關于超特高壓變壓器現場短路法加熱的實例應用

劉東海,馮爭人,韓 凱,葛寶金,席永鵬

（山東電力設備有限公司,濟南 250022）

關于超特高壓變壓器現場短路法加熱的實例應用

劉東海,馮爭人,韓 凱,葛寶金,席永鵬

（山東電力設備有限公司,濟南 250022）

我國西北地區屬嚴寒地帶，特高壓電氣設備安裝、交接試驗、并網和現場檢修，難免要遇到極端寒冷的氣候；短路法加熱是解決超特高壓變壓器現場低溫安裝、試驗、并網和檢修問題的唯一方法。

變壓器；短路；加熱；并聯諧振；補償

1 前言

隨著我國國民經濟的迅猛發展，對電力和能源的需求量越來越大。而煤炭資源大部分布在我國的西北部地區，把煤炭資源轉化為電力送往沿海經濟發達地區是最經濟最有效的方法。我國“十二五”期間將大力發展特高壓電網，要建設多條750-1000kV交流和±800kV直流輸電線路，超特高壓變壓器設備投入量也將以驚人速度增加。我國西北地區屬嚴寒地帶，特高壓電氣設備安裝、交接試驗、并網和現場檢修，難免要遇到極端寒冷的氣候，超特高壓交直流變壓器要求安裝過程中器身在發熱狀態下進行濾油機熱油循環，特別是交接局放試驗和并網要求，變壓器器身溫度要求在10℃以上，這就是當前亟待解決如何避免超特高壓變壓器低溫絕緣試驗和低溫并網的關鍵問題。短路法加熱是解決超特高壓變壓器現場低溫安裝、試驗、并網和檢修問題的唯一方法。

2 現場短路加熱法的原理

2.1 現場短路加熱法的原理

（1）現場短路法加熱的基本原理之一是：變壓器有一側短路，另一側加低電壓，從加壓側看變壓器等值于一個電感并聯一個電阻，此時電源供給變壓器大容量感性無功和較小容量的有功，當這個有功達到100kW左右時就足以加熱變壓器用（變壓器要有保溫措施）。

（2）現場短路法加熱的基本原理之二是：若用補償電容器組補償加熱變壓器所需的感性無功，這時變壓器的等值電感和補償電容器接近并聯諧振狀態，動力電源只需提供加熱變壓器所需的足夠的100kW左右的有功功率，這就是短路法加熱的奧妙之處。

3 現場短路法加熱的適用范圍

目前，我國的大型特高壓變壓器現場安裝依然采用傳統方法，對于容量的改變，只是增加熱油循環時間、抽真空時間及靜放時間，現場處理時間長且效率低下。短路法加熱是使其內部繞組發熱，從內部將器身絕緣均勻加熱到指定溫度，再經過抽真空和熱油循環處理，帶出絕緣內部的潮氣，從而達到干燥的效果。

通過計算，所有超特高壓交流變壓器和換流變壓器都可以用短路法加熱，從而解決超特高壓變壓器現場低溫安裝、試驗、并網和檢修問題，只需根據計算結果調整相關加熱設備的參數即可。另外此法也可用于220kV及以下的電力變壓器現場加熱用，因此，這是很有實用價值的一種絕妙的變壓器現場加熱方法。

4 主要設備

4.1 感應式調壓器

4.2 勵磁變壓器

4.3 集裝箱移動式補償電容器組

5 理論計算（以750kV/500MVA自耦變壓器為例）

5.1 接線原理圖

表1 基本參數

5.3 中壓5分接加壓，低壓短路試驗計算

（1）中低試驗時的額定電壓電流計算

M5-L中壓額定電壓Uk=0.41kV

M5-L中壓額定電流IM5=1189A

M5-L低壓額定電流IL=2381A

（2）補償電容器組的選擇

補償電容器組的容量要滿足變壓器電感所需要的無功，也要承受勵磁變提供的電壓。我們設計選取勵磁變提供電壓UM= 7kV，選擇電容器組的額定電壓為8kV，單個容量為300kVar，因此每個電容器的電容值為

