大型变压器短路试验方法及四台变压器短路试验情况简介

大型变压器短路试验方法 及四台变压器短路试验情况简介 陈　奎 (沈阳变压器研究所 ,沈阳 110025) 　　摘要 :概述了虎石台强电流试验站的情况 ,并结合实际产品介绍了短路试验方法。 　　关键词 :变压器 　短路试验 　标准 Methods of Short - Circuit Test for Large Power Transformer and Brief Introduction of Short - Circuit Test for Four Transformers Chen Kui Shenyang Transformer Research Institute , Shenyang 110025 Abstract : Hushitai high power test station is generally introduced in this paper , and the methods of short - circuit test are presented with the products. Key words : T ransf ormer , S hort - ci rcuit test , S tandard 1 　强电流试验站简介 国家变压器质量监督检验中心强电流试验 站于 1987 年开始筹建 ,至 1993 年末全面完成 了 220kV 网络部分的建设 ,并通过国家正式验 收后投入使用。该站位于沈阳市新城子区虎石 台镇 , 距市中心 18km。该站占地面积为 40 000m2 ,建筑面积 4 000m2 ,其中安装准备间 为 30m ×18m ×20m。安装准备间外有 200t 龙 门吊车 1 台 ,内有 32t 桥式吊车 1 台 ,100t 电动 运输平车 4 台和变压器油真空过滤处理系统等 设备。 试验站现有先进的仪器、设备 60 多台。其 中主要设备如下。 111 　中间变压器 (2 台 ,沈变制造) 型号为 YLD - 120 000/ 500 , 额定电压 220/4 × ( 40 + 16 ) kV , 长 期 工 作 容 量 为 15MVA ,短时工作容量 1 200MVA ,总计有 40 个分接电压。两台中间变压器可串、并联运行 , 可以得到 4～448kV 的试验电压。两台中间变 参考文献 1 　　尤德斐. 数字化测量技术. 北京 :机械工业出版 社 ,1979. 2 　　沈阳变压器厂. 变压器试验 . 北京 :机械工业出 版社 ,1987. 3 　　张仁豫 ,陈昌渔 ,王昌长等 . 高电压试验技术. 北 京 :清华大学出版社 ,1982. (收稿日期 :1997 - 11 - 20) 第 35 卷 　第 1 期 1998 年 1 月 　　　　　　　　　　　 变压器 TRANSFORMER　　　　　　　　　　　 Vol. 35 J a nua ry 　　 No. 1 1998 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 压器并联运行 ,可得到最大短时电流 60kA。 112 　选相合闸开关 此开关额定电压为 220kV ,最大合闸电流 40kA ,合闸时间分散性可控制在 015ms ( ±9 电 角度) 。 113 　自动程序控制装置 利用计算机可同时控制 24 个回路 ,时间分 辨率为 011ms。 114 　自动测量系统 通过电流互感器 ,电容分压器用 SE 2560 型 8 通道数字记录仪测量各种电信号。 115 　电抗测量设备 用 HESG - 1 型高精度互感器校验仪和 YY2816 型精密电感分析仪测量电抗 ,准确度 为 011 级。 116 　降压变电所 降压变电所具有高、低压配电室及各种测 量仪器仪表。 根据电网容量及站内设备条件 ,该站目前 可以进行 110kV 级及以下各种容量变压器的 短路试验 ,220kV 级最大容量三相 120MVA 变 压器的短路试验。 该站自 1994 年投入运行至今 ,已进行油浸 式电力变压器、干式电力变压器、电抗器、互感 器、开关和阻波器等试品的短路试验 256 台 (次) 。其中油浸变 159 台 ,干式变压器 82 台 , 电抗器 3 台 ,互感器 7 台 ,开关 2 台。