一種變壓器套管電流互感器試驗的研究方法

江維臻

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東佛山 528000）

一種變壓器套管電流互感器試驗的研究方法

江維臻

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東佛山 528000）

由于變壓器作為電力轉(zhuǎn)化以及利用的基礎，因而電力變壓器的使用、測試已成為目前電力工作的重點。本論文主要圍繞變壓器套管電流互感器測試進行研討，探討研究一種新的變壓器套管電流互感器測試方法——變壓器短路試驗法，在對電力變壓器短路試驗法概念進行概述的基礎上，總結(jié)出變壓器套管電流互感器測試的方法，以供參考。

電力 變壓器 套管電流互感器 短路試驗

變壓器是變電站的核心設備，具有容量大、結(jié)構(gòu)復雜、原理特殊等特點，因此成為了試驗人員重點關注的對象，同時圍繞其所展開的試驗項目甚為關鍵。由于主變本身的感抗和容抗很大，部分試驗項目受試驗設備及技術(shù)能力的制約至今無法開展。對于主變壓器的繼保項目——套管電流互感器的極性、變比及二次回路檢查試驗，利用常規(guī)的方法無法在安裝之后進行。以往只能在套管電流互感器安裝前在場地進行本體試驗，在安裝后則利用二次升流的方式檢查回路的正確性。傳統(tǒng)方法存在試驗不完整、需多次拆接線，調(diào)試效率低且容易出錯等弊端。針對傳統(tǒng)方法帶來的弊端，本文提出了一種新的試驗方法——變壓器短路試驗法，該方法有效克服了之前試驗方法存在的各種問題，大大提高了試驗的準確性和工作效率，達到了試驗的價值與效益，確保變壓器日后的安全運行；同時，對變壓器進行短路試驗時，可以對變壓器套管電流互感器的變比、極性進行校驗，減少后續(xù)試驗工作。

1　電力變壓器套管電流互感器試驗概述

電力變壓器套管電流互感器試驗是變壓器調(diào)試的一個重要組成部分，特別在測試變壓器套管電流互感器變比、極性等方面有著重要的作用。在電力變壓器的安裝和檢修的過程中，進行短路試驗已經(jīng)成為一個重要的工作。變壓器短路試驗是將變壓器一側(cè)繞組（通常是低壓側(cè)）短路，而從另一側(cè)繞組加入額定頻率的交流電壓，使變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生較少的短路電流，進而測量短路電流的大少和相角，即為變壓器短路試驗。電力變壓器短路試驗的優(yōu)勢在于便捷，而且電力變壓器短路試驗較為精確，是調(diào)試工作中重要的一環(huán)。

另外，變壓器短路損耗包括電流在電阻上的損耗與漏磁通引起的附加損耗。測量短路損耗和阻抗電壓，以便確定變壓器的效率、熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定、計算變壓器二次側(cè)的電壓變動率以及確定變壓器的溫升。通過變壓器短路試驗，可以發(fā)現(xiàn)以下缺陷：變壓器的各結(jié)構(gòu)件（屏蔽、壓環(huán)和電容環(huán)、軛鐵梁板等）或油 箱壁中由于漏磁通所引起的附加損耗過大和局部過熱、油箱箱蓋或套管法蘭等附件損耗過大和局部過熱、帶負載調(diào)壓的電抗繞組匝間短路、大型電力變壓器低壓繞組中并聯(lián)導線間短路或換位錯誤。

2　變壓器的短路電流的計算

表1　

表2　

在過往的變壓器短路試驗中，由于缺乏理論計算支持，對變壓器的短路電流大少通過估計和現(xiàn)場實際測量求得。同時，缺少理論計算比較，難以判定試驗的正確性。本研究，通過教科書的理論分析與實際工作情況結(jié)合，推導出短路電流的計算公式，從而驗證了試驗的正確性。

如果將變壓器二次側(cè)短路，一次側(cè)的電流和輸入功率與外加電壓之間的關系IK=f（U）和PK=f（U）稱為短路變壓器短路特性。

通過變壓器的短路特性試驗，可以得到變壓器的一個重要數(shù)據(jù)：阻抗電壓（短路阻抗）。它通常以百分數(shù)的形式標注在變壓器的銘牌上。

短路試驗時，短路電流Ik將取決于外加電壓Uk和變壓器的短路阻抗Zk所以：

將公式1.1整理得：

另外，如果在短路試驗時，使短路電流Ik恰為額定電流In，這時，外施加電壓很低，勵磁電流可以忽略不計，即可以忽略鐵心損耗，所以輸入功率即為額定負載時的銅損耗，所施加的短路電壓。用標幺值標示為下式：

將公式1.2和公式2.1整理求得短路電流Ik如下：

通過推導公式，可以計算出試驗的短路一次電流，再根據(jù)套管電流互感器變比，計算出二次電流。

利用加入的工頻380V電壓A相作為參考基準，根據(jù)加壓點和短路點的情況，可以分析到，變壓器高壓側(cè)A、B、C三相短路電流對A相電壓的相角差分別為：90°、210°、330°。對于變壓器低壓側(cè)，由于低壓側(cè)處于三相短路狀態(tài)，所以短路電流和電壓相角差無法測量。

需指出，公式3.1只適合計算三相變壓器進行三相短路時的短路電流。對于三組變壓器的零序套管電流互感器加壓試驗或者進行單相變壓器短路試驗，需對3.1公式進行修改，才能滿足實際計算要求。

