变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法
【专利摘要】一种变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，依次连接交流试验电源、中间变压器和被试变压器，在被试变压器的初级并联连接一组或多组高次谐波RLC串联的高压滤波器，以高压大功率变频电源或高压大功率变频电源输出端连接调压器作为交流试验电源，然后通过对高压大功率变频电源的频率调节操作进行对被试变压器的空载试验，以实现在不增大空载试验电源容量、不劣化空载电压波形质量和在不改变用于补偿的高压滤波器容量的情况下进行大型变压器空载试验。本发明在保证升压过程顺利完成的情况下，显著减小特高压大型变压器空载试验所需的试验电源容量，进而有效推动特高压变压器现场试验技术及装置向集成化、小型化、现场实用化方向发展。
【专利说明】变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变压器现场试验方法，具体说是一种变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法。
【背景技术】
[0002]大型电力变压器是输变电系统中最重要、最昂贵的设备之一，其可靠性直接关系到电力系统安全稳定运行。尤其是在特高压交直流工程中，大型变压器作为输变电系统的核心，地位尤为重要。
[0003]变压器出厂或大修投运前，需进行现场空载试验。空载试验能有效检验变压器铁芯和内部缺陷，是评价变压器安全、经济、稳定运行的重要技术手段。由于特高压变压器体积重量庞大，不易运输，为节省运输成本，大型变压器现场组装现场试验将逐渐取代传统的厂内组装成品运输的模式。
[0004]但现场组装现场试验也带来新的问题，特高压变压器容量大，电压等级高，现场试验困难。尤其是变压器空载试验中，电压升高铁芯饱和后，空载电流急剧增加，极易导致试验电压降低和电压波形畸变，难以升压完成试验。试验装置容量增大，可减小电压波形的畸变；但试验装置容量增大，则体积重量成倍增加，难以现场应用。
[0005]目前，大型变压器的空载试验主要采用两种方案:同步发电机组和调压器。发电机组投资庞大，重复使用困难，难以现场应用。调压器受电网波动影响较大，一般需补偿才能完成空载升压；常用的补偿办法是在铁芯饱和后投切高压电容，以补偿空载电流中急剧增加的感性分量。对于特高压变压器，空载试验中投切高压电容容易产生暂态过电压，危及设备。对于特高压大型变压器，这些试验方法难以解决试验装置容量和试验电压波形之间的矛盾需求，均不适合特高压变压器现场试验。
[0006]因此，需研究实际可行的特高压大型变压器现场试验方法，为完成特高压变压器现场试验尤其是空载升压试验提供一种新的解决途径，为特高压设备现场组装现场试验的建设模式提供技术支持。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法。
[0008]所述变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，依次连接试验装置和被试变压器，所述试验装置由试验电源连接中间变压器构成，其特征是:在被试变压器的初级并联连接一组或多组高次谐波RLC串联的高压滤波器，并将所述的高压滤波器作为空载试验过程中始终且唯一接入的高压补偿方式，以高压变频电源作为交流试验电源，然后通过对高压变频电源的频率和输出电压调节操作进行对被试变压器的空载试验，以实现在不增大空载试验电源容量、不劣化空载电压波形质量和在不改变用于补偿的高压滤波器容量的情况下进行大型变压器空载试验。[0009]国家电网发布的新版电力行业强制性标准《电业安全工作规程》规定:电压等级在1000V及以上为高压电气设备。
[0010]所述高次谐波RLC串联的高压滤波器与低压侧的低压滤波器或高压侧的电容补偿滤波器是截然不同的，电容补偿需要分阶段投切接入，会产生暂态过电压的风险。
[0011]所述高压滤波器的选取采用如下方式:
[0012]一、利用电路仿真分析工具，根据被试变压器的励磁曲线和试验回路结构建立回路分析模型；
[0013]二、改变高压滤波器的容量，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置的容量S与试验电压U关系曲线；
[0014]三、比较连接不同容量的高压滤波器后的所需的试验装置容量S在整个试验过程中的极大值与终止值，选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器。
[0015]所述对高压变频电源的频率调节操作为:
[0016]一、在35Hz~45Hz之间选取一个频率点作为高压变频电源的起始频率&，升高交流试验电源的输出电压，升压过程中，实时监测被试变压器输入端的电压和电流，该电流即作为待测的空载电流；同时，还需监测试验装置的输出电流。
[0017]二、监测到试验装置的输出电流由增大变减小时为铁心未饱和阶段和滤波器基波补偿阶段的分界，之后每当监测到被试变压器输入端的电流由减小变为稳定增大时，在高压变频电源现有频率的基础上累加一个频率步长△￡，直到频率变为工频频率值；
[0018]三、监测到被试变压器输入端的电压达到最高试验电压时，终止变频调压过程。
[0019]作为实施例，实时监测中间变压器的输出电流、被试变压器输入端的电压和电流的方法分别为:在中间变压器输出侧串联连接电流互感器、在被试变压器输入端并联连接电压互感器、在被试变压器输入端串联连接电流互感器，通过所连接的电压互感器和电流互感器的输出信号监测中间变压器的输出电流和被试变压器输入端的电压、电流。
