平衡變壓器的帶負(fù)荷試驗

陸 未，宋曉露，張松濤，胡志勇

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通供電分公司，江蘇 南通 226000)

0 引言

對于新建的供電線路繼電保護(hù)裝置，應(yīng)采用一次電流及工作電壓進(jìn)行帶負(fù)荷試驗。送電后，應(yīng)測量交流二次電壓、二次電流的幅值及相位關(guān)系，與系統(tǒng)潮流的大小及方向應(yīng)一致，確保電壓、電流極性和變比正確。鐵道牽引變電所采用三相變兩相阻抗匹配平衡變壓器，與常規(guī)三相對稱變壓器不同。牽引機車對電力系統(tǒng)是單相負(fù)荷，在系統(tǒng)側(cè)三相不對稱，另外可能有對稱電容電流影響，導(dǎo)致常規(guī)試驗方法不適用，給供電線路帶負(fù)荷試驗帶來困難。下面從平衡變壓器的接線方式及電壓向量入手，分析了平衡變壓器的傳遞關(guān)系和鐵道牽引變電所的換相聯(lián)結(jié)，得出供電線路帶負(fù)荷試驗預(yù)期結(jié)果。通過案例驗證，試驗所得結(jié)果與預(yù)期一致。

1 平衡變壓器的傳遞關(guān)系

三相變兩相阻抗匹配平衡變壓器是一種鐵道牽引變電所用變壓器，其一次繞組三相按星形接線，二次繞組為三角形接線，其中一端接地，另外兩端都由一個附加繞組引出，兩個附加繞組與B相繞組纏繞在同一鐵心上。圖1為平衡變壓器繞組聯(lián)結(jié)，WY，WΔ，Wf分別為平衡變壓器一次繞組、二次繞組、附加繞組的匝數(shù)，

圖1 平衡變壓器繞組聯(lián)結(jié)

通過平衡變壓器的傳遞，高壓側(cè)三相系統(tǒng)變換為低壓側(cè)兩相系統(tǒng)。變換后，兩相分別向上行和下行的牽引機車供電，有：

式中：UH，IH為高壓側(cè)三相系統(tǒng)的電壓和電流，UL，IL為低壓側(cè)兩相系統(tǒng)的電壓和電流，S為變壓器的視在功率。

為盡可能使兩相負(fù)荷對三相系統(tǒng)成為平衡負(fù)載，要求兩相系統(tǒng)電動勢幅值相等，相位差90°，圖2是平衡變壓器電壓向量。令三角形繞組電壓為UΔ，由幾何關(guān)系式可得：

圖2 平衡變壓器電壓向量

繞組匝數(shù)比K定義為一次繞組、二次繞組的變比，即：

通過平衡變壓器的繞組聯(lián)結(jié)原理和式(3)的傳遞關(guān)系，有：

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)Iα不等于Iβ時，高壓側(cè)三相電流為平衡系；當(dāng)?shù)蛪簜?cè)Iα等于Iβ時，高壓側(cè)三相電流轉(zhuǎn)化為對稱系。因此，不管低壓側(cè)Iα與Iβ的關(guān)系如何，高壓側(cè)三相電流平衡，即：

結(jié)合圖1中平衡變壓器的低壓側(cè)電路和每相鐵心上繞組安匝平衡關(guān)系，有：

2 牽引變電所的換相聯(lián)結(jié)

同一鐵路的不同鐵道牽引變電所設(shè)計的相序一般是不同的。因為牽引機車屬于單相負(fù)荷，會引起電力系統(tǒng)的三相不對稱，帶來負(fù)序電流分量。因此，為了減少負(fù)序電流對電力系統(tǒng)的影響，牽引變電所普遍采用換相聯(lián)結(jié)方式。

以電力部門規(guī)定的相序ABC為基準(zhǔn)，牽引變電所接入電力系統(tǒng)的相序有6種排列，分別為ABC，ACB，BAC，BCA，CAB，CBA。其中，ABC，BCA，CAB為正相序，ACB，BAC，CBA為負(fù)相序。

高壓側(cè)三相電壓、電流換相聯(lián)結(jié)關(guān)系為：

考慮牽引變電所的換相聯(lián)結(jié)，式(4)改寫成：

從上文可知，阻抗匹配平衡變壓器低壓側(cè)兩相電壓有大小相等、相位差90°的特點。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)兩相電流相等時，高壓側(cè)三相電流對稱。原則上，采用平衡變壓器的牽引變電所不需要換相聯(lián)結(jié)。但實際上低壓供出負(fù)荷不可能相等，高壓側(cè)三相電流不可能對稱，經(jīng)常有負(fù)序電流出現(xiàn)。所以，采用平衡變壓器的牽引變電所一般也進(jìn)行換相聯(lián)結(jié)。

