duì)某一具體型號(hào)及參數(shù)的配變，僅介紹一般設(shè)計(jì)方法，具體設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)試品的實(shí)際參數(shù)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)。

[1] 李學(xué)斌, 金涌川, 陳金猛, 等. 遼寧電網(wǎng)配電變壓器質(zhì)量抽檢模式分析[J]. 東北電力技術(shù), 2005(11):13-16.

[2] 陳金猛, 孫萌, 李志新. 基于全壽命周期的配電變壓器質(zhì)量管控方法研究[J]. 中國(guó)機(jī)電工業(yè), 2012(12):120-122.

[3] 陳金猛, 畢天姝, 王慶杰, 等. 電力變壓器抽檢(抽查)質(zhì)量問(wèn)題分析及管控措施研究[J]. 變壓器, 2014,51(1): 62-65.

[4] 賈俊青, 圖布信, 顧勇濤. 配電變壓器抽樣檢測(cè)問(wèn)題分析[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2014, 32(6): 96-99.

[5] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 配電變壓器抽檢作業(yè)規(guī)范[M]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2012.

[6] GB 1094.3—2003 電力變壓器 第3部分: 絕緣水平 絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙[S].

[7] GB/T 6451—2015 油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求[S].