特高壓變壓器溫升試驗(yàn)

肖遠(yuǎn)文 彭小蘭

摘 要：本文用實(shí)例加以說(shuō)明特高壓變壓器溫升試驗(yàn)，采用短路法進(jìn)行，短路法試驗(yàn)變壓器的溫升是所有變壓器溫升試驗(yàn)中需要電源容量最小，試驗(yàn)電壓最低的試驗(yàn)方法，是變壓器溫升試驗(yàn)采用最常用方法，具有操作簡(jiǎn)便，投資少等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家和測(cè)檢機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫升試驗(yàn)的一種有效方法。

關(guān)鍵詞：特高壓變壓器;溫升試驗(yàn);電力

0 引 言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)電力工業(yè)也在特高壓交流試驗(yàn)示范工程的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)大、中型變壓器生產(chǎn)廠家為滿足市場(chǎng)需求，使用原有的試驗(yàn)條件已不能滿足其特高壓變壓器的技術(shù)指標(biāo)與質(zhì)量要求，一般正常情況下如果要達(dá)到特高壓變壓器的溫升試驗(yàn)條件，則要投資上幾千萬(wàn)元的改造資金來(lái)配置適合要求的試驗(yàn)電源。這對(duì)目前國(guó)內(nèi)制造廠和測(cè)檢機(jī)構(gòu)是一種極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

為了既能生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)要求的合格特高壓變壓器，又能減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)，通過(guò)合理進(jìn)行配置試驗(yàn)設(shè)備，以滿足特高壓變壓器的溫升試驗(yàn)條件，達(dá)到最小投資目的。

1 特高壓變壓器溫升試驗(yàn)方法

溫升試驗(yàn)是變壓器的型式試驗(yàn)，是變壓器所有型式試驗(yàn)和例行試驗(yàn)項(xiàng)目中需要電源容量最大、占用時(shí)間最長(zhǎng)的一項(xiàng)試驗(yàn)。

進(jìn)行變壓器溫升試驗(yàn)按電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則有：直接負(fù)載法、相互負(fù)載法、循環(huán)電流法、零序電流法、短路法、此外還有帶電直接測(cè)量變壓器油、鐵心和繞組溫度的方法，但這種方法因其復(fù)雜，很少采用。采用短路法試驗(yàn)變壓器的溫升是所有變壓器溫升試驗(yàn)中需要電源容量最小，試驗(yàn)電壓最低的試驗(yàn)方法，是特高壓變壓器溫升試驗(yàn)的最常用方法。

本次論文的采用短路法試驗(yàn)原理：利用變壓器短路產(chǎn)生損耗，來(lái)進(jìn)行溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第1階段是在變壓中施加最大總損耗，冷卻設(shè)備工作在額定工作狀態(tài)下，試驗(yàn)變壓器油的溫升;第2階段待第一階段結(jié)束后（油溫升恒定狀態(tài)）降低試驗(yàn)電源輸入功率，使繞組中的電流等于額定容量的最大電流。

需要指出的是，特高壓變壓器采用短路法進(jìn)行溫升試驗(yàn)，由于它們作為負(fù)載均是感性的，所以在電源容量的需求上，真正的有功功率并不大，設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度上考慮電源僅提供有功功率，其它采取無(wú)功補(bǔ)償方式進(jìn)行。通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償彌補(bǔ)電源容量的不足， 同時(shí)也可以減少對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的投資， 這是一種較為經(jīng)濟(jì)的且行之有效的最佳方法。

2 特高壓變壓器溫升試驗(yàn)計(jì)算

2.1 主要依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

GBT 16927.1-2011? 高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求

GB 1094.1-2013? ? 電力變壓器 第1部分：總則

GB 1094.2-2013? ? 電力變壓器 第2部分：液浸式變壓器的溫升

JBT501-2006? ? ? 電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則

GBZ 24843-2009? ?1000kV單相油浸式自耦電力變壓器技術(shù)規(guī)范

Q/GDW103-2003? ?750kV系統(tǒng)用主變壓器技術(shù)規(guī)范

2.2 試驗(yàn)容量的計(jì)算

例如我國(guó)特高壓變壓器1000kV/1000MVA，由于國(guó)內(nèi)運(yùn)輸問(wèn)題基本上設(shè)計(jì)為單相自耦形式，其主體變壓器（簡(jiǎn)稱試品）的技術(shù)數(shù)據(jù)取自GBZ 24843-2009參數(shù)如下：

設(shè)溫升試驗(yàn)在高中最大電流分接，中壓側(cè)短路，高壓側(cè)加壓進(jìn)行，額定電壓是：1050//287.95kV;額定電流是：1649.6/3472.8A。

施加總損耗所需的電流按《變壓器試驗(yàn)技術(shù)》表16-9[1]，設(shè)環(huán)境溫度為10℃時(shí)應(yīng)是1.188倍額定電流。

設(shè)進(jìn)行試驗(yàn)所需的視在容量為Sc，則Sc等于：

2.3 試驗(yàn)電源方案

目前國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)電源組合方案有：低壓補(bǔ)償方式、高壓補(bǔ)償方式、高壓+低壓補(bǔ)償方式等，試驗(yàn)電源由發(fā)電機(jī)組、中間變壓器、補(bǔ)償電容塔組成，其組合方案如下：

方案一建造容易，損耗大及投資大的缺點(diǎn)，若要進(jìn)行變壓器溫升試驗(yàn)，從發(fā)電機(jī)組電源后級(jí)開(kāi)始所有設(shè)備滿足溫升試驗(yàn)容量，由于溫升試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，在低壓側(cè)（設(shè)為10kV側(cè)）總電流將達(dá)到2萬(wàn)多A左右，這么大的電流對(duì)線路、開(kāi)關(guān)等均是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，該方案在大容量變壓器溫升試驗(yàn)中的弊端也十分明顯。