产品的电 压等级为 6、10、20、35kV 及 110kV 级。其中油 浸电力变压器试验过最大容量为 50MVA ,最高 电压为 110kV ;干式变压器试验过最大容量为 16MVA ,最高电压为 35kV。 2 　大型变压器的短路试验方法 变压器在电力系统运行中通常有几种短路 情况 ,即单相短路 ,两相短路 ,两相接地短路和 三相短路。国际电工委员会 ( IEC) 和我国国家 标准 ( GB) 都对变压器承受短路的能力进行了 明确规定 ,承受短路耐热能力的绝缘热稳定由 计算验证 ;承受短路的动稳定能力由短路试验 来验证。现主要介绍变压器的短路试验方法。 211 　短路试验标准 变压器的短路试验标准有 GB109415 —85 , IEC7615 —76 和 1996 年 修 改 稿 ( IEC14/ 268CD) 。GB109415 —85 与 IEC7615 —76 基本 等效 ,国内产品均按 GB109415 —85 标准试验 , 出口产品则按 IEC7615 —76 或其相应的国家标 准试验。为便于比较 ,下面将三个标准的试验 要求 列 于 表 1 ( 注 : IEC14/ 268CD 为 修 订 IEC7615 —76 委员会文件 ,已在 1997 年 9 月 9 日～11 日的 TC14 伦敦会议讨论 ,预计 1998 年 3 月颁布) 。 212 　短路电流计算 21211 　对称短路电流 (均方根值)计算 I = U 3 ( Zt + Zs) (1) 或 I = Kn IN (2) Kn = 100 U s′+ Uz 式中 　I 对称短路电流 , kA U 变压器对应分接的电压 , kV Zs 系统阻抗 ,Ω / 相 Zs = U 2s S U s 系统额定电压 , kV S 系统短路表观容量 , MVA Zt 变压器短路时的阻抗 ,Ω / 相 Zt = U z U 2 100 S N Uz 变压器折算到参考温度与额定 电流下的短路阻抗 , % S N 变压器的额定容量 , MVA U s′ 系统的短路阻抗 , % U s′= S N S ×100 IN 变压器的额定电流 , kA 21212 　非对称短路电流 (峰值)计算 非对称短路电流第一峰值 i = I · 2 K (3) 式中 　 2 K 峰值系数 31第 1 期 　　　　　　　　陈 　奎 :大型变压器短路试验方法及几台变压器短路试验情况简介 　　　　　　　　 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表 1 　短路试验标准比较 序号 项　目 GB1094. 5 —85 IEC7615 —76 IEC14/ 268CD 1 容量分类 Ⅰ < 3 150kVA Ⅱ 3 150～40 000kVA Ⅲ 40 000kVA 同 GB < 2 500kVA 2 500～100 000kVA > 100 000kVA 2 试验油温 0～40 ℃ 同 GB 10～40 ℃ 3 持续时间 Ⅰ 015s ±10 % Ⅱ、Ⅲ 制造厂和使用部门协商 同 GB 同 GB 0125s ±10 % 4 电抗变化Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ ≤2 %(同心式) ≤4 %(箔式和短路阻抗为 3 % 以上) 制造厂和使用部门协商 同 GB 同 GB ≤1 %或 1 %～2 %(双方协商) 5 电流幅值及偏差 　每相至少有一次 100 %最大 非对称电流 ,其他两次不低于 75 %最大非对称电流 　每相有 3 次 100 %最 大非对称电流 同 IEC7615 —76 对称电流≤±10 % 非对称电流≤±5 % 同 GB 同 GB 6 试验次数 Ⅰ 　采用三相电源时 ,共进行 3 次试验 ;采用单相电源时 ,共 进行 9 次试验 ;每相进行 3 次 试验 ,非对称短路电流一次 100 % ,另两次不低于 75 % 　采用三相电源时 ,共 进行 9 次试验 ,采用单 相电源时共 9 次 ,每相 进行 3 次 ,但非对称电 流 3 次都是 100 % 同 IEC7615 —76 Ⅱ、Ⅲ 　制造厂和使用部门协商 同 GB 同 GB 7 分接位置 Ⅰ 最大、最小和额定 Ⅱ、Ⅲ 制造厂和使用部门协商 