[0020]作为一种优化方案，所述频率步长Λ f取0.5Hz~IHz。
[0021]以如下方式确定所述高次谐波RLC串联的高压滤波器内电阻、电容、电感元件的参数:
[0022]一、确定所述高压滤波器的额定电压Ua和谐波电流Iffi:
[0023]额定电压以下式计算:UfN=KXUm,
[0024]式中Uffi为高压滤波器的额定电压，K为安全系数，Um为最高试验电压，取安全系数K 为 1.15 ;
[0025]谐波电流IfN为高压滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量，所述高压滤波器特征频率λ为被试变压器额定频率的奇数倍，所述的谐波电流分量是被试变压器的对应高次谐波电流；
[0026]二、确定高压滤波器的容量Sf、品质因数Q:
[0027]高压滤波器的容量Sf以下式计算:
[0028]Sf=UmXIffl,
[0029]其中Um为最高试验电压，Iffl为滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量；
[0030]所述品质因数Q的取值范围是10≤Q≤50 ;
[0031]三、以下列算式分别确定所述高压滤波器的电容值、电感值、电阻值:
【权利要求】
1.一种变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，依次连接试验装置(7)和被试变压器(4)，所述试验装置(7)由试验电源(I)连接中间变压器(2)构成，其特征是:在被试变压器(4)的初级并联连接一组或多组高次谐波RLC串联的高压滤波器(3)，并将所述的高压滤波器(3)作为空载试验过程中始终且唯一接入的高压补偿方式，以高压变频电源作为交流试验电源，然后通过对高压变频电源的频率和输出电压调节操作进行对被试变压器的空载试验，以实现在不增大空载试验电源容量、不劣化空载电压波形质量和在不改变用于补偿的高压滤波器容量的情况下进行大型变压器空载试验。
2.根据权利要求1所述的变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，其特征是:所述高压滤波器(3)的选取采用如下方式: 一、利用电路仿真分析工具，根据被试变压器(4)的励磁曲线和试验回路结构建立回路分析模型； 二、改变高压滤波器的容量，得到不同容量的高压滤波器补偿状态下所需的试验装置(7)的容量S与试验电压U关系曲线； 三、比较连接不同容量的高压滤波器后的所需的试验装置(7)容量S在整个试验过程中的极大值与终止值，选取试验装置容量极大值与终止值之差最小的高压滤波器。
3.根据权利要求1所述的变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，其特征是:所述对高压变频电源的频率调节操作为: 一、在35Hz~45Hz之间选取一个频率点作为高压变频电源的起始频率&，升高交流试验电源(I)的输出电压，升压过程中，实时监测被试变压器(4)输入端的电压和电流，该电流即作为待测的空载电流；同时，还需监测试验装置(7)的输出电流。 二、监测到试验 装置的输出电流由增大变减小时为铁心未饱和阶段和滤波器基波补偿阶段的分界，之后每当监测到被试变压器(4)输入端的电流由减小变为稳定增大时，在高压变频电源现有频率的基础上累加一个频率步长△￡，直到频率变为工频频率值； 三、监测到被试变压器(4)输入端的电压达到最高试验电压时，终止变频调压过程。
4.根据权利要求3所述的变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，其特征是:实时监测中间变压器(2)的输出电流、被试变压器(4)输入端的电压和电流的方法分别为:在中间变压器(2)输出侧串联连接电流互感器(5)、在被试变压器(4)输入端并联连接电压互感器(6)、在被试变压器(4)输入端串联连接电流互感器(5)，通过所连接的电压互感器(6)和电流互感器(5)的输出信号监测中间变压器(2)的输出电流和被试变压器(4)输入端的电压、电流。
5.根据权利要求3所述的变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，其特征是:所述频率步长Λ f取0.5Hz~IHz。
6.根据权利要求1所述的变频调压的特高压大型变压器现场空载试验方法，其特征是:以如下方式确定所述高次谐波RLC串联的高压滤波器内电阻、电容、电感元件的参数: 一、确定所述高压滤波器的额定电压Uffi和谐波电流IfN: 额定电压以下式计算:Ua=KXUm, 式中Ufn为高压滤波器的额定电压，K为安全系数，Um为最高试验电压，取安全系数K为·1.15 ； 谐波电流1FN为高压滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量，所述高压滤波器特征频率λ为被试变压器额定频率的奇数倍，所述的谐波电流分量是被试变压器的对应高次谐波电流； 二、确定高压滤波器的容量Sf、品质因数Q: 高压滤波器的容量Sf以下式计算:
Sf-Um X IfN， 其中Um为最高试验电压，IfN为滤波器特征频率λ所对应的谐波电流分量； 所述品质因数Q的取值范围是10 < Q < 50 ; 三、以下列算式分别确定所述高压滤波器的电容值、电感值、电
【文档编号】G01R31/00GK103543361SQ201310529118
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】汪发明, 汪涛, 罗维, 谢齐家, 高得力, 贺家慧 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司电力科学研究院