方案二具有中間變壓器容量小，損耗低的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有復(fù)雜程度高，短時(shí)間內(nèi)難以建成的缺點(diǎn)。

方案三介于上兩個(gè)方案之間，對(duì)于制造企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格多（變壓器、電抗器等）適用，既有一定的先進(jìn)性，對(duì)變壓器溫升試驗(yàn)來(lái)說(shuō)是高壓補(bǔ)償，對(duì)并聯(lián)電抗器來(lái)說(shuō)是低壓補(bǔ)償。但同時(shí)也有復(fù)雜程度高，短時(shí)間內(nèi)難以建成的缺點(diǎn)。

綜上所述，我認(rèn)為采用第二種方案對(duì)高電壓大型變壓器溫升試驗(yàn)電源較為理想。從經(jīng)濟(jì)上簡(jiǎn)單的分析，同容量下中間變壓器價(jià)格是電容器價(jià)格近十倍，這樣可降低不少投資。

2.4 試驗(yàn)設(shè)備的選擇

2.4.1 補(bǔ)償電容塔容量的選取

設(shè)試驗(yàn)電源補(bǔ)償功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)絚osφ1=0.95，僅考慮試品有功損耗的情況下，則補(bǔ)償電容器后節(jié)省電源的視在功率為：

（1）方案一：設(shè)單臺(tái)電容器電壓為21.5kV，則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)容量為800kvar、400kvar、200kvar三種規(guī)格，則電容分別為：

（3）方案一總技術(shù)說(shuō)明：

總?cè)萘?54400kvar，其中：1）單臺(tái)容量800kvar，電壓：26kV，共300臺(tái);2）單臺(tái)容量400kvar，電壓：26kV，共24臺(tái);3）單臺(tái)容量200kvar，電壓：26kV，共24臺(tái)（作為補(bǔ)償容量微調(diào)）;各級(jí)串并聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)容量按總?cè)萘吭O(shè)計(jì)，電壓等級(jí)滿足各級(jí)串并聯(lián)要求。

電容器組分成三相，每相總?cè)萘?4800kvar，系統(tǒng)對(duì)地絕緣等級(jí)145kV，最高單相電壓129.6kV，最高三相電壓180.6kV。共3個(gè)塔，每塔按2層塔架設(shè)計(jì)。

每級(jí)800kvar電容器按并聯(lián)數(shù)1—2—4—8—10分組，可組成1～25臺(tái)任意組合。200kvar和400kvar電容器按并聯(lián)數(shù)各分1—2組，可組任意投入與退出。每級(jí)共29個(gè)電容器組，通過(guò)35kV氣動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的操作完成電容器組的投入或切除。

每相（塔）級(jí)與級(jí)的串并聯(lián)接法組合通過(guò)72kV氣動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)切換來(lái)完成。

主回路Y接、△接和單相接法的切換通過(guò)145kV氣動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)操作來(lái)完成。

系統(tǒng)額定輸出電流最大按2000A設(shè)計(jì)。

2.4.2 中間變壓器容量的選取

根據(jù)試品總有功功率，估算出視在功率。根據(jù)變壓器的合理利用率和試驗(yàn)時(shí)不同容量的補(bǔ)償方式，選擇變壓器的容量，為電容器少補(bǔ)償后留有余量，根據(jù)各個(gè)試品的試驗(yàn)電壓等級(jí)選擇變壓器高低壓側(cè)電壓。

（1）設(shè)中間變壓器為16000kVA，主要參數(shù)如下：

（2）驗(yàn)算中間變壓器輸出參數(shù)是不滿足要求：

2.4.3 發(fā)電機(jī)組容量的選取

發(fā)電機(jī)組容量設(shè)計(jì)，需滿足1000kV/1000MVA變壓器溫升試驗(yàn)最大有功電流及提供的中間變壓器低壓側(cè)需求電壓從0～額定可調(diào)。

（1）發(fā)電機(jī)部分：

（2）拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)部分：

3 結(jié)束語(yǔ)

特高壓變壓器溫升試驗(yàn)功率因數(shù)極低，通過(guò)以上計(jì)算分析，在補(bǔ)償電容容量計(jì)算時(shí)可以直接提高電源所需的功率因數(shù)來(lái)計(jì)算需要的補(bǔ)償電容數(shù)量。對(duì)于電源能夠提供的有功功率，只要能大于負(fù)載和線路的損耗即可。

補(bǔ)償電容作用的發(fā)揮與其端電壓成正比，當(dāng)其端電壓低于其額定電壓時(shí)，則不能提供額定的補(bǔ)償電流適當(dāng)?shù)奶岣哐a(bǔ)償電容的端電壓（在額定電壓范圍下），可以更有效的發(fā)揮。

本論文僅考慮上述實(shí)例進(jìn)行配制的，但工廠的實(shí)際情況，產(chǎn)品種類很多，從10～1000kV級(jí)電壓范圍較廣，試驗(yàn)電源容量的計(jì)算需進(jìn)一步完善。本論文僅作為工程設(shè)計(jì)，特高壓變壓器溫升試驗(yàn)計(jì)算的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]保定天威保變電氣服份有限公司.變壓器試驗(yàn)技術(shù)[S].2000（03）.

[2]沈陽(yáng)變壓器廠.《變壓器試驗(yàn)》修訂本[S].1986（09）.

[3]沈陽(yáng)變壓器研究所.變壓器試驗(yàn)原理和方法[S].1993（04）.