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(yàn)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(chǔ)，因而電力變壓器的使用、測(cè)試已成為目前電力工作的重點(diǎn)。本論文主要圍繞變壓器套管電流互感器測(cè)試進(jìn)行研討，探討研究一種新的變壓器套管電流互感器測(cè)試方法——變壓器短路試驗(yàn)法，在對(duì)電力變壓器短路試驗(yàn)法概念進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，總結(jié)出變壓器套管電流互感器測(cè)試的方法，以供參考。

電力 變壓器 套管電流互感器 短路試驗(yàn)

變壓器是變電站的核心設(shè)備，具有容量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、原理特殊等特點(diǎn)，因此成為了試驗(yàn)人員重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，同時(shí)圍繞其所展開(kāi)的試驗(yàn)項(xiàng)目甚為關(guān)鍵。由于主變本身的感抗和容抗很大，部分試驗(yàn)項(xiàng)目受試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)能力的制約至今無(wú)法開(kāi)展。對(duì)于主變壓器的繼保項(xiàng)目——套管電流互感器的極性、變比及二次回路檢查試驗(yàn)，利用常規(guī)的方法無(wú)法在安裝之后進(jìn)行。以往只能在套管電流互感器安裝前在場(chǎng)地進(jìn)行本體試驗(yàn)，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(yàn)不完整、需多次拆接線，調(diào)試效率低且容易出錯(cuò)等弊端。針對(duì)傳統(tǒng)方法帶來(lái)的弊端，本文提出了一種新的試驗(yàn)方法——變壓器短路試驗(yàn)法，該方法有效克服了之前試驗(yàn)方法存在的各種問(wèn)題，大大提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和工作效率，達(dá)到了試驗(yàn)的價(jià)值與效益，確保變壓器日后的安全運(yùn)行；同時(shí)，對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，可以對(duì)變壓器套管電流互感器的變比、極性進(jìn)行校驗(yàn)，減少后續(xù)試驗(yàn)工作。

1　電力變壓器套管電流互感器試驗(yàn)概述

電力變壓器套管電流互感器試驗(yàn)是變壓器調(diào)試的一個(gè)重要組成部分，特別在測(cè)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(guò)程中，進(jìn)行短路試驗(yàn)已經(jīng)成為一個(gè)重要的工作。變壓器短路試驗(yàn)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(jìn)而測(cè)量短路電流的大少和相角，即為變壓器短路試驗(yàn)。電力變壓器短路試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于便捷，而且電力變壓器短路試驗(yàn)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(cè)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(dòng)穩(wěn)定、計(jì)算變壓器二次側(cè)的電壓變動(dòng)率以及確定變壓器的溫升。通過(guò)變壓器短路試驗(yàn)，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(guò)大和局部過(guò)熱、油箱箱蓋或套管法蘭等附件損耗過(guò)大和局部過(guò)熱、帶負(fù)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(dǎo)線間短路或換位錯(cuò)誤。

2　變壓器的短路電流的計(jì)算

表1　

表2　

在過(guò)往的變壓器短路試驗(yàn)中，由于缺乏理論計(jì)算支持，對(duì)變壓器的短路電流大少通過(guò)估計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量求得。同時(shí)，缺少理論計(jì)算比較，難以判定試驗(yàn)的正確性。本研究，通過(guò)教科書(shū)的理論分析與實(shí)際工作情況結(jié)合，推導(dǎo)出短路電流的計(jì)算公式，從而驗(yàn)證了試驗(yàn)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(guān)系IK=f（U）和PK=f（U）稱為短路變壓器短路特性。

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

短路試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)時(shí)，使短路電流Ik恰為額定電流In，這時(shí)，外施加電壓很低，勵(lì)磁電流可以忽略不計(jì)，即可以忽略鐵心損耗，所以輸入功率即為額定負(fù)載時(shí)的銅損耗，所施加的短路電壓。用標(biāo)幺值標(biāo)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(guò)推導(dǎo)公式，可以計(jì)算出試驗(yàn)的短路一次電流，再根據(jù)套管電流互感器變比，計(jì)算出二次電流。

利用加入的工頻380V電壓A相作為參考基準(zhǔn)，根據(jù)加壓點(diǎn)和短路點(diǎn)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(duì)A相電壓的相角差分別為：90°、210°、330°。對(duì)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(wú)法測(cè)量。

