換流變壓器負載試驗方法與影響因素分析

侯鳳琛 洪葉 鄒海濤

摘要：當前，隨著我國電力能源區(qū)域互聯(lián)與協(xié)調的需求增加，遠距離輸電成為能源優(yōu)化配置的重要實現(xiàn)途徑。在電能遠距離輸送過程中，為了降低線路功率損耗，在高壓直流輸電系統(tǒng)中，將交流電能變換為直流電能進行輸送，此時，換流變壓器成為電能交直流變換過程中重要的電力設備。其參數(shù)和性能直接影響電力系統(tǒng)建模、控制及運行過程。為此，換流變壓器的參數(shù)測定方法及影響因素尤為重要。

關鍵詞：換流變壓器;負載試驗;方法;影響因素

針對常規(guī)電力變壓器的參數(shù)測定，一般通過短路試驗和開路試驗，分別設定不同的運行工況測定出電力變壓器的電阻、電抗、電導、電納等參數(shù)。由于電力變壓器初級和次級所連電力網(wǎng)絡均是50Hz標準交流電，在短路試驗和開路試驗過程相對簡單。而換流變壓器的運行工況與常規(guī)電力變壓器運行工況區(qū)別較大，換流變壓器運行時工作電流中高頻諧波含量較大，會對換流變壓器的功率損耗和溫升產(chǎn)生明顯的影響。因此，應針對換流變壓器自身工作環(huán)境特點分析換流變壓器參數(shù)測定方法過程中的不同，同時，分析影響參數(shù)測定的因素。

1變壓器負載試驗的內(nèi)涵和意義

變壓器的短路試驗是將變壓器線圈短路，在額定頻率為交流電壓的另一個線圈中，使變壓器線圈額定電流，測量的損耗為短路損耗，加上電壓短路電路電壓和短路電壓表示為施加電壓線圈額定電壓的百分比：

此時獲得的阻抗是短路阻抗，也表示為百分比的加壓線圈額定阻抗：

變壓器短路電壓百分比和短路阻抗百分比相等，其有功和無功分量也相同，負載測試的目的是：計算并確定變壓器是否與其它變壓器并聯(lián)運行;計算和測試變壓器短路的熱穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性;計算效率的變壓器;由于負載變化的變化，計算出變壓器的次級電壓側。

負載試驗的目的是測量負載損耗和阻抗電壓。負載損耗由幾部分組成：首先是直流電阻損耗繞組中的直流電阻損耗I2R，這是負載損耗中的主要部分。其次是附加損耗，因繞組電流產(chǎn)生的漏磁場引起的損耗，其中包括：

1.導線內(nèi)的渦流損耗。

2.并聯(lián)導線內(nèi)的不平衡電流損耗。

3.鐵心內(nèi)引起的渦流損耗及漏磁場使鐵心內(nèi)磁通分布不均而增加的損耗。

4.漏磁場在油箱、油箱屏蔽板內(nèi)引起的損耗。

5.漏磁場在夾件、拉板等結構件內(nèi)的損耗。

負載試驗接線試驗從電源和測量線路來看，和變壓器空載試驗一樣，不同的僅是非電源側的繞組人為短接，從電源側繞組在額定分接下供給額定頻率的領定電流，為了安全和方便，空載試驗一般從低壓側供電，而負載試驗一般從高壓側供電。若電源是正弦波形，變壓器短路狀態(tài)下的電壓和電流都是正弦波形的。因此，可以不必考慮波形畸變對測量的影響。對于制造廠，每臺都需做負級試驗，但對供電部門的修試車間，小于3150kVA的變壓器一般可不做負載試驗。

2變壓器負載試驗方法

2.1普通電力變壓器的負載試驗方法

普通電力變壓器在進行負載實驗時，通過將被測變壓器副邊輸出端子短接，此時調整變壓器原邊電流，使該電流與額定電流相同。其中，RT、XT、GT、BT分別表示變壓器的等值電阻、電抗、電導、電納參數(shù)。由于副邊處于短接狀態(tài)，此時變壓器的原邊電壓低，額定電流IN主要流經(jīng)RT、XT上。在此過程中，可以測得負載試驗狀態(tài)下功率損耗和阻抗電壓百分值，從而計算出RT、XT參數(shù)。

