采用串联谐振原理优化设计110kV变压器和GIS耐压装置

采用串联谐振原理优化设计110kV变压器和GIS耐压装置 采用串联谐振原理优化设计110kV变压器 和GIS耐压装置 第32卷第6期 2009年12月 四川电力技术 SichuanElectricPowerTechnology VoL32.No.6 Dec..2009 采用串联谐振原理优化设计110kV变压器 和GIS耐压装置 黄建康 (成都电业局,四川成都610041) 摘要:通过采用大功率电力变压器试验装置和串联谐振耐压试验装置的比较,串联谐振试验装置具有操作简单,损 耗低,重量轻,维护简单,对电源需求低,保护完善等优点.考虑到变压器耐压主要是容性负载,核算出串联谐振装置 电抗器的配置,提出了采用6节38kV/140I-I/1A电抗器的设计方式,可以灵活地通过变频和电抗器的调感,实现电 压和电感的不同组合,满足110kV变压器和110kVGIS耐压试验的电压和频率需要.该套装置在110kV龙华变电 站,110kV西郊变电站等多个工程中取得了良好的试验效果,了该套试验配置的可行性和优越性,并可在工 程中大量采用. 关键词:串联谐振;变压器;GIS;耐压试验 Abstract:Throughcomparinghigh—powertransformerwithseriesresonantdielectricstrengthtestdevice,theseriesresonant testdeviceissimpleinoperationandeasytomaintain,andithasotheradvantagessuchaslowlo ss,lightweight,lowdemand forpowersupplyandaperfectprotection.Takingitintoaccountthatthetransformerdielectricstrengthtestismainlycapaci— riveload,thereactorconfigurationofseriesresonantdeviceiscalculated,andthenthedesignofusingsix38kV/140H/1A reactorsisproposed,whichcanflexiblyregulatetheinductancethroughthereactorand~equencyconversionandrealizethe differentcombinationsofvoltageandinductancetomeettheneedofvoltageandfrequencyforl10kVtransformerand110kV GISdielectricstrengthtest.Thekitinstalledin110kVLonghuasubstationand110kVX~iaosubstationhaveachievedgood testresults,anditprovesthefeasibilityandsuperiorityofthetestconfiguration,whichcanbewidelyusedintheproject. Keywords:seriesresonance;transformer;GIS;dielectricstrengthtest 中图分类号:TM835文献标志码:B文章编号:1003—6954(2009)o6—0033—05 长期以来,110kV变压器和110kVGIS耐压试 验都是通过大功率变压器和调压器组合来完成的,由 于大功率变压器和调压器存在设备重,容易漏油,试 验电源容量大,运输困难,保护不完善等缺点,而串联 谐振耐压设备可以很好地解决这些问题.110kV变 压器和110kVGIS耐压试验主要是容性负载,从技 术经济两个方面考虑,通过变频和积木式调感电抗器 的合理组合,采用串联谐振试验方案实现110kV变 压器和110kVGIS耐压试验. 1采用大功率工频耐压设备和串联谐 振耐压装置优缺点比较 1.1所需电源容量比较 工频耐压试验采用高压变压器输出电压直接加 在被试变压器上(如图1).由于被试变压器的电容 大,由此试验变压器需要输出的试验电流?. ,Uc _ ? R为回路等效电阻;c为试品容抗;Uc为电容 端电压. 电源需要提供的功率为 而在串联谐振耐压试验中,由于回路全谐振,对 于整个回路来讲,试品容抗X.