同 GB 同 GB 8 绝缘试验(复试)电压 原绝缘试验电压的 85 % 原绝缘试验电压的 75 % 原绝缘试验电压的 100 % 9 　系统短路表观容量 — 与 GB 不尽相同 与 GB 不尽相同 10 　非对称分量 峰值系数 2 K X/ R ≥14 时 , 2 K = 2155 X/ R < 14 时查表 同 GB X/ R ≥14 时 2 K = 2169 (对 容量超过 100MVA 第 Ⅲ类变 压器) 表 2 　 2 K 值 X/ R 1 115 2 3 4 5 6 8 10 ≥14 2 K 115 1164 1176 1195 2109 2119 2127 2138 2146 2155 　　 2 K 一般由系统的 X/ R 比值确定 ,其中 X (Ω)为变压器电抗与系统电抗之和 , R (Ω)为 变压器电阻与系统电阻之和。当 X/ R < 14 时 ,可由标准 X/ R 与 2 K 对照表 (见表 2)查出 2 K 值 ;当 X/ R ≥14 时 ,则取 2 K = 2155。 2 K 也可用公式计算 ,即 2 K = 2{1 + sinΦ·exp [ - RX ( π 2 + Φ ) ]} (4) 式中 　Φ 电流滞后于电压的相位角 Φ = tan - 1 X = tan - 1ωLR 213 　短路方式及试验电源的选择 变压器的短路试验通常采用预先短路法 , 即试验前先将变压器的二次端短路 ,然后在一 次端施加高于变压器额定电压的试验电压 (一 般不高于额定电压的 1115 倍) 。试验电源对第 Ⅰ类变压器应采用三相电源 ,也可以采用单相 电源。对于三角形联结的绕组 ,单相电源应施 加在三角形的两个角上 ,施加电压应等于三相 试验时的相间试验电压 ;对于星形联结的绕组 , 单相电源应施加在一个线端与其余两个连在一 起的线端上 ,施加电压应等于三相试验时相间 试验电压的 3/ 2 倍。对第 Ⅱ类和第 Ⅲ类变压 41　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　变压器 　　　　　　　　　　　　　　　第 35 卷 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 器只能采用单相电源 ,施加电压的方式同第 Ⅰ 类变压器。但对星形联结且中性点引出的变压 器 ,单相电源也可以施加在一个线端与中性点 上。试验时为了使对称短路电流和非对称短路 电流第一峰值都达到标准要求 ,试验时应采用 选相合闸开关 , 且合闸的分散性应不大于 015ms( ±9 电角度) ,试验电压通过中间变压器 的分接来调整。下面以 Yd11 联结组变压器为 例给出了短路试验线路图 (三相电源见图 1 ,单 相电源见图 2) 。 图 1 　三相电源短路试验原理线路图 图 2 　单相电源短路试验原理线路图 (a) 115 相线路试验　(b)单相线路试验 U n 三相试验电源 (网络系统或发电机) 　FK 保护开关　HK 选相合闸开关　　XL 调节电抗 器　　T 被试变压器　　PT 测量电压互感器 CT 测量电流互感器　C1、C2 电容分压器 214 　试验具体过程 产品运到强电流试验站后 ,先进行吊心检 查 ,划定位线、拍照和测电抗 ,然后进行调试 ,调 试时应在小于 70 %计算 (规定) 电流下进行 ,首 先调试对称短路电流 ,即调节串联电抗器电抗 值 ;然后调试非对称短路电流 ,即调节选相合闸 开关的合闸相角。相角的调整方法有短路调相 法和空载调相法 ,一般采用空载调相法。当两 个电流值均满足要求时 ,再进行正式试验。 正式试验时 ,应按标准和试验方案要求 ,正 确选择和调整每相试验时的分接开关位置。每 次试验后均要测量电抗值 ,并与试验前测量的 电抗进行比较 ,当确认电抗变化不超过标准规 定时方可进行下一次试验。若超标 ,需与用户 协商后才能决定是否进行下一次试验。同时两 次试验之间应有一定的间隔时间 (一般 10～ 15min) 。 调试和正式试验时 ,均要同时记录所施加 的电压、电流值和波形。短路试验结束后还要 进行吊心检查、拍照 ,最后复试全部例行试验。 