變頻串聯(lián)諧振在變壓器交流耐壓試驗中的應(yīng)用

任書燕 董海慶

摘 要：電力變壓器是電力系統(tǒng)運行的重要設(shè)備，采用交流耐壓的試驗方法可以有效判別變壓器主絕緣電氣強度的水平，具體試驗方法包括采用升壓變加壓和采用變頻串聯(lián)諧振的方法升壓。現(xiàn)結(jié)合實例進(jìn)行比較說明，驗證變頻串聯(lián)諧振在變壓器交流耐壓試驗中的適用性。

關(guān)鍵詞：變壓器;交流耐壓試驗;變頻串聯(lián)諧振

0 ? ?引言

變壓器是電網(wǎng)運行的重要設(shè)備，外施交流耐壓用于考核變壓器主絕緣電氣強度的水平，也是檢查驗證變壓器設(shè)計、制造和安裝質(zhì)量的重要手段[1]。實際應(yīng)用中，常用的試驗升壓方式有兩種：一是采用控制箱加升壓變壓器的接線方式直接升壓;另一種是采用串聯(lián)諧振的方式進(jìn)行升壓，滿足大容量設(shè)備的需求。當(dāng)變壓器額定電壓大于35 kV且額定容量大于8 000 kVA時，需要升壓試驗變壓器的額定電流大于100 mA，滿足這種要求的高電壓試驗變壓器和調(diào)壓器如今還不夠普及;同時考慮到大容量的試驗變壓器笨重，抬搬不方便，現(xiàn)場實際操作會有困難[2]。而在工程現(xiàn)場采用變頻串聯(lián)諧振的方式對大容量高電壓變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗，通過串聯(lián)諧振升壓，利用并聯(lián)補償電容進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，以上問題可以得到有效解決。

1 ? ?試驗原理及試驗儀器

變壓器耐壓試驗串聯(lián)諧振回路接線原理如圖1所示。

在采用串聯(lián)諧振方式進(jìn)行交流耐壓試驗過程中，達(dá)到諧振的條件是試驗回路中的感抗值與容抗值大小相等。本文采用變頻串聯(lián)諧振方式，通過調(diào)節(jié)試驗頻率滿足諧振條件進(jìn)行耐壓試驗，試驗頻率通常要求在工頻，即45～65 Hz[3]。

變頻串聯(lián)諧振試驗原理如圖2所示。

試驗中將被試變壓器高壓繞組短接接高壓，低壓及平衡繞組短接接地，則被試變壓器等效為電容，整個試驗回路等效為LC串聯(lián)諧振電路。

2 ? ?實例

一臺由山東電力設(shè)備有限公司2017年出廠的型號為SZ11-80000/110的110 kV、80 MVA的大型電力變壓器（簡稱“變壓器1”），接線組別為YNyn10+d11，電壓比為（110±8×1.25%）/10.5+6.6，交接試驗的絕緣試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)五通標(biāo)準(zhǔn)《國家電網(wǎng)公司變電驗收管理規(guī)定（試行）第1分冊 油浸式變壓器（電抗器）驗收細(xì)則》附錄A.13：外施交流耐壓試驗電壓值按出廠值80%進(jìn)行，可得變壓器外施交流耐壓值如表2所示。

2.1 ? ?采用常規(guī)試驗變壓器法進(jìn)行交流耐壓試驗

該電力局現(xiàn)有最大試驗變壓器額定容量2 kVA，額定電壓60 kV，額定電流0.033 A，若用常規(guī)試驗變壓器法進(jìn)行交流耐壓試驗，試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，采用傳統(tǒng)升壓方式高壓繞組試驗電壓和電流不滿足要求、低壓繞組和平衡繞組試驗電流不滿足要求，因此不能用現(xiàn)有的常規(guī)升壓方式進(jìn)行耐壓試驗。

2.2 ? ?采用變頻交流串聯(lián)諧振的方法進(jìn)行交流耐壓試驗

2.2.1 ? ?變頻交流串聯(lián)諧振裝置試驗參數(shù)

（1）變頻電源（HDSR-F，主機1臺）：

輸入電壓：380 V，三相，50 Hz;輸出電壓：0～450 V;輸出容量：20.0 kVA;頻率調(diào)節(jié)范圍：30～300 Hz。

（2）勵磁變（F-LB10B，1臺）：

輸入電壓：0～450 V;輸出電壓：0～2.5×4 kV;額定容量：10.0 kVA。

（3）試驗電抗器（F-DK27/27.5，5只）：

額定電壓：27 kV，45～300 Hz;額定電流：1.0 A;額定負(fù)載：131 nF;額定電感量：95.5 H。

（4）分壓器（F-CF250，1只）：

額定電壓：300 kV AC;有效精度：1.0級;額定電容：0.5 nF。

（5）補償電容（HDSR-f-Z140IV，1個）：

額定電壓：140 kV;額定電容量：3.2 nF。

（6）高壓引線、放電桿及附件：1套。

（7）5 000 V高壓絕緣電阻儀：1只。

（8）絕緣墊：1只。

2.2.2 ? ?試驗參數(shù)計算

（1）耐壓前后的絕緣電阻測量。

（2）高壓繞組估算：

試品總?cè)萘浚?0 720 pF。

本次耐壓試驗實測數(shù)據(jù)如表4所示。

分析表4可知，本次交流耐壓試驗數(shù)據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過變頻串聯(lián)諧振裝置，設(shè)定相關(guān)參數(shù)，找到諧振頻率，形成串聯(lián)諧振回路，將電源輸入的低電壓轉(zhuǎn)換為表2對應(yīng)的耐受電壓值，分別對高壓側(cè)、低壓側(cè)和平衡繞組進(jìn)行交流耐壓試驗，可達(dá)到考驗被試變壓器各繞組絕緣性能耐受高壓的目的。

3 ? ?結(jié)論

采用變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗技術(shù)有以下優(yōu)點：（1）解決常規(guī)試驗變壓器升壓耐壓方式不能完成試驗的問題。（2）對于大容量的被試變壓器，所需電源容量大大減小，試驗設(shè)備的重量和體積大幅減小，便于現(xiàn)場操作。（3）可以有效改善輸出電壓的波形，并具有防止大短路電流燒傷故障點和不出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓等顯著優(yōu)點[4]。

綜上可見，采用變頻串聯(lián)諧振升壓的方式對大容量變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗在實際應(yīng)用中具有較強的適用性和經(jīng)濟性，已經(jīng)成為當(dāng)前高壓試驗的一種新方法與潮流。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張仁豫，陳昌漁，王昌長.高電壓試驗技術(shù)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2] 張占，陳家強，婁東升，等.淺評電力變壓器的預(yù)防性試驗[J].電氣試驗，2009（1）：14-17.

[3] 林梅芬，許晶.變頻串聯(lián)諧振在大中型變壓器交流耐壓試驗中的應(yīng)用[J].電氣時代，2009（12）：74-76.

[4] 林梅芬，許晶.變頻串聯(lián)諧振在變壓器交流耐壓試驗中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2010，28（2）：155-157.

收稿日期：2020-02-23

作者簡介：任書燕（1989—），女，山西晉中人，碩士研究生，工程師，研究方向：電氣試驗。