變壓器綜合試驗系統的設計與實現

孫秋芹，周志成，趙 科，劉 洋，陶風波

(江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103)

變壓器是電力系統中最重要的電氣設備之一，運行中一旦出現故障，將對電力系統造成嚴重危害[1]。變壓器的電氣試驗項目繁多，包括絕緣電阻、電壓比、繞組直流電阻、感應耐壓試驗、空載電流和空載損耗、短路阻抗和負載損耗、短路承受能力試驗等項目[2-4]?，F有的變壓器電氣試驗儀器功能單一、單臺測量設備通常只能開展特定的試驗項目，試驗過程中需頻繁進行試驗儀器和試驗接線變更，工作量大，給試驗人員也帶來了較大的安全隱患。文中開發了一套變壓器綜合試驗系統，對試驗驗項目進行了高度集成，可通過一次性試驗接線，程序順序控制，一鍵式操作完成變壓器絕緣電阻、短路阻抗、繞組直流電阻、有載分接開關過渡電阻與過渡時間、變壓器變比、介質損耗的等參數的測量。

1 變壓器綜合試驗系統的硬件設計

1.1 綜合試驗系統接線方式

變壓器綜合試驗系統接線方法如圖1所示。通過試驗引線將被試變壓器的高、中、低壓側三相及相應中性點、變壓器套管末屏等與集線轉換器進行連接，集線轉換器與測量系統相連。為測量變壓器的短路阻抗參數，引入了一種短路阻抗短接器，它與被試變壓器的中壓、低壓側三相及相應中性點出線相連，試驗過程中可根據需要進行短接。

1.2 綜合試驗系統結構

變壓器綜合試驗系統的組織架構如圖2所示。變壓器綜合試驗系統主要包括集成控制器、工控機、打印機、液晶顯示器、集線轉換器、短路阻抗短接器等。其中，集成控制器是變壓器綜合試驗系統的核心，對各模塊進行集中控制。

綜合可靠性、抗干擾、擴展性、通信距離、組件資源等因素，變壓器綜合試驗系統采用基于TCP/IP協議的Ethernet局域網模式，實現全程網口通信，具有很高的可靠性[5，6]。

圖1 變壓器綜合試驗系統接線

圖2 變壓器綜合試驗系統架構

1.3 綜合試驗電源

文中采用正弦脈寬調制技術（SPWM）和系統級的軟件控制，為測量儀器提供試驗電源。其中，介質損耗測試采用10 kV交流電壓源、直流電阻測試采用1 A直流電流源、有載分接開關特性測試采用1 A直流電流源等，綜合試驗電源模塊原理如圖3所示。

1.4 試驗引線

圖3 綜合試驗電源模塊原理

試驗引線采用高壓拖地電纜線，為兩芯屏蔽結構，每根線里面包括有電流輸出線、電壓信號線、內高壓屏蔽層和外拖接大地屏蔽層，其結構如圖4所示。其中，內高壓屏蔽和外接地屏蔽層之間采用復合式硅膠絕緣，試驗引線兼顧變壓器絕緣電阻、介質損耗、繞組直流電阻、有載開關特性試驗等特點。內高壓屏蔽層通過增加鋁箔層和半導體層，保證試驗引線在試驗過程中不會由于內屏蔽絲網的變稀引起屏蔽不良。

圖4 一線多用試驗引線

2 軟件設計

試驗系統采用C#語言進行軟件開發，系統軟件包括通信管理、數據管理、設備管理、流程配置、智能測試等6部分，軟件程序流程圖如圖5所示。

圖5 軟件流程

程序開始運行后，首先錄入相關設備信息；通過在儀器內部設置標準電阻、標準電容等裝置，對各測量模塊進行自檢；依次測量變壓器絕緣電阻、變比、短路阻抗、介質損耗、直流電阻、有載開關特性；對試驗結果進行采集，并將試驗結果與銘牌、出廠值等進行比較；當測試結果超標時，進行預警提示；試驗完成時，自動生成測試報告。

3 誤差測試

為了保證變壓器綜合試驗系統的準確性，采用標準源對各模塊的功能進行了測試，以校驗測量系統的誤差，試驗結果如表1所示。其中，變壓器絕緣電阻測量模塊誤差最大，為1.90%；變壓器變比測量模塊誤差最小，為0.25%。測量誤差滿足工程應用需求。

表1 試驗系統各功能模塊測量誤差 %

4 工程應用

應用變壓器綜合試驗系統對江蘇某220 kV變壓器進行了測試。試驗項目包括有載分接開關過渡電阻、變壓器有載分接開關過渡時間、變比、繞組直流電阻、短路阻抗、絕緣電阻、介質損耗、電容量等、并與傳統測試儀器進行了比較。部分試驗結果如表2至表4所示。

表2 變壓器高壓側套管介質損耗

表3 變壓器高壓側繞組直流電阻 mΩ

由表2至表4可知，變壓器綜合試驗系統可有效測量變壓器高壓側套管介質損耗、繞組直流電阻、有載分接開關過渡電阻、過渡時間等參量，測量結果與傳統方法偏差很小，均小于1%，可滿足工程需求。在試驗效率方面，傳統測試方法需要5 h、3人完成的試驗工作量僅需2 h、2人即可完成相應工作。

表4 變壓器A相有載分接開關過渡電阻與過渡時間

5 結束語

建立了變壓器綜合試驗系統，提出了變壓器一次性試驗接線方法，通過程序順序控制，可一鍵式操作完成變壓器絕緣電阻、短路阻抗、變壓器變比、繞組直流電阻、有載分接開關測試、介質損耗等電氣試驗項目，該方法大大減小了試驗工作量，可顯著提高變壓器電氣試驗效率。

[1]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003：2-3.

[2]陳天翔，王寅仲.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2005：19-33.

[3]保定天威保變電氣股份有限公司.變壓器試驗技術[M].北京：機械工業出版社，2000：4-5.

[4]甘 強，吉亞民，陳 軒.一起220 kV變壓器局部放電試驗異常情況分析[J].江蘇電機工程，2013，32（3）：10-12.

[5]翁國慶，賈俊波.電氣試驗車軟件系統的設計與開發[J].高電壓技術，2003，29(11)：52-54.

[6]劉志剛，賈俊波.VFP在開發電氣試驗車試驗界面中的應用[J].高電壓技術，2002，28(11)：44-45.