等于试品感抗置,由 此需要输出的试验电流为 ,薷(3) R为回路等效电阻; U为励磁变压磁输出电压. Uc=UL=IcXc=Quc UUL分别为电容和电感端电压; 第32卷第6期 2009年l2月 四川电力技术 SichuanElectricPowerTechnology ~o1.32.No.6 Dec..2009 Xc为试品答抗; ,为流过试品电容ca流. 其中,Q=等 Q为ca抗器品质因数. 电源需要提供的功率为 .s=专?鬈 X 试品 图1交流耐压试验接线图 需进行油的处理和更换等工作.而串联谐振设备所 需要的励磁变压器和电抗器一般都采用干式结构,基 本不需要维护保养,大大节约了维护相关费用. 2110kV串联谐振耐压设备方案设计 (4)2?1110kV串联谐振耐压设备配置设计 一 般电抗器品质因数Q为30—60. 因此采用串联谐振所需电源容量和电压仅为变 压器耐压的1/Q,这就解决了部分试验现场试验电源 容量不足的问题. 控制 系统及 励磁 回路xc 试品 图2串联谐振耐压试验接线简图 1.2现场试验设备运输等比较 工频耐压试验采用大容量高压变压器,调压器来 实现,变压器和调压器一般都采用油浸式,110kV变 压器试验所需要的试验变压器和调压器加起来2t 左右,现场试验需要使用1台大货车和1台吊车,特 别对于远距离施工,这个费用是非常高且不能接受 的. 如果采用了串联谐振设备,可以大大节约施工成 本.首先由于所需要的容量小了很多,电抗器采用积 木式结构,重量大大减轻.整套设备的每一台部件2 人就能搬动,整套设备只需要1台0.5吨皮卡车就能 装完,大大节约了车辆运输相关费用. 1.3设备运行维护比较 工频耐压试验所采用高压变压器和调压器一般 都是采用油浸式结构,长期运行容易出现漏油问题, ? 34? 图3串联谐振耐压试验接线简图 根据Lc串联谐振电路回路(图3),当回路发生 谐振时] 1 一 =0(5) 故回路的谐振频率为 1 f1(6) 电感电流为 IL=,c:UctoC(7) 根据最新规程《电气装置安装工程电气设备交 接试验》对于变压器外施交流耐压的规定,对 频率的要求是45—65Hz,对耐压值要求为出厂试验 耐压值的80%.对于经常遇到的110kV电压等级 变压器,110kV侧耐压112kV,35kV侧耐压68kV, 10kV侧耐压28kVJ. 对于GIS交流耐压频率要求30—300Hz. l10kVGIS耐压值为184kV. 根据以上要求,故设计采用6台38kV/140H/1 A电抗器,10kVA电源容量,经计算得表1. 由表1和式(7)可知,对于110kV变压器,综合 第32卷第6期四川电力技术Vo1.32,No.6 2009年l2月SichuanElectricPowerTechnologyDec..2009 出厂日期 额定容量 绝缘水平 电压组合 2006.12试验日期/温度/湿度2007.3.5/l2?/78% 40o0o/4oooo/4oo0okVA联结组别YNynodl1 高压线路端子SI/LI/AC530/480/200kV 高压中性点端子LI/AC325/140kV 中压线路端子SI/LI/AC220/200/85kV 低压线路端子SI/LI/AC85/75/35kV 110?8×1.25%/38.5?2×2.5%/10.5kV 考虑电抗器额定电流为1A的情况下:2.2110kV串联谐振耐压设备保护功能 110kV侧耐压112kV时,可承受负载电容量为 7200—28000pF,一般变压器110kV侧的电容量为 8000,14000pF; 35kV侧耐压68kV时,可承受负载电容量为 7200—43000pF,一般变压器35kV侧的电容量 为10000,24000pF; 10kV侧耐压28kV可承受负载电容量为7200 — 88000pF,一般变压器10kV侧的电容量为12000 — 28000pF. 因此采用该配置是完全能够满足110kV变压器 交流耐压试验需要. 对于110kVGIS耐压试验J,综合考虑电抗器 额定电流为1A的情况得表2. 由表2可知,对于110kVGIS耐压184kV,30— 300Hz,可承受负载电容量300—23000pF.按照 GIS每个间隔1000,3500pF计算,至少可以进行6 个间隔试验. 通过以上,采用该配置方案可以进行110 kV电力变压器的交流耐压试验,并且可以进行6个 间隔的GIS耐压试验(如果间隔多于6个可以分段进 行试验). 2.2.4断电保护 试品回路跳闸后,电抗器尾部会产生过电压,保护 对于110kV串联谐振耐压设备,需要配备完善 的安全保护功能. 2.2.1过电压保护 电压保护是为了防止在试验过程中由于人为或 者其他原因造成过电压的时候,设备能够自动进行保 护.