一种变压器抗突发短路能力的试验方法

一种 变压器抗突发短路能力的 试验方法

甘耀华

广西电网有限责任公司百色供电局 广西 百色 533000

摘要：本文详细介绍了一种变压器抗突发短路能力的试验方法，并结合具体的试验案例对该种方法的试验原理，试验过程进行了细致的描述，对试验数据进行了分析与评估，对该试验方法进行总结。

关键词：变压器；突发短路；抗短路能力；测试原理；数据分析

0 前言

变压器是电力系统中非常重要的设备，变压器的正常运行对于电网的安全稳定起着关键性的作用。变压器的近区出口短路故障是造成变压器损坏的主要原因，这也折射出目前的变压器产品抗突发短路能力较弱的特点。变压器近区出口突发短路时的短路电流非常大，其内部绕组在电动力的作用下将发生较大的位移，从而导致绕组损坏，变压器只能退出运行。常规的试验项目能够检测出变压器的绝缘状况，但对于变压器抗突发短路能力起不到较好的检测效果。想要如实检测变压器的抗突发短路能力，必须模拟突发短路发生的真实工况，施加突发短路时的短路电流，考核变压器绕组在短路前后的参数特性，才能达到检测的目的。由于检测难度很大，目前，世界范围内只有极少数几家检测机构能够完成此类试验。

1、试品变压器参数及突发短路前试验项目

1.1 试品变压器技术参数

变压器基本参数是制定试验参量的基本依据，本次被试品参数如下：

试品名称：电力变压器

试品型号：SSZ11-63000/110

额定容量：63000/63000/63000 kVA

额定电压：(110±8×1.25%)/(38.5±2×2.5%)/10.5 kV

额定电流：330.7 /944.8/3464.2 A

额定频率：50 Hz

相 数：3

联结组标号：YNyn0d11

冷却方式：ONAN

1.2 突发短路前测试项目在进行变压器突发短路试验前，必须进行以下测试项目，在保

证被试品在突发短路试验前完好的前提下，为突发短路试验后数据提供对比依据：

a.绕组对地及绕组间直流绝缘电阻测量（包括吸收比和极化指数测量）

b.绕组对地和绕组间电容测量

c.绝缘系统电容的介质损耗因数（tanδ）的测量

d.绝缘液的试验

e.绝缘液中溶解气体的测量

f.绕组电阻的测量

g.电压比测量和联结组标号检定

h.短路阻抗和负载损耗测量（依短路承受能力试验的要求在极限分接和主分接上进行）

i.空载损耗和空载电流测量（包括90%和110%额度电压下的空载损耗和空载电流测量）

j.绝缘例行试验（外施耐压试验）

k.绝缘例行试验（感应耐压试验）

l.有载分接开关试验（如果适用）

m.液浸式变压器压力密封试验

n.内装电流互感器变比和极性试验

o.液浸式变压器铁心和夹件绝缘检查

p.雷电冲击试验（只在短路承受能力试验后进行）

2、突发短路的试验方法

2.1高压-中压短路试验

试验电压施加于高压一个线端与另两个连在一起的线端上，中压短路接地，低压开路，低压一点接地，试品套管末屏接地。共试9次，对于小于70%规定电流进行预先调整试验不记入试验次数。先后顺序为：

调试A-BC相(1-5)分接

试验A-BC相(1-5)分接3次

调试B-AC相(9b-3)分接

试验B-AC相(9b-3)分接3次

调试C-AB相(17-5)分接

试验C-AB相(17-5)分接3次

2.2高压-低压短路试验

试验电压施加于高压一个线端与另两个连在一起的线端上，低压短路接地，中压开路，中压中性点接地，试品套管末屏接地。共试9次，对于小于70%规定电流进行预先调整试验不记入试验次数。先后顺序为：

调试A-BC相(1)分接

试验A-BC相(1)分接3 次

调试B-AC相(9b)分接

试验B-AC相(9b)分接3 次

调试C-AB相(17)分接

试验C-AB相(17)分接3次

2.3 允许的误差

2.3.1 对称短路电流方均根值偏离规定值应不大于10％，非对称电流第一峰值偏离规定值应不大于5％。

2.3.2短路时间为0.25 s，允许偏差±10%，每次试验间隔约为5 min。

2.3.3每次短路试验后均要测量绕组的电抗值,以欧姆表示的每相短路电抗值与原始值不大于2％。

3、短路承受能力试验的计算

以下内容均以高-中的短路情况为例，高-低与高-中的计算方法相同，不再进行赘述。

3.1 样品参数

表1：被试品样品的参数（参考温度：75℃）

分接	高-中
	短路阻抗		负载损耗 (kW)
	(%)	(Ω)
1-5	11.06	25.71	/
9b-3	10.18	19.55	/
17-1	10.39	16.16	/