215 　短路试验合格的判定原则 判定变压器短路试验是否合格有三条原 则 : (1)重复例行试验应全部合格 ; (2)短路试验结果满足标准规定 ,短路试验 期间的测量和吊心检查应没有发现缺陷 (如绕 组、连接线和支撑件结构等无明显位移、变形或 放电痕迹) ; (3)短路试验前后测量的电抗差应满足标 准要求。 对于具有圆形同心式绕组的变压器 ,电抗 变化 < 2 % ;低压绕组为箔式及短路阻抗 > 3 % 的变压器 ,电抗变化 < 4 %。对于具有非同心式 绕组及短路阻抗 > 3 %的变压器 ,电抗变化 < 715 %。 如果上述三条中任何一条不合格 ,则判定 变压器短路试验不合格 ,并且根据情况 ,需要拆 卸变压器 ,以确定不合格的原因。 3 　4 台 110kV 级变压器短路试验情况 自 1996 年 4 月至 1997 年 7 月 ,在国家变 压器质量监督检验中心强电流试验站对 4 台 110kV 级不同类型变压器进行了短路试验 ,并 且都顺利地获得通过。这 4 台产品分别是 : 1996 年 4 月份 :SFZ8 - 31 500/ 110 有载调 51第 1 期 　　　　　　　　陈 　奎 :大型变压器短路试验方法及几台变压器短路试验情况简介 　　　　　　　　 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表 3 　电抗测量结果 短路 方式 分 接 短路前电抗/Ω AO BO CO 短路后电抗/Ω AO BO CO 最大 偏差 / % SFZ - 8 31 500/ 110 　高压对 低压短路 1 50135 50130 10 40127 40128 19 32133 32143 013 SSP8 - 50 000/ 110 　高压对 低压短路 1 33125 33133 3 30121 30120 5 27181 27182 0106 SF3 - Q Y - 20 000/ 110 　高压对 低压短路 1 511904 511986 3 461805 461912 5 421610 421660 0123 SFSZ8 - 31 500/ 110 　高压对 低压短路 1 76130 76134 4 65108 64198 7 55116 55120 0115 　高压对 中压短路 1 51101 51118 4 42168 42176 7 36116 36127 0133 压电力变压器 ; 1996 年 8 月份 : SSP8 - 50 000/ 110 无励磁 调压电力变压器 ; 1997 年 1 月份 : SF3 - Q Y - 20 000/ 110 铁 道牵引变压器 ; 1997 年 7 月份 : SFSZ8 - 31 500/ 110 三绕 组有载调压电力变压器。 短路试验时 ,此 4 台变压器均采用单相短 路试验 ,试验线路见图 2b。对双绕组变压器共 进行 9 次短路试验 ,每相进行 3 次 ;对三绕组变 压器共进行了 18 次短路试验 ,即高 —中短路 9 次和高 —低短路 9 次。对每种短路方式都施加 了一次 100 %的最大非对称短路电流和两次不 低于 75 %的非对称短路电流。短路时间为 0 12 s ±10 %。试验时的分接位置分别是A相 最大分接 ,B 相额定分接 , C 相最小分接。短路试验 期间测得的电压、电流波 形信号正常。实测对称短 路电流和非对称短路电流 (峰值) 皆满足标准要求。 短路前后所测得电抗最大 偏差为 0106 %～0133 %。 短路试验后吊心检查绕 组、引线和支撑件结构等 无明显位移、变形 ,器身表 面没有放电痕迹。复试例 行试验项目合格 ,完全满 足短路试验的标准要求 , 且已上网运行。在表 3 中 给出了这 4 台变压器短路 试验前后电抗的实测结 果。在图 3 中给出已试产 品中一台的 B 相三次短 路试验电压、电流波形图。 图 3 　短路试验电压、电流波形图 (收修改稿日期 :1997 —10 —06) 61　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　变压器 　　　　　　　　　　　　　　　第 35 卷 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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