箱式變電站溫升試驗方法研究

郭廷冬

（福建省產品質量檢驗研究院，福建 福州 350002）

1 引言

箱式變電站是一種把高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定接線方式組裝成一體的預制、緊湊式的配電設備。隨著經濟發展和城市化進程加快，具有成套性強、體積小、結構緊湊、運行安全可靠、維護方便、送電周期短等特點的箱式變電站在城鄉電網中得到廣泛應用。由于變壓器安裝在戶外的箱體中，戶外太陽的曝曬和變壓器本身產生的熱量能否散出以保證變壓器正常的工作，成為用戶最關心的問題。所以對箱式變電站投入運行前進行溫升試驗尤為重要，文中就以箱式變電站的溫升試驗過程進行探討。

2 溫升試驗測量方法及分析

變壓器的使用壽命取決于其絕緣介質的壽命。長期處于高溫會使絕緣介質老化，逐漸喪失其耐電性能。各種絕緣介質在某一溫度作用下都有一定的壽命。通常伴隨發熱的電性能產品，其使用壽命與運行時本體溫度成反比。

如果變壓器的運行溫度過高，一方面將影響變壓器的壽命；另一方面，如果要保證變壓器的額定負荷，其繞組的直流電阻將變大，負載損耗增加，促使變壓器的溫度進一步升高，最終不得不降低負荷，從而使變壓器的使用效率降低。

對于箱式變電站的溫升試驗，國家標準GB/T17467-2010《高壓低壓預裝式變電站》第6.5條款有明確規定：溫升試驗的目的是校驗箱式變電站外殼設計的正確性，即能正常運行和不縮短站內元件的預期壽命。試驗時必須測量變壓器液面和繞組（干式變壓器只測繞組）的溫升和低壓設備的溫升。試驗應證明：變壓器在外殼內的溫升與同一臺變壓器在外殼外部測得的溫升差值△t不大于外殼級別規定的數值，如級別0（0K）、級別10（10K）、級別20（20K）、級別30K（30K）。

△t≤△t2-△t1

(注： △t2 變壓器在外殼內的溫升；△t1變壓器在外殼外部的溫升。)[1]

同時還需測量低壓連接線及其端子的溫度及溫升，其數值應符合相關標準要求。

按標準規定，箱式變電站進行溫升試驗，需要三個步驟：

（1）變壓器在變電站外殼外部進行一次變壓器溫升試驗；

（2）變壓器在變電站外殼內部進行一次變壓器溫升試驗；

（3）低壓開關設備施加變壓器的低壓側額定電流進行一次溫升試驗。

圖1 標準箱式變電站溫升試驗接線圖

現以一臺歐式箱式變電站（油浸式）為例，型號為YBM22-630/10.5進行溫升試驗如下。

按GB/T 1094.2-2013《電力變壓器第2部分：液浸式變壓器的溫升》進行試驗，步驟（1）為單獨進行試驗，步驟（2）、步驟（3）應同時進行。步驟（2）、步驟（3）同時進行試驗其變電站溫升試驗接線方式如圖1所示。此時整個變電站分為兩個部分，即變壓器部分和低壓開關設備部分。如圖1所示整個變電站需兩處進行短接，試驗也需兩個獨立電源，一個為變壓器回路通一定足夠的電流來產生變壓器的總損耗，另一個為低壓開關設備部分通一受試變壓器的額定低壓電流。變壓器的低壓側額定電流較大，則變相對試驗設備也有一定的要求，即能夠提供大電流的試驗設備，電源線也需有足夠大的截面積等。

基于以上問題，文中提出一種不但能減少試驗設備投入，而且能提高工作效率，同時還能保證檢驗結果準確性的新方法。在標準規定的原有溫升試驗接線方法上進行改變，主要改變原有溫升試驗步驟（2）和步驟（3）的接線方法。將原本兩個獨立供電的試驗程序進行合理組合，簡化為一個只需單獨試驗電源供電即可滿足標準溫升試驗條件，加上后期對數據的推導換算即可得出準確的溫升試驗的結果。該試驗方法不僅在試驗設備上減少了一個提供變壓器的低壓側額定電流這種數值的大電流試驗電源，而且在試驗前接線操作上還減少一次三相銅排短接操作。

具體如下：（a）變壓器在變電站外殼外部進行一次變壓器溫升試驗，此步驟同標準規定；（b）將上述標準規定的步驟（2）和步驟（3）合在一起進行試驗，其變電站溫升試驗接線方式如圖2所示。即：將變壓器的低壓側和低壓開關設備串聯在一起，在低壓開關設備的輸出末端進行短接，變壓器高壓側施加額定電流進行試驗，根據變壓器的變比關系，此時變壓器低壓側及低壓開關設備即施加了變壓器的低壓側額定電流。試驗過程按要求記錄相關部位溫度值及相應電參數值，直到各個部分達到熱穩定狀態。熱穩定后及時停機測量變壓器高低壓側繞組熱態電阻與對應時間。