3.2 短路电流的计算（以高-中9b-3分接为例）

产品的短路阻抗：

系统短路阻抗：

S为系统短路视在容量，标准提供值为9000 MVA（依网络容量的不同可为不同值）。

短路电流的计算：

（有效值）

变压器为Ⅱ类变压器，系数 （X/R>14）

（峰值）

3.3 短路电流的计算结果：

表2：短路电流的计算结果（高-中）

4、试验回路

4.1 三台中间变压器并联

合开关原边T41AS、T41CE、T42AS、T42CE、T44AS、T44CE

副边T41as、T41ce、T42as、T42ce、T44as 、T44ce

4.2 两台发电机输出

合开关41QF、51QF

合开关41HK、51HK

合隔离开关G1AQS、G1CQS、G2AQS、G2CQS、G3AQS、G3CQS

4.3 试验接线图

试验接线图如图1所以：

图1试验接线图

5、试验操作过程

（1）两台发电机并机，依照发电机并机规程操作（发电机并机操作过程不在本文讨论的范围）

（2）发电机励磁升至试验电压的60%，进行调试试验。

（3）试验时序控制，发一倍预强励信号，合HKC,中间变压器输出C相接地，合HKA，试品短路试验，0.25 s分HKA，分HKC，发电机去磁，分41QF、51QF，完成一次调试试验。

（4）通过记录波形图判断非对称电流第一峰值和对称电流有效值是否满足要求，如满足要求进行正式试验。

（5）正式试验，发电机励磁升至试验电压，进行正式试验。重复时序控制和波形记录步骤，依照试验方案完成试验。试验过程进行高-低和高-中短路承受能力试验（也可根据实际情况进行其它绕组对间的试验），短路承受能力试验依据GB1094.5-2008标准执行；

每次试验前对气体继电器进行观察，标记照相。

每次试验期间对下列项目进行示波图记录

——施加电压

——施加电流

每次试验后，应对试验期间所获得的示波图进行检查，要求对称短路电流方均根值偏离规定值应不大于10％,非对称电流第一峰值偏离规定值应不大于5％。

每次短路试验后均要测量绕组的电抗值,以欧姆表示的每相短路电抗值与原始值不大于2％，电抗值也可能在试验后过了一段时间会有某些变化，如果电抗变化大，超出了规定的限值，可以以试验后立即测出的值为基准，再经过一定的时间间隔，对电抗值进行重复测量，确认这种变化是否保持住。确定是否符合标准时，要以最后测出的电抗值为最终值。每次试验持续时间为0.25 s，其允许偏差±10%，每次试验间隔约为20 min。

6、试验过程

6.1 短路试验电流计算（以高压-中压为例）

采用单相电源试验，试验电压施加于一个线端与其余两个连在一起的线端之间。试验时单相电压应等于三相试验时相间电压的 /2倍。峰值电流和对称电流百分数为施加电流值比计算电流值。

表3：短路试验电流计算结果如下：（参考温度75℃）

6.2 短路试验施加电流

短路电流施加电流如下图所示：（以A相1分接为例，其它相与A相试验方法相同，本文不再赘述）

表4：短路施加电流表如下：

7、试验的波形图谱

7.1第一次试验图谱如图2所示

图2第一次试验图谱

7.2第二次试验图谱如图3所示

图3第二次试验图谱

7.3第三次试验图谱如图4所示

图4第三次试验图谱

8、试验结果的判断

8.1短路试验的结果及短路期间的测量和检查没有发现任何故障迹象；

8.2重复的例行试验合格，雷电冲击试验合格；

8.3吊心检查没有发现诸如位移、铁心片移动、绕组及连接线和支撑结构变形等缺陷；

8.4没有发现内部放电痕迹；

8.5试验完成后以欧姆表示的每相短路电抗值与原始值不大于2％。

9、结论

本试验方法能够模拟真实突发短路对变压器的冲击，是对变压器抗短路冲击能力的最真实的考量。如果条件允许，建议变压器出厂前都要进行该试验。通过抗突发短路冲击试验合格后的变压器在投入运行后的安全性将非常可靠，对电网的安全稳定运行具有较大的积极意义。同时，变压器在后续运行过程中可以适当减少例行试验的项目，延长检修周期，以便节省大量的人力、物力、财力。

参考文献

[1] GB1094.5-2008《电力变压器承受短路的能力》

[2] 《电力系统分析》何仰赞 温增银 华中科技大学出版社 2002年1月

[3] 《电气试验》陈天翔 王寅仲 中国电力出版社 2015年9月