过电压保护可以进行人工设定,利用分压器的模 拟信号进行硬件保护,保护可在1s内迅速动作. 过电压保护精度为2%. 2.2.2过电流过热保护 过流保护是双重的,一方面每只IPM模块自身 带有过电流过热保护功能,另一方面采用霍尔元件对 直流进行采样,根据容量一时间曲线进行硬件保护, 保护时间是1s. 2.2.3放电保护 试品放电后,试验在1s内自动跳闸.放电后 由于回路的参数发生突变,而电抗器为感性元件,这 是可能会在电抗器尾端产生过电压而打坏励磁变压 器及变频电源,为此必需在励磁变压器高压侧加装避 雷器,在变频电源的出口加装滤波器.由于容性试品 放电后会产生脉冲电流和反击.为此在电源侧加装 了进线保护,防止反击电压打坏变频器. 方式与放电保护相同. 2.2.5从零启动 ? 35? 第32卷第6期 2009年l2月 四川电力技术 SichuanElectricPowerTechnology Vo1.32,No.6 1)ec.,2009 电压调节分辨率高,可从零启动.如不从零合闸, 变频器不启动. 3110kV串联谐振耐压现场试验 2007年8月,利用该串联谐振设备对110kV西 郊变电站1号变压器进行了耐压试验. 表4现场测试变压器对地电容 因在试验中采用了电容式分压器进行高压电压监 视,其电容为2000pF. 首先对高压侧进行耐压试验1I2kV,高压侧对 中低及地的电容为13292.8pF,加上分压器电容 2000pF,负载电容C=15292.8pF,初设频率 =50Hz: 利用公式t得: L=—-_一=10142400/15292.8—663.2H 47rCPo 因每节电抗器电感为140HH,故电抗器节数n= =4.75 取7/,=5节,则电抗器电压能经受5X38kV=190 kV>112kV,满足试验需求. 按L=5Xl40=700H,C=15292.8pF,由fo= —=48.7Hz,满足45,65Hz的要求. 27r?C 现场按照5节电抗器串联的方式进行耐压,调谐 频率为48.5Hz,与计算频率48.7Hz存在0.2.Hz的 误差.经过分析,该误差是由试验设备和高压试验线 之间的杂散电容引起的,Nm~fo反算 得,杂散电容约300pF. 采用同样的计算方法,对变压器中压侧,低压侧进 行了耐压,如表5. 在整个试验过程中对各方面保护功能进行了测 试,保护安全完善,符合现场试验需要.在随后的多个 变电站耐压试验中得到了很好的应用,能满足各个容 量的变压器试验需要,在GIS耐压试验中,因频率范围 为30,300Hz,更容易满足现场需要. , 4耐压试验中的注意事项 在使用串联谐振耐压设备进行变压器或GIS耐压 试验时,为了确保人身安全和设备的正常运行要做好 试验前的准备工作.耐压前必须认真分析该工作中容 易出现的问题和不安全因素,制定控制措施,做到心中 有数,防患于未然.耐压试验必须有严密的组织,必须 设置试验安全监护人,各项操作要有专人负责.每次 试验前都应做好充分准备,了解被试设备运行状况,熟 悉串联谐振耐压设备原理和试验方法.通知无关人员 离开被试设备,经试验负责人许可方可加压.加压过 程中试验人员必须严肃,认真,精力集中,操作者的手 不要离开跳闸按钮,注意监视仪表及现场,不得擅离职 守.在进行几项重要操作时,操作者分别呼叫"高压 合闸","放电","去掉接地杆"等口令,当监护人同意 并重复上述口令后,方能进行具体操作.试验结束后 必须用接地杆放在高压端,对被试设备进行充分放电. 当试品试验过程中出现放电,击穿或出现异常现象,应 立即跳闸,切忌麻痹大意,未降压就闯入高压区.确保 试验安全有效进行. 5结束语 在现场使用该110kV串联谐振耐压设备对110kV 表5主变压器耐压频率计算表 ? 36? 第32卷第6期 2009年l2月 四川电力技术 SichuanElectric'PowerTechnology Vo1.32.No.6 Dec.,2009 龙华变电站,110kV西郊变电站等进行试验后,各方 面保护功能完善,试验过程安全,各项试验操作都满 足试验需求,只需要不到10kVA的电源容量,与采 用大功率试验变压器相比,还大大减少了试验运输等 费用,试验效率也得到了极大的提高. 随着串联谐振耐压试验技术的不断发展,充分利 用串联谐振试验装置具有的操作简单,损耗低,重量 轻,维护简单,对电源需求低,保护完善等优点,逐步 开展大容量设备的耐压试验势在必行.串联谐振耐 压试验技术已经非常的成熟,对于容性试品的耐压试 验,原有笨重的大功率变压器耐压试验设备必将被轻 型的串联谐振耐压试验设备所替代,可在工程中大量 采用. 