變壓器溫升試驗用補償電容器系統(tǒng)設計

蘇 剛，蘇 強

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261200；2.山東海源泰和電氣有限公司，山東 濟南 250010）

0 引言

為提高電力系統(tǒng)運行可靠性和安全性，對大型變壓器進行溫升試驗必不可少。大型變壓器在定型或入網(wǎng)前，都需要在變壓器生產(chǎn)廠家或電力系統(tǒng)的修驗廠做溫升試驗。變壓器各組成部分的溫升數(shù)值是變壓器的特征參數(shù)之一，變壓器應承受規(guī)定條件下的溫升試驗［1］。溫升試驗的目的是獲取變壓器各部件的溫升數(shù)值和驗證變壓器的設計數(shù)據(jù)，確定其溫升是否符合有關(guān)標準規(guī)定限值。

大型油浸式變壓器的溫升試驗通常是采用短路法［1］。短路法就是將變壓器的一側(cè)短路，另一側(cè)供電，試驗線路完全與負載試驗相同［2］。試驗電源可以從電網(wǎng)直接取電或者自備試驗發(fā)電機組。因為被試變壓器容量較大，所以也需要較大容量的試驗電源。由于變壓器的短路阻抗以電抗為主，大容量的被試變壓器實際上是一個較大的感性負荷，所以在做溫升試驗的時候可以采用電容器組補償?shù)姆椒ǎ从秒娙萜鹘M的容性無功電流來補償被試變壓器的感性無功電流，而試驗電源的容量可以按照被試變壓器的有功損耗容量來確定。這就大大減小了所需試驗電源的容量，節(jié)省成套試驗裝置投資。

1 補償電容器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫升試驗電路原理如圖1所示。為了滿足不同電壓等級變壓器的測試要求，需要在試驗電路中采用可調(diào)節(jié)電壓的中間變壓器。中間變壓器和補償電容器組的位置一般采用圖1中所示的方法。這種方法的好處是中間變壓器的容量可以與試驗電源一致，而補償電容器組采用高壓側(cè)補償。此方法對補償電容器裝置要求更高［3-5］。

圖1 變壓器溫升試驗原理圖

采用高壓側(cè)補償?shù)难a償電容裝置分成3個塔架結(jié)構(gòu)，分別為A相、B相、C相。每相分數(shù)層，每層為1級，每級分數(shù)組電容器。具體層（級）數(shù)和組數(shù)，可按照具體項目要求具體設計。下面以某省公司修試中心補償電容器系統(tǒng)設計為例說明。

補償電容器塔分三相，每相4級，每級5組。塔架整體和每層之間分別采用絕緣瓷瓶保持安全距離。每組電容器均由氣動隔離開關(guān)投切，每個電容器均帶有外熔絲保護。每級之間、相相之間、總輸出均采用氣動隔離開關(guān)投切。這樣通過相間和組間的各個隔離開關(guān)，實現(xiàn)對單相—三相轉(zhuǎn)換、星三角接線方式、電壓等級、輸出容量的控制。隔離開關(guān)采用氣動隔離開關(guān)，其投切控制和狀態(tài)反饋均由絕緣導氣管實現(xiàn)，解決試驗過程中開關(guān)操作機構(gòu)的絕緣問題。

補償電容器塔一次接線原理圖如圖2所示。每級電容器組連接如圖3所示。

圖2 一次系統(tǒng)接線原理圖

圖3 電容器組連接示意圖

電容器塔共85個隔離開關(guān)。圖2中GA、GB、GC0、GC1、GAC、GAB1、GAB2 共 7 個隔離開關(guān)決定電容器組的連接方式；KA1～KA6、KB1～KB6、KC1～KC6共18個隔離開關(guān)決定電容器組的電壓等級；其余每組電容器內(nèi)部開關(guān)，如圖3所示，共60個，決定電容器組的容量。例如KA11隔離開關(guān)為A相第一級的第一組電容器開關(guān)。補償電容器塔功能參數(shù)見表1。

此結(jié)構(gòu)（含具體電容器選擇）補償電容器塔功能，在三相接法時，可實現(xiàn)電壓等級19～132 kV，電流26～1 600 A，裝置完全滿足三相500 kV及以下變壓器的溫升試驗要求；在單相接法時，電壓等級從19～114 kV，可滿足單相800 kV及以下變壓器溫升試驗要求；在200 Hz情況下，電壓為1/2工頻耐壓，電流2倍工頻電流，可滿足電抗器產(chǎn)品的感應電壓試驗補償需要。

2 控制系統(tǒng)組成及特點

為滿足電力變壓器溫升試驗和并聯(lián)電抗器勵磁特性及其感應試驗的要求，根據(jù)電容器塔一次原理設計圖，按照不同試驗所需電容器組的接線方式與容量、電壓、頻率等參數(shù)，補償電容器塔控制及檢測系統(tǒng)對各個隔離開關(guān)進行投切控制和狀態(tài)監(jiān)控。

控制系統(tǒng)組成如圖4所示。主要控制部分采用最新結(jié)構(gòu)的可編程控制器（PLC），具有可靠性高、抗干擾能力強、編程方便易于使用、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境等優(yōu)點。由于采用了氣動隔離開關(guān)，其分合控制與狀態(tài)反饋都由導氣管連接至執(zhí)行和檢測部分，提高了整體控制系統(tǒng)的安全可靠性。操作界面簡明直觀，易于使用。

