單相自藕三繞組變壓器長時感應試驗的低壓繞組施加電流計算

高永利 劉學民

（保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071056）

近些年，隨著我國電力系統的快速發展，電網的電壓等級業越來越高，作為主要的設備500kV單相自藕變壓器在數量上越來越多，其中作為重要電力設備的變壓器的質量問題，受到的重視程度越來越高，局部放電試驗作為檢測變壓器質量和是否能正常運行的重要試驗項目，在變壓器的試驗檢測項目中受到的重視程度更高。

在試驗室，局部放電試驗作為一項重要的試驗項目，其試驗難度也是很大的，局部放電試驗中試驗電源容量的選取和無功補償的選擇是局部放電試驗的難點和重點。

高電壓等級的變壓器，進行局部放電試驗時，試品呈現容性負載，必須進行無功補償，即感性補償，無功補償的準確性直接影響此試驗的進行，因為如果補償不夠，當發電機組所帶負載為容性負載，使得電機自激磁，產生過高的電壓，變壓器很可能過電壓。后果會非常嚴重，損壞試驗設備，或者損壞試品，更有甚者可能傷害到工作人員的生命安全。由于沒有合適一種方法作為計算手段來計算并選取合適的試驗電源及補償電感容量，使得我們的局放試驗非常難，經常費用大量的時間來反復調整試驗電源和補償電感容量，因此極大地降低了工作效率，工作人員在調整試驗電源和補償電感容量工作中總是提心吊膽，試驗生產在安全方面增加了危險性。

1 方法研究

大型電力變壓器在進行長時感應試驗時，采用的加電方式為感應法，低壓加電，高壓感應的方法，試品低壓電流值的計算是選取試驗電源容量和補償電感容量關鍵數據。

圖1為局放的試驗的接線原理圖。

圖1

圖1中，H.V.為試品的高壓繞組，L.V.為試品的低壓繞組；M.V.為試品的低壓繞組；L為補償電感；T1為試驗變壓器；PT為機組母線的電壓互感器；G為試驗電源機組。

在進行局部放電試驗時，一般采用100Hz以上頻率的電源，此時試品呈現容性負載，必須對電源進行無功補償，確定補償電感容量的方法如下。

1）確定試品低壓繞組電壓 U2，此電壓為根據試品電壓確定。

2）確定試品低壓繞組電流I2，可計算求得，計算方法詳見后頁。

3）確定試品所需電源容量：S=U2I2。

4）確定補償電感容量 SL，SL必須大于試品所需電源容量 S，可以根據試驗室的實際電源容量，選取補償電感容量 Sl大于試品所需電源容量 S 10%～50%。

5）確定補償電感L=(U2)2/(ωSL)。

在這過程中確定試品低壓繞組電流 I2難度最大，本文章將主要敘述計算試品低壓繞組電流I2的方法。

2 試品低壓電流值的計算

1）單相自藕變壓器的繞組排列結構

經過我多年的研究，不同的變壓器繞組結構，即變壓器繞組的排列順等序不同，其試驗時的容性阻抗會完全不同，試品低壓電流值也會有非常大的差異。繞組排列為，以鐵心柱向外排列，鐵心、低壓繞組、中壓繞組、高壓繞組。

變壓器繞組進行簡單電容等效如圖2所示。

圖2

2）根據繞組的實際結構進行詳細的電容等效（如圖3所示）

圖3中，C1為高壓套管電容；C2為高壓、中壓對地電容；等效為兩部分，一部分是高壓繞組對地C21，令一部分是中壓繞組對地C22，由于位置原因，中壓繞組對地 C22主要集中在繞組的端部，高壓繞組對地 C21分布在繞組的端部和繞組對外側油箱、鐵心旁柱等，所以 C21大于 C22，C22=C2×70%，C21=C2×30%；C3為低壓繞組電容；C4為低壓繞組對地電容；C6為中壓套管電容；C5為高壓、中壓繞組對低壓繞組電容；C51為高壓繞組對中壓繞組電容，數值約等于高中繞組對低壓繞組之間電容，C52=C5；C52為中壓繞組對低壓繞組電容；由于位置關系，C52基本上與C5等值。