圖中，K表示開關柜;VF表示變頻器，輸出頻率、電壓可調的交變電壓;TA表示電流互感器，根據(jù)所連接線路的電壓等級不同選擇合適的電流互感器;TV表示電壓互感器;A表示電流表;V表示電壓表;W表示功率表;Ts為中間變壓器;T為被測變壓器。在試驗過程中，被測變壓器的高壓側應并聯(lián)合適容量的電容器。

根據(jù)電力變壓器負載試驗所測參數(shù)，可根據(jù)公式（1）、（2）對變壓器等值參數(shù)進行計算：

式中，?PS為負載試驗所測變壓器損耗，k W;UN，為變壓器額定電壓，k V;SN為變壓器額定容量，k VA;U?S%為短路狀態(tài)下短路電壓百分值。

2.2換流變壓器的負載試驗方法

由于換流變壓器實際運行過程中諧波電流含量較大，在運行過程中諧波電流也會帶來一定的功率損耗。為準確評估換流變壓器的損耗，在其負載試驗過程中，不僅要針對其額定工頻運行工況下的短路損耗進行測量，還應再選取一個頻率狀態(tài)（不低于150Hz）下進行短路損耗的測量，以對實際運行過程中換流變壓器的功率損耗進行有效評估。

換流變壓器的負載試驗接線方法與電力變壓器一致。在進行工頻fN情況下?lián)Q流變壓器負載試驗時，與電力變壓器相同，將副邊短接的換流變壓器繞組電流調節(jié)至額定電流IN，在此情況下測試換流變壓器的負載損耗和負載電壓百分值。在進行另一個頻率狀態(tài)（不低于150Hz）的換流變壓器負載試驗時，可以將試驗電流設置為額定電流的20%，或者10%IN～50%IN范圍內(nèi)的值。

在頻率1f運行工況下測得功率損耗1P，在頻率fx運行工況下測得功率損耗xP，可根據(jù)公式（3）、（4）對附加損耗進行估算：

在實際計算時，需要依據(jù)給定的諧波頻譜，對運行過程中的負載損耗進行計算，如公式（5）所示：

3換流變壓器負載試驗影響因素分析

在實際系統(tǒng)安裝測試時，由于換流變壓器運輸成本限制，一般采用現(xiàn)場組裝測試的方式，但在現(xiàn)場測試過程中，周邊環(huán)境及電網(wǎng)諧波等均會對換流變壓器的負載損耗產(chǎn)生一定的影響。本節(jié)對換流變壓器負載試驗的影響因素進行分析。

對換流變壓器負載試驗過程中損耗測試的影響因素較多，包括試驗環(huán)境溫度、系統(tǒng)諧波情況、大氣條件等。

換流變壓器所處溫度對換流器負載試驗過程中參數(shù)測定會產(chǎn)生一定影響。負載損耗測試過程中，電阻損耗與溫度成正比，其它部分的損耗與溫度成反比。各實際溫度下的損耗應該按照公式（6）將其校正到參考溫度下：

其中，kP表示折算到參考溫度下的損耗;Pkt表示現(xiàn)場試驗溫度下的損耗;Kt表示折算過程中的換算系數(shù);∑Ir2?R表示該溫度下一對繞組的電阻損耗。

系統(tǒng)諧波情況對換流變壓器的負載試驗參數(shù)測定影響較大。根據(jù)相關仿真及現(xiàn)場實測情況，在換流變壓器所在系統(tǒng)諧波畸變率不變的情況下，當系統(tǒng)中的諧波次數(shù)增大時，換流變壓器的負載損耗也會隨之上升。在較高的諧波畸變率情況下，諧波次數(shù)的影響會更大。換流變壓器所在系統(tǒng)諧波次數(shù)不變的情況下，諧波電流畸變率越高，換流變壓器的負載損耗也會隨之增大。當系統(tǒng)的諧波頻率越高時，系統(tǒng)的諧波電流畸變率對測試結果影響越明顯。

結論

總之，變壓器負載試驗往往要依托于試驗電源的容量大小、體積大小等的限制，因而在今天必須對變壓器負載試驗提出改進和更新。從多個角度闡述了變壓器負載試驗的改進設計，希望可以為相關從業(yè)人員提供幫助。

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