（3）電容補償計算

當電容器組補償容量完全等于變壓器所需的感性無功時，電容器配置容量Qc=QL/Kc=6188/0.766（取100的倍數）=8100kVar

（4）勵磁變電流和容量計算

這里，我們選用500kVA勵磁變（選用5分接）

組別：Dyn11或Dyn1

額定電壓：0.4/（10±2×2.5％）kV

額定電流：722/35A

勵磁變理論上輸出無功電流IQ=886-884=2.0A

勵磁變輸出視在功率S=7×14.7=103kVA

（5）400kVA調壓器電流和容量計算

調壓器輸出電壓U2= U1=0.34kV

調壓器輸出電流I2=I1=303A＜額定355A

調壓器輸出功率S=103.0kVA

5.4 工頻諧振原理計算論證

工頻諧振

工頻諧振是并聯諧振的其中一種形式，由于受現場條件的原因，變電站只能提供工頻50Hz的電壓，而變壓器的電感也為定值，因此只能通過調節電容的方法來達到并聯諧振的目的。

Zk=7.912Ω

（2）M5-L短路阻抗電感值

由于短路阻抗中的電阻阻抗遠小于電感產生電抗值，因此可認為全部是中對低短路電感在額定頻率下產生的阻抗值，其電感值

若使電感和電容達到并聯諧振，則需滿足

即補償電容器組所需的電容值

其工頻并聯諧振接近系數K=402.84/402.1=1.002

當750kV變壓器中的電感與外部電容器組處于工頻諧振狀態時，勵磁變提供的能量就會全部用于給變壓器進行加熱；從而由此并聯諧振原理，我們論證了該電容補償方法的可行性。

綜上所述，利用電容和電感的并聯諧振，通過補償電容器組來補償變壓器的電感所需的無功。變電站只需提供很小容量的電源，就可以非常方便的實現變壓器現場的加熱；同時，此種方法也可以同時給兩臺單相變壓器進行現場加熱。

6 實例應用（我公司新疆伊犁750kV變壓器現場加熱試驗）

我公司生產的750kV變壓器安裝于伊犁首座特高壓變電站內，該站位于新疆伊犁尼勒克蘇布臺西，是750千伏伊犁至奎屯特高壓輸電線路的支點，是與西北電網聯網的重要工程，也是西北實施“西電東送”的關鍵環節。750kV變壓器的現場安裝在十月中旬，后續的交接試驗時間已經進入當地的寒冷冬季。為了順利的完成現場安裝及交接試驗，我們采取了短路法加熱試驗，數據如下：

（1）現場加熱試驗數據

電容器實際補償容量26×300+1×100=7900kVar

中壓實際施加電壓UM=7.05kV

電容器實際補償電流IC=835A

勵磁變輸出電流I=13.7A

加熱功率≈7.05×13.7=97kW

（2）實測效果圖

圖2 溫升效果圖

（3）現場試驗連接示意圖

圖3 現場試驗連接示意圖

由現場試驗數據可以看出，在變壓器有保溫措施的前提下，短路法加熱大大縮短了熱油循環的工藝時間，提升了油浸效果，保障了交接試驗的油溫度，短路法加熱的效果是非常理想的。

7 注意事項

針對現場加熱試驗過程中出現的問題，提出幾點注意事項：

（1）根據被試品的實際電容量，現場需要微調電容器組的補償個數，已達到最大補償效果。

（2）兩臺試品同時加熱試驗時，兩臺勵磁變低壓側中性點只能有一點接地，防止出現大環流。

（3）變壓器及其閥門狀態合理選擇。為防止熱量的損失，變壓器表面需要蓋防雨阻燃保溫被；對于外界溫度非常低的環境，冷卻器上端的閥門打開，下端關閉，以防止冷卻器內部壓力過大，損壞冷卻器；當變壓器冷卻方式為ODAF時，為防止變壓器內部過熱，風冷器的上下蝶閥可以都打開，必要時可以開一組油泵進行循環。

8 結論

文章闡述了短路法加熱的原理及適用范圍，在理論計算的基礎上，又引用實例進行了論證。上述計算方法是采用調節電容器組來達到并聯工頻諧振的目的，除此之外，也可以通過調節頻率（變頻器）的方式來達到并聯諧振。短路加熱法不僅對交流變壓器可以運用，換流變壓器、電抗器也可以采用。對于負載損耗比較大的大型變壓器，加熱的損耗為100kW左右時，勵磁變壓器所提供的電壓占短路電壓的比例會更小。目前，此方法在750kV變壓器中得到了充分的實踐論證，以后在換流變、電抗器試驗中仍需積累試驗數據、總結規律，為解決超特高壓變壓器現場低溫安裝、試驗、并網和檢修問題提供保障。現場短路法加熱對于保障超特高壓變壓器及電抗器的絕緣性能以及投運后的安全運行具有重要意義。

劉東海（1962-），男，高級技師，山東濟南人，本科，主要從事超變壓器類產品的試驗研究。