圖3

3）根據試驗數據計算出各個電容對應值

C1：高壓套管電容。

C2：高壓；中壓繞組對地電容。

C21：高壓繞組對地電容，此電容等效于變壓器外高壓繞組1/2點處，C21=0.7C2。

C22：中壓繞組對地電容，此電容等效于變壓器內中壓繞組1/2點處，C22=0.3C2。

C6：中壓套管電容。

C3：低壓套管電容。

C4：低壓繞組對地電容，主要分布在低壓繞組對鐵心，此電容等效于變壓器低壓繞組1/2點位處。

C5：高壓、中壓繞組對低壓繞組電容。

C51：高壓繞組與中壓繞組之間電容，此電容等效于變壓器內高壓繞組與中壓繞組之間 1/2點處，數值C51=C5。

C52為中壓繞組與低壓繞組之間電容，數值等于高低壓繞組之間電容，C52=C5。

4）計算各點電流

高壓端部電壓：U1。

中壓端部電壓：Um。

低壓端部電壓：U2。

高壓對低壓變比：K。

中壓低壓變比：K1。

高壓套管電容電流：IC1=ωU1C1。

高壓繞組對地容性電流：IC21=ω（1/2（U1+Um））C21；電壓為高壓繞組電壓平均電壓值。

中壓繞組對地容性電流：IC21=ω（1/2Um）C22；電壓為中壓繞組平均電壓值。

中壓套管電容電流：IC6=ωUmC6。

低壓套管電流：IC3=ωU2C3。

低壓繞組對地容性電流：IC4=ω（1/2U2）C4；電壓為端部電壓的1/2。

高壓繞組對中壓繞組之間容性電流：IC51=ω×1/2(U1)(C51) 。

中壓繞組對低壓繞組之間容性電流：IC52=ω×(1/2(U1-U2))（C52）。

5）容性電流折算至低壓側

高壓套管電容電流：IC1L=K×IC1。

高壓繞組對地電流：IC21L=（1/2×（K+K1））×IC21。

中壓壓套管電容電流：IC6L=K1×IC6。

中壓繞組對地電流：IC22L=ω×（1/2×K1）×IC22。

低壓套管電流：IC3=ωUC3。

低壓繞組對地電流：IC4=0.5ωUC4。

高壓繞組對中壓繞組之間電流：IC51L=（1/2K）IC51。

中壓繞組對低壓繞組之間電流：IC52L=（K1-1）IC52等效電容位置，變比為實測變比減1。在此等效自藕。

6）勵磁電流

勵磁電流 IL=INI0100%/f×50。

f：試驗的電壓頻率。

正常100%的勵磁曲線斜率為直線，局放時磁密為50%～60%額定磁密。

7）合成電流

3 不同單相自藕變壓器數據總結

不同單相自藕變壓器數據見表1。

表1

4 結論

經過多臺大容量單相自藕變壓器數據總結，其中包括不同電壓等級和不同容量的變壓器試驗表明，通過應用以上“試品低壓電流值的計算程序”，首先計算出試品的低壓電流，然后根據此電流值和試品施加電壓值，選取適當的試驗電源和補償電感，使得局放試驗順利進行。

“試品低壓電流值的計算程序”使用方便，計算準確，適合在實際試驗生產中應用，此方法的使用不但提高試驗能力，還大大提高了生產效率，同時保障了試驗的安全性。

[1]保定天威保變電氣股份有限公司編著.變壓器試驗技術[M].北京:機械工業出版社, 2000.3.

[2]張仁豫,陳昌漁,王昌長編著.高電壓試驗技術[M].北京:清華大學出版社,2002.

[3]邱關源編著.電路[M].北京:高等教育出版社,1997.