需指出，公式3.1只適合計(jì)算三相變壓器進(jìn)行三相短路時(shí)的短路電流。對(duì)于三組變壓器的零序套管電流互感器加壓試驗(yàn)或者進(jìn)行單相變壓器短路試驗(yàn)，需對(duì)3.1公式進(jìn)行修改，才能滿足實(shí)際計(jì)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(shí)際應(yīng)用分析

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

3.1變壓器三相短路試驗(yàn)

由變壓器銘牌資料得出的參數(shù)，本試驗(yàn)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(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)接線如下圖1所示。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量得出測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

在測(cè)試過(guò)程中，利用加入的交流工頻電壓A相作為參考基準(zhǔn)，測(cè)試出變壓器高壓側(cè)A、B、C三相短路電流對(duì)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(guò)表1和表2比對(duì)，試驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果相符合，差別在正常范圍內(nèi)，理論計(jì)算正確。

3.2變壓器零序套管電流互感器短路試驗(yàn)

與變壓器三相短路試驗(yàn)方法相似，通過(guò)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(jì)算時(shí)應(yīng)使用公式3.1計(jì)算。匯總?cè)绫?所示。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)接線如下圖2所示。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量得出測(cè)試數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

由于實(shí)際應(yīng)用中對(duì)變壓器零序套管互感器的極性沒(méi)有要求，所以本試驗(yàn)不作測(cè)量。

通過(guò)表3和表4比對(duì)，試驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果相符合，差別在正常范圍內(nèi)，理論計(jì)算正確。

4　電力變壓器短路試驗(yàn)的技術(shù)要點(diǎn)

4.1電力變壓器短路試驗(yàn)電源控制

電力變壓器短路試驗(yàn)電源的應(yīng)用與短路試驗(yàn)的型式有關(guān)，也與電力變壓器的結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，三相電源可以進(jìn)行三相變壓器的三相短路和單相短路試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)該注意電力變壓器短路試驗(yàn)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(jìn)行單相變壓器的單相短路，但進(jìn)行模擬三相變壓器的三相短路試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果影響較大，同時(shí)操作步驟也復(fù)雜很多，因此，不建議使用該方法。對(duì)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(yīng)該注意電壓的控制。對(duì)于電力變壓器D聯(lián)結(jié)繞組，在兩相之間時(shí)應(yīng)該注意連接的方式，要避免因電流強(qiáng)度過(guò)大而對(duì)儀器的影響，同時(shí)要避免錯(cuò)誤電路的連接，以確保電力變壓器的試驗(yàn)安全。

4.2電力變壓器短路試驗(yàn)時(shí)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(yīng)在降低短路電流的前提下進(jìn)行試驗(yàn)?？刂谱畲蠓菍?duì)稱短路電流除控制選相合閘開(kāi)關(guān)的合閘相角外，還可以通過(guò)調(diào)整電源電壓、電路中的總阻抗以及X/R比值來(lái)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(kāi)關(guān)來(lái)控制電力變壓器電源電壓。這種方式效率高、精確度高。二時(shí)利用發(fā)電機(jī)、母線、線路的布置及聯(lián)結(jié)方式來(lái)產(chǎn)生可以利用的試驗(yàn)回路短路容量，這樣方便與電力變壓器短路試驗(yàn)精確性的提高。三是利用電源電壓的合閘相位角來(lái)控制短路的開(kāi)始瞬間，這樣能夠提高電力變壓器短路試驗(yàn)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(lái)補(bǔ)償電路中的總電抗，改變?cè)囼?yàn)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(yǔ)

為了維護(hù)變壓器的性能，維持電力供應(yīng)的安全局面，應(yīng)該重視對(duì)變壓器套管電流互感器的測(cè)試試驗(yàn)，要將人員技能培養(yǎng)、試驗(yàn)重點(diǎn)等各主要環(huán)節(jié)加以觀念、技術(shù)上的加強(qiáng)，給變壓器試驗(yàn)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(yàn)的價(jià)值與功能。在穩(wěn)定變壓器性能的基礎(chǔ)上，達(dá)到電力網(wǎng)的功能與運(yùn)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(chǔ)。

［1］四川電力試驗(yàn)研究院編.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.中國(guó)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(qiáng)編著.電機(jī)學(xué)（第二版）.中國(guó)電力出版社，2009.