参考文献 [1]张豫仁.高电压实验技术[M].北京:清华大学出版社, l982. [2]GB/T16927.1—1997,高电压试验技术第一部分:一般 试验要求[S]. [3]国家技术监督局.电气装置安装工程电气设备交接试验 标准[M].中国出版社,2006. [4]DL/T474.4—2006,现场绝缘试验实施导则交流耐压 试验[S]. [5]西南电业管理局试验研究所.高电压设备试验方法 [M].北京:中国水利电力出版社,1993. [6]DIVT555—1994,气体绝缘金属封闭电器现场耐压试 验导则[S]. [7]中华人民共和国能源部.电业安全工作规程[S].北京: 中国电力出版社,1991. 作者简介: 黄建康(1976一),男,硕士,工程师,研究方向为电力系统 自动化及高压试验. (收稿日期:2009—10—14) (上接第3页) [6]孙力勇,张焰,蒋传文.求解机组组合问题的嵌入贪婪搜 索机制的粒子群优化算法[J].电网技术,2006,30 (13):44—48_ [7]刘涌,侯志俭,蒋传文.求解机组组合问题的改进离散粒 子群算法[J].电力系统自动化,2006,30(4):35—39. [8]韩恺,赵均,钱积新.电力系统机组组合问题的闭环粒子 群算法[J].电力系统自动化,2009,33(1):36—40. [9]V.S.Pappal,I.Edieh,ANewApproachforSolvingtheU— nitCommitmentProblembyAdaptiveParticleSwarmOpti- mization[J].PowerandEnergySocietyGeneralMeeting— ConversionandDeliveryofElectricalEnergyinthe21st Century,2008IEEE20—24July2008:1—6. [10]Ting.T.O,Rao.M.V.C,Loo.C.KAnovelapproachfor unitcommitmentproblemviaaneffectivehybridparticle swarmoptimization[J].ieeetransonPWRS.2006,21 (1):411—418. [11]LingfengWang,ChananSingh.Unitcommitmentconsid— eringgeneratoroutagesthroughamixed—integerparticle swarmoptimizationalgorithm[J].AppliedSoftCompu— ting.2009,9:947—953. [12]Tsung—YingLee,Chun—LungChen.Unitcommitment withprobabilisticreserve:AnIPSOapproach[J].Ener— gYconversionandmanagement,2007,48:486—493. [13]XiaohuiYuan,HaoNie,AnjunSu,LiangWang,Yanbin Yuan—Animprovedbinaryparticleswarmoptimizationfor unitcommitmentproblem[J].Expe~SystemwithAppli— cations,2009,(36):8049—8055. [14]陈烨,赵国波,刘俊勇等.用于机组组合优化的蚁群粒 子群混合算法[J].电网技术,2008,32(6):52—56. [15]蒋秀洁,吴永华,杨敏.基于PSO—GA算法的电力系统 机组组合研究[J].继电器,2006,34(5):34—38. [16]娄素华,余欣梅,熊信艮,等.电力系统机组启停优化问 题的改进DPSO算法[J].中国电机工程,2005,25 (8):30—35. [17]P.Sriyanyong,Y.H.Song.UnitCommitmentUsingParti— cleSwarmOptimizationCombinedwithLagrangeRelaxa— tion[J].BrunelInst.ofPowerSyst.,BrunelUniv.,Ux- bridge,UK;PowerEngineeringSocietyGeneralMeeting, 2005.IEEE12—16June20o5.3:2752—2759. 作者简介: 赵辛欣(1985一),女,硕士研究生,研究方向为电力系统 优化运行. .(收稿日期:2009—09—18) ? 37?