特高壓變壓器零起升壓試驗電源探討

1、1000kV變壓器零起升壓試驗電源探討(Discussion on power supply for zero up boosting test of 1000kV transformer)摘 要：本文利用特高壓示范工程的典型特高壓變壓器技術參數，結合1000kV浙北站規(guī)劃要求，開展利用系統電源、調壓器電源、變頻電源進行1000kV變壓器零起升壓試驗的對比研究。ABSTRACT：This paper presents contrast studies on zero up boosting test of 1000kV transformer by using system power sup

2、ply, voltage regulator power supply and variable frequency power supply, considering typical transformer parameters of UHV demonstration project and planning scheme of 1000kV Zhebei substation.關鍵詞：1000kV變壓器 零起升壓 試驗電源KEY WORD：1000kV Transformer, Stepping up from Zero Voltage, test power supply0 概述大型電

3、力變壓器通過零起升壓試驗可檢查變壓器間隔一次、二次回路在升壓過程中的正確性，考核設備在最高運行電壓時的工作狀況，發(fā)現變壓器鐵芯磁路中的局部或整體缺陷，判斷繞組是否有匝間短路情況1。因此，開展1000kV變壓器的零起升壓試驗研究對校驗設備運行性能，保證電網投運安全和可靠性具有非常重要的意義。西北電網的750kV變電站調試2、1000kV交流輸電試驗示范工程的啟動調試3中均進行了零起升壓試驗，試驗采用電廠發(fā)電機作為電源，通過輸電線路與被測試變電站建立隔離小系統。采用系統電源試驗進行時，需空出發(fā)電機組及相應線路，系統調度難度較大，倒閘操作頻繁易造成不利的安全影響，同時必須對零起升壓試驗可能引起的發(fā)電

4、機自勵磁問題進行計算。浙江電網2003年以后的500kV變電站基建調試項目中，變壓器零起升壓試驗電源均采用調壓器組電源4，避免了試驗對整個電網系統的影響，解決了用系統電源試驗時帶來的系統風險和高成本的問題。本文應用浙江電網的500kV變電站調試經驗，結合1000kV浙北站的規(guī)劃要求，比較系統電源、調壓器電源和變頻電源進行1000kV變壓器零起升壓試驗的差異性，開展1000kV浙北站變壓器的零起升壓試驗電源研究。1 試驗系統構成及接線零起升壓試驗是發(fā)電機組、變壓器組、線路、母線以及與之連接的相應設備新投或事故后，通過自零電壓開始，逐步平穩(wěn)升壓，直至1.051.10倍額定電壓的升壓策略，用以檢查被

5、試設備是否存在故障，防止全電壓沖擊時設備損壞的試驗手段。變壓器零起升壓試驗，包括電源系統、測量系統、被試對象三個部分組成，如圖1所示。圖1 試驗系統框圖(1) 電源系統：變壓器零起升壓試驗時，要求電源有較好的調壓特性，電壓最好能從接近零開始升壓，便于及早發(fā)現問題和降低操作過電壓，另外要求電源三相電壓平衡，波形為正弦波形。常用的試驗電源包括電網電源、同步發(fā)電機組電源和調壓器電源三類。隨著大功率變頻技術的發(fā)展，大容量變頻電源逐漸成為大型變壓器現場試驗的電源之一4。(2) 測量系統：對于單相變壓器，可采用單瓦特表接線方式進行零起升壓試驗；對于三相變壓器，可采用兩瓦特表法或者三瓦特表接線方式進行零起升

6、壓試驗。(3) 被試設備：變壓器零起升壓試驗時，在被試三相變壓器出現問題或沒有合適的電源時，可進行三相變壓器的單相試驗；單相變壓器在容量允許的情況下，可聯接成三相，進行三相零起升壓試驗。2 試驗電源的影響因素試驗電源的容量由兩個因素決定，一個是由變壓器空載電流決定的電源容量，可以由下式計算：S0=0.01×I0×Sn (1)式中 S0由空載電流算出的空載試驗電源容量，kVA I0變壓器的空載電流，% Sn被試變壓器額定容量，kVA另外一個因素是波形畸變要符合要求，試驗時平均值電壓表為準的讀數U'和以方均根值電壓表的讀數U之差小于3%，即d=(U'-U)/U&

7、#39; (2)當變壓器任意一側繞組上施加正弦波形的額定電壓時，在變壓器鐵芯中產生的磁通為正弦波形，但由于鐵芯磁化曲線是非線性的，所以空載電流的波形是非正弦的。非正弦波形空載電流的存在造成試驗電源輸出電壓波形的畸變，尤其是當電源輸出電壓較低或電源容量不足時，電壓波形的畸變更為嚴重。加大試驗電源容量可降低空載電流對試驗電源輸出電壓波形的影響程度。根據經驗，試驗電源的容量取4S0，以保證波形畸變滿足要求6。同樣，降低試驗時容性電流的大小也可減弱非正弦空載電流對試驗電源輸出電壓波形的影響，能以較小容量的試驗電源輸出很好的電壓波形。在試驗時，變壓器功率因數COS一般都很低，即電流以容性電流為主，阻性電