根據(jù)變壓器短路阻抗Zk不變的性質(zhì)，將公式2.1整理得

表3　

表4　

由公式1.1和4.1整理得

所以得：

將公式5.1整理得：

3　實際應用分析

根據(jù)上述的推論，我們對江蘇華鵬的SZ11-63000/110型號變壓器進行三相短路試驗和單相零序套管電流互感器短路試驗，得出各套管電流互感器試驗數(shù)據(jù)進行分析。

3.1變壓器三相短路試驗

由變壓器銘牌資料得出的參數(shù)，本試驗變壓器的短路電壓百分比U%=16.10%，高壓側(cè)額定電壓、電流為：Un1=96800V，In1=375.8A，低壓側(cè)額定電壓、電流為：Un2=10500V，In1=3464.1A，套管電流互感器變比n=400/1。根據(jù)已知參數(shù)和公式3.1求得理論數(shù)據(jù)，匯總?cè)绫?所示。

現(xiàn)場試驗時，先將變壓器低壓側(cè)套管母線短接，在變壓器高壓側(cè)套管A、B、C三相分別加入交流工頻380V電壓，試驗接線如下圖1所示。對現(xiàn)場變壓器進行試驗，測量得出測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

在測試過程中，利用加入的交流工頻電壓A相作為參考基準，測試出變壓器高壓側(cè)A、B、C三相短路電流對A相電壓的相角差分別為：85°、208°、323°，與前文分析的相角差數(shù)據(jù)相近。

通過表1和表2比對，試驗結(jié)果和理論結(jié)果相符合，差別在正常范圍內(nèi)，理論計算正確。

3.2變壓器零序套管電流互感器短路試驗

與變壓器三相短路試驗方法相似，通過變壓器銘牌得出參數(shù)，變壓器零序電流互感器變比n=100/1。根據(jù)參數(shù)和公式6.1求得理論數(shù)據(jù)。需要指出的是，由于變壓器低壓側(cè)還是處于三相短路狀態(tài)，計算時應使用公式3.1計算。匯總?cè)绫?所示。

現(xiàn)場試驗時，先將變壓器低壓側(cè)套管母線短接，在變壓器高壓側(cè)套管A相和零序套管O相加入交流工頻380V電壓，試驗接線如下圖2所示。對現(xiàn)場變壓器進行試驗，測量得出測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

由于實際應用中對變壓器零序套管互感器的極性沒有要求，所以本試驗不作測量。

通過表3和表4比對，試驗結(jié)果和理論結(jié)果相符合，差別在正常范圍內(nèi)，理論計算正確。

4　電力變壓器短路試驗的技術(shù)要點

4.1電力變壓器短路試驗電源控制

電力變壓器短路試驗電源的應用與短路試驗的型式有關，也與電力變壓器的結(jié)構(gòu)有直接的關系。一般來說，三相電源可以進行三相變壓器的三相短路和單相短路試驗，同時應該注意電力變壓器短路試驗的接線方式。單相電源可以模擬三相變壓器的三相短路，也可以進行單相變壓器的單相短路，但進行模擬三相變壓器的三相短路試驗時，試驗結(jié)果影響較大，同時操作步驟也復雜很多，因此，不建議使用該方法。對于電力變壓器聯(lián)結(jié)繞組，是在一相與其余兩相之間施加電源或短路，應該注意電壓的控制。對于電力變壓器D聯(lián)結(jié)繞組，在兩相之間時應該注意連接的方式，要避免因電流強度過大而對儀器的影響，同時要避免錯誤電路的連接，以確保電力變壓器的試驗安全。

4.2電力變壓器短路試驗時控制短路電流的方法

調(diào)試電力變壓器短路電流可以采用串聯(lián)電抗器和調(diào)整電源電壓兩種方式，應在降低短路電流的前提下進行試驗。控制最大非對稱短路電流除控制選相合閘開關的合閘相角外，還可以通過調(diào)整電源電壓、電路中的總阻抗以及X/R比值來控制。通常有如下幾種調(diào)整方法：一種是采用電源變壓器的分接開關來控制電力變壓器電源電壓。這種方式效率高、精確度高。二時利用發(fā)電機、母線、線路的布置及聯(lián)結(jié)方式來產(chǎn)生可以利用的試驗回路短路容量，這樣方便與電力變壓器短路試驗精確性的提高。三是利用電源電壓的合閘相位角來控制短路的開始瞬間，這樣能夠提高電力變壓器短路試驗的可控性。四是在電力變壓器短路線路接入附加電抗，以電抗來補償電路中的總電抗，改變試驗回路的X/R比值。五是選擇變壓器故障分接接線方式。

5　結(jié)語

為了維護變壓器的性能，維持電力供應的安全局面，應該重視對變壓器套管電流互感器的測試試驗，要將人員技能培養(yǎng)、試驗重點等各主要環(huán)節(jié)加以觀念、技術(shù)上的加強，給變壓器試驗提供穩(wěn)定的環(huán)境和充分的保證。這樣才能發(fā)揮出變壓器套管電流互感器試驗的價值與功能。在穩(wěn)定變壓器性能的基礎上，達到電力網(wǎng)的功能與運行的安全，為電力事業(yè)發(fā)展打造技術(shù)、技能、管理和體系方面的基礎。

［1］四川電力試驗研究院編.高壓電氣設備試驗方法［M］.中國電力出版社，2014.

［2］程保權(quán).電力變壓器的檢修策略［J］.現(xiàn)代企業(yè)教育，2012（06）.

［3］胡虔生，胡敏強編著.電機學（第二版）.中國電力出版社，2009.