3 案例驗證

下面以甲變電所牽引線路帶乙牽引變電所為例說明。甲變電所電壓互感器變比nPT=110/0.1，電流互感器變比nCT=1 200/1。乙牽引變電所相序BAC排列，主變?yōu)槿嘧儍上嘧杩蛊ヅ淦胶庾儔浩鳎吞朣2-QY-16000/110，高壓側(cè)額定電壓為110 kV，低壓側(cè)額定電壓為27.5 kV。

試驗時，乙牽引所接入負(fù)載為電容器組，額定電壓42 kV，額定容量10 Mvar。兩次帶負(fù)荷試驗，分別在低壓側(cè)α臂、β臂帶上述電容器組測試。

3.1 實測數(shù)據(jù)

表1是第一次帶負(fù)荷試驗(僅α臂帶負(fù)載)時系統(tǒng)側(cè)三相電壓、電流數(shù)據(jù)。表2第二次帶負(fù)荷試驗(僅β臂帶負(fù)載)時，系統(tǒng)側(cè)三相電壓、電流數(shù)據(jù)。實測數(shù)據(jù)具有以下特點：三相電流大小不相等，不是互成120°的正序排列；三相電流向量和為零，無零序分量；三相電壓正常，為系統(tǒng)正常值。

表1 第一次帶負(fù)荷試驗三相電壓、電流

表2 第二次帶負(fù)荷試驗三相電壓、電流

根據(jù)該公司《設(shè)備啟動帶負(fù)荷試驗二次專業(yè)人員旁站監(jiān)督工作任務(wù)單》試驗過程監(jiān)督的要求：帶負(fù)荷試驗時要求作出電壓、電流矢量六角圖，并與負(fù)荷潮流核對一致。正常情況下，三相電流應(yīng)大小相等且角度按正序分布，電壓電流相角差符合潮流流向，通過實測數(shù)據(jù)畫出電壓、電流矢量六角圖能得出試驗結(jié)論。然而，這一要求僅適用于三相對稱負(fù)荷。對于三相不對稱負(fù)荷，若按要求根據(jù)實測數(shù)據(jù)作出矢量六角圖，由于三相電流無規(guī)律性，試驗人員無法獲知潮流流向從而給出試驗結(jié)論。

3.2 理論計算

若僅α臂帶負(fù)載，結(jié)合式(6)、(8)，有：

若僅β臂帶負(fù)載，同理可得：

通過電容器組額定參數(shù)，可得XC=176.4 Ω。經(jīng)式(3)計算K=2.83。由表1、表2中實測數(shù)據(jù)，有。以上數(shù)據(jù)分別代入式(10)、（11），經(jīng)計算得：

第一次帶負(fù)荷試驗(僅α臂帶負(fù)載)時，

第二次帶負(fù)荷試驗(僅β臂帶負(fù)載)時，

3.3 數(shù)據(jù)分析

實測數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果基本一致，然而不可避免存在誤差?？赡苡幸韵略颍弘娏骰ジ衅鳒y量誤差；電壓互感器測量誤差；主變傳變誤差；牽引供電線路電容電流的影響。

前三項是一次設(shè)備本身固有誤差，難以測量控制。對于線路電容電流，可通過空充實測或經(jīng)驗計算獲取。案例中線路電容電流較小，對試驗結(jié)果影響不大，可忽略不計。因為如果一個對稱分量與另一個對稱分量相疊加，疊加起來的結(jié)果還是對稱分量；如果相差不大的一個對稱分量與一個不對稱分量相疊加，疊加起來的結(jié)果還是一個不對稱分量且與原來的不對稱分量相差較大；如果相差很大的一個對稱分量與一個不對稱分量相疊加，疊加起來的結(jié)果體現(xiàn)原來量較大的分量的特征。需要注意的是，當(dāng)牽引所不對稱負(fù)荷較小，供電線路對稱電容電流較大，必須考慮供電線路電容電流的影響；否則，誤差較大以至于難于做出試驗結(jié)論。

綜上所述，滿足規(guī)程規(guī)定對于帶負(fù)荷試驗的要求，試驗結(jié)果正確。

4 結(jié)束語

牽引機車不是三相對稱負(fù)荷，供電方式比較特殊。這一供電方式給電力系統(tǒng)運檢人員帶來一些運行的新問題。首當(dāng)其沖的是新設(shè)備投產(chǎn)帶負(fù)荷試驗。根據(jù)平衡變壓器特點和牽引變電所換相聯(lián)結(jié)兩方面，得出供電線路帶負(fù)荷試驗預(yù)期結(jié)果，給運檢人員實施牽引線路帶負(fù)荷試驗提供技術(shù)支撐。目前，該試驗方法及思路已用于寧啟二期及滬通鐵路多條牽引線路帶負(fù)荷試驗，為牽引線路正常投產(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。