補償電容器塔中所有的電容投切都是通過氣動隔離開關(guān)完成。 PLC控制部分是整個系統(tǒng)的核心。它可以接受遠方控制計算機或者本地觸摸屏的控制指令，通過中間繼電器輸出至氣動電磁閥，由控制電磁閥的通斷來控制隔離開關(guān)的分合；隔離開關(guān)的狀態(tài)又通過裝在隔離開關(guān)上的氣動機控閥控制檢測導氣管，再由氣動壓力開關(guān)檢測氣路通斷，從而將隔離開關(guān)開合位置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺斎胫罰LC；PLC根據(jù)輸入狀態(tài)信號狀態(tài)判斷隔離開關(guān)合閘、分閘狀態(tài)，并將此狀態(tài)上傳至遠方工控機和現(xiàn)場觸摸屏，在相應的畫面中顯示。

表1 補償電容器塔功能表

圖4 控制系統(tǒng)組成

值得注意的是氣動隔離開關(guān)的狀態(tài)反饋回路。以KA1氣動隔離開關(guān)為例，其分合狀態(tài)，分別由兩個機控閥完成，對應的在PLC控制柜的狀態(tài)檢測部分，每個氣動隔離開關(guān)的狀態(tài)檢測均需要兩個氣動壓力開關(guān)實現(xiàn)。狀態(tài)反饋回路見圖5。

圖5 狀態(tài)反饋回路示意圖

監(jiān)控和保護是保證系統(tǒng)安全運行的必要環(huán)節(jié)。工作時的電容器塔運行狀態(tài)直接由PLC的狀態(tài)輸出至遠方和就地控制器的顯示屏，同時電容器室配置攝像監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控器上實時監(jiān)視電容器運行情況，并對系統(tǒng)的整個過程進行視頻存儲、記錄。整個保護系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。硬件部分是有單臺電容器外熔斷器保護、某些關(guān)鍵隔離開關(guān)的硬件互鎖和防護欄指示燈與安全電氣連鎖組成；軟件部分有PLC編程構(gòu)成相關(guān)隔離開關(guān)的互鎖和自鎖，監(jiān)測系統(tǒng)電流是否越限，檢測氣源壓力是否符合要求，并且在氣動失壓和斷電的情況下保持閉鎖狀態(tài)。

綜合上述，補償電容器塔的氣動控制及保護監(jiān)控系統(tǒng)由5部分組成：氣動電磁閥控制輸出部分、氣動隔離開關(guān)位置檢測部分、PLC控制部分、上位組態(tài)部分、視頻監(jiān)視部分。相應的裝置部分分別為氣動控制柜、氣動檢測柜、PLC控制柜、遠方控制計算機（上位機）和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

遠方控制計算機是主要的操作方式，其對電容器投入和切除的功能如下。

1）“隔離開關(guān)單個操作”方式：用于對功能開關(guān)的逐項選擇操作和檢修操作。

2）“隔離開關(guān)組合操作”方式：操作人員輸入操作組合代碼，計算機按照代碼顯示相應試驗參數(shù)和開關(guān)組合，供操作人員確認后執(zhí)行操作。

3）“隔離開關(guān)智能操作”方式：操作人員在參數(shù)輸入框中輸入試驗電壓、容量、相數(shù)和頻率等參數(shù)，由計算機提供推薦組合，供操作人員確認后執(zhí)行操作。

4）“隔離開關(guān)接地檢修”方式：檢修操作時，操作執(zhí)行10 min后，操作人員方可入內(nèi)，檢修狀態(tài)時可以執(zhí)行“隔離開關(guān)單個操作”方式。

3 結(jié)語

大型變壓器在定型和入網(wǎng)前的溫升實驗是必做的項目，其采用的方法一般是短路法，在其試驗電路中一般是將補償電容器組安裝在中間變壓器的高壓側(cè)。這種方式總體上可以較準確的測試出被試變壓器的溫升數(shù)據(jù)。但此種試驗方法一直以來有兩個問題，一是控制系統(tǒng)的控制和反饋回路使用電回路，容易將一次高壓引至控制回路造成事故；二是開關(guān)組合繁瑣，容易誤操作。

介紹的補償電容器塔設計，采用最新結(jié)構(gòu)的PLC可編程控制器和氣動隔離開關(guān)。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際項目要求，靈活改變每相的層數(shù)和每級的電容器組數(shù)，從而滿足不同電壓等級和容量的較大型變壓器的溫升試驗的需求。

［1］ GB 1094.2—1996 電力變壓器 第2部分溫升［S］.

［2］ 沈陽電壓器廠.變壓器試驗［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.

［3］ 趙嘯谷.變壓器溫升試驗時中間變壓器兩側(cè)采用電容器補償無功容量的方法［J］.變壓器，2000，37（11）：27-28.

［4］ 張振生，李興唐，劉春文.利用電容補償法進行變壓器溫升試驗的理論探討和實踐［J］.變壓器，1993（7）：36-38.

［5］ 張文霽.變壓器溫升試驗容量補償?shù)挠嬎愫蛯嵺`［J］.江蘇電力技術(shù)，1994（3）：29-30.