8、流很小。在試驗時如果能夠提供一感性電流來補償空載電流中的容性分量就可大幅降低通過試驗電源的電流，從而降低所需試驗電源容量。為保證補償效果，電感電流應盡量接近于變壓器空載時容性電流分量，即補償電感的感性無功等于變壓器容性電流產生的容性無功。3 1000kV浙北變電站的基本參數皖電東送淮南-上海1000kV輸變電工程是國家電網特高壓骨干網架的重要組成部分，工程起于擬建的安徽淮南變電站、經安徽皖南站、浙江浙北站，止于上海滬西站。在全國特高壓電網規(guī)劃中，浙江和福建電網的受電將依靠浙北站同系統的聯系，浙北站為重要的樞紐變電站7。浙北變電站主變壓器形式選擇為單相、油浸、自耦、無載調壓變壓器，額定容量為3&

9、#215;（1000/1000/334）MVA，電壓比為10503/5203±2×2.5%/110kV，因浙北站處于初步設計階段，變壓器的具體參數未明確，研究涉及空載電流和空載損耗數據參照荊門變與晉東南1000kV變壓器2，分別選取0.06%和185kW，變壓器結構如圖2所示。圖2 晉東南變電站1000kV變壓器結構圖1000kV出線：4回，至皖南站2回、滬西站2回；500kV出線：4回，至杭北變2回、妙西變2回；110kV側沒有出線。4 試驗電源研究4.1 電網電源采用電網系統作為零起升壓試驗電源，可滿足試驗電源容量及波形畸變率的要求，零升時三相變壓器同時進行。試驗電源直

10、接來源于電網，需空出相應電壓等級的發(fā)電機組與一條或數條輸電線路，數個變電站，最終形成獨立的零起升壓試驗系統。采用此種方式進行零起升壓試驗，需要承擔較大的代價，具體分析如下。1) 110kV側電網提供電源根據規(guī)劃，110kV側無電源進線，不能作為1000kV變壓器零起升壓試驗的電源。2) 500kV側電網提供電源根據規(guī)劃，試驗無500kV電廠發(fā)電機組可直接作為試驗電源，需借助其它500kV變電站接入。(1)利用天荒坪抽水蓄能電站發(fā)電機組作為電源利用天荒坪抽水蓄能電站發(fā)電機組作為試驗電源，升壓至500kV經天瓶5405或5406線瓶窯變瓶和5411線仁和（杭北）變杭北變二回線路至1000kV浙北變

11、電站，具體接線如圖3所示。試驗獨立小系統涉及500kV電廠一座、500kV變電站兩座、1000kV變電站一座，線路總長約120kM。(2)利用嘉興發(fā)電廠二期發(fā)電機組作為電源利用嘉興電廠二期發(fā)電機組作為試驗電源，升壓至500kV經嘉王5418或5417線王店變含店5436線或王含5435線含山變含山至妙西線路妙西變妙西變二回線路至1000kV浙北變電站，具體接線如圖4所示。試驗獨立小系統涉及500kV電廠一座、500kV變電站三座、1000kV變電站一座，線路總長約120kM。根據上述分析可知，無論采用天荒坪抽水蓄能電站還是采用嘉興發(fā)電廠二期發(fā)電機組作為電源，試驗工作涉及范圍均較廣，影響變電站和

12、線路眾多，無論從經濟及安全角度分析，上述兩種方式代價均較大。3) 1000kV側電網提供電源如采用1000kV作為試驗電源，無1000kV電廠發(fā)電機組可以直接作為試驗電源，需借助其它1000kV變電站接入，涉及范圍更廣，安全難度更大，經濟效益更差。 圖3 天荒坪抽水蓄能電站作為電源的接線圖 圖4 嘉興電廠二期作為電源的接線圖4.2 調壓變壓器采用調壓變壓器進行1000kV變壓器的零起升壓試驗，包括站用變電源、調壓變壓器和升壓變壓器。為防止單相變壓器零起升壓試驗時易產生的三相電源不平衡，一般進行三相零起升壓試驗，電源從110kV側接入，接線如圖5所示。圖5 調壓變壓器作為電源的接線圖利用式1，估

13、算試驗所需的電源容量約為1800kVA，考慮4倍裕度，所需容量為7200kVA，上述容量要求的升壓變壓器和調壓變壓器將極難生產。如采用電感補償法減少容量，所需試驗電源容量也將達到2220kVA，設計時即使按2000kVA考慮，調壓器及升壓變壓器的體積及重量均不利于現場調試使用。如減少試驗設備的容量，將影響試驗波形，導致試驗結果出現較大誤差。(1) 調壓變壓器：2000KVA的調壓器雖然可以生產，但試驗設備的整體體積及重量將極不方便運輸及試驗現場吊裝。(2) 升壓變壓器：1000kV變壓器低壓側額定電壓為110kV，對應最高運行電壓的低壓側電壓為110×1.1121kV，取額定電壓12

14、5/0.4kV的試驗變壓器能滿足試驗要求，另外從散熱和經濟上的因素綜合考慮，選擇油浸式的試驗變壓器，整體重量將大于30噸。(3) 補償電抗器補償電抗器補償電流應為：IL=Inc=Ina2-(P0Uab)2 (3)式中 Ina低壓側的空載相電流，A Inc需要補償的容性電流，A P0被試變壓器空載損耗，kW Uab低壓側的額定電壓，kV約為5.19A，考慮1.2倍裕量，補償電抗器的額定電流按8A選取，額定電壓參考升壓變電壓為125kV，則電抗器額定容量為125kV×8A=1000kVA。根據以上分析，設備配置如表2所示。表2 主要設備配置參數設備名稱參數調壓變壓器升壓變壓器補償電抗器型

15、式油浸接觸式油浸式油浸式額定容量2000kVA2000kVA1000×3kVA額定電