圖2 新試驗方法箱式變電站溫升試驗接線圖

GB/T 1094.2-2013第7.3.1條款中明確規定可通過協商，油浸式變壓器的溫升試驗在施加總損耗和施加額定電流的兩個試驗階段可合成為一個步驟，即施加一個介于負載損耗和總損耗之間的功率。此步驟最終的頂層液體溫升和繞組溫升應按GB/T 1094.2-2013第7.13條款的修正規則確定。修正的有效范圍是施加的總損耗與規定的總損耗之差在±20%之內，施加的電流與規定的電流之差在±10%之內[2]。變壓器在通以額定電流施加損耗一直到熱穩定時，試驗損耗在修正有效范圍內。

施加總損耗結束時高于外部冷卻介質的液體溫升應乘：

電源斷開瞬間，高于液體平均溫度的繞組平均溫升應乘：

根據文中所提出的方法在進行步驟（b）后，則繞組溫升應按公式（1）進行修正；頂層油溫升應按公式（2）進行修正。

繞組溫升修正符合GB/T 1094.2-2013要求，但此過程中電參數表測得的損耗不僅僅是變壓器損耗，其中還包含著低壓開關設備的損耗等。若按此損耗去修正頂層油溫升，得出的結果將會偏離實際值。因此，需要推算出試驗結束時變壓器真實的試驗損耗，以修正頂層油溫升值，才能保證數據的準確性。

根據試驗結束時測得的繞組熱態電阻及對應時間，從而畫出的熱態電阻冷卻曲線，使用外推法推算出電源切斷瞬間的繞組平均溫度。

依據GB/T 1094.1-2013中變壓器負載損耗的測量方法，將負載損耗校正到電源斷開瞬間的繞組平均溫度及試驗終了時變壓器施加的電流值下，此損耗即為斷電瞬間的變壓器損耗。將損耗數值按公式（1）修正，即可計算得出所測變壓器的頂層油溫升，從而得到準確的頂層油溫升值。

3 試驗比對分析

步驟（1）是對變壓器在空氣中進行溫升試驗，步驟（3）是對低壓開關設備施加變壓器的低壓側額定電流進行溫升試驗。步驟（1）和步驟（3）在新舊兩種試驗方法試驗過程中，試驗條件和試驗過程均一致，故無需進行比對。兩種試驗方法有差異的是步驟（2），即變壓器在變電站外殼中的溫升試驗過程。在新試驗方法中測得繞組溫升，試驗條件、過程及修正方法符合標準GB/T 1094.2-2013的試驗要求，故此過程無需進行比對。有差異的是頂層油溫升測量過程，因新試驗方法中修正頂層油溫升用的變壓器損耗無法直接從電參數表上讀取，而是經過一系列的推導換算得出，故需驗證其數值的準確性。用新舊兩種試驗方法對同一臺歐式變電站、使用相同的檢測設備、相對一樣的試驗環境的條件下，進行變壓器在變電站外殼中的溫升試驗，對兩種試驗方法測出的頂層油溫升結果進行比對分析。

樣品型號：YBM22-630/10.5，試驗樣品主要參數：630kVA、10500V/400V、50Hz、34.6A/909.3A，銅繞組在參考溫度75℃時，總損耗為6484.1W，直流電阻及附加損耗見表1。

表1 變壓器冷態直流電阻及附加損耗

3.1 標準試驗方法試驗結果

按GB/T1094.2-2013試驗方法進行溫升試驗，溫升試驗熱穩定時電參表等測得相關試驗數據及頂層油溫升見表2。

把相關數據帶入公式（1）得：

3.2 新試驗方法試驗結果

用以下方法換算出斷電瞬間變壓器上的實際損耗值，從而進行頂層油溫升的修正。新試驗方法溫升試驗熱穩定時電參表等測得相關試驗數據見表2。

表2 兩種試驗方法測得相關數據

附加損耗與溫度成反比[3]，附加損耗的修正溫度取高低壓繞組溫度的平均值。

則斷電瞬間變壓器上施加的損耗為：

把以上所有數據帶入公式（1）得：

3.3 結果分析

由上述結果可見，新試驗方法測得的頂層油溫升值與標準規定的方法測得頂層油溫升值相差為0.28K。

考慮頂層油溫度和環境溫度的測量儀器無紙記錄儀的精度±(0.05%＋0.7℃)，則儀器所引起的最大允許誤差為△θ0誤差=2×(200×0.05%＋0.7)=1.6K。

可見，兩種方法試驗結果誤差在儀器所引起的誤差范圍內，測試結果符合要求。

4 結語

基于上述兩次試驗結果比對分析，證明文中提出的箱式變電站溫升試驗新檢測方法的可行性。文中以筆者的實際檢測工作為出發點，在檢測工作中提出新想法、新觀點，并以專業知識為基礎分析求證其可靠性，主要目的是為了與同行共同探討試驗技術方法，加強今后在相關產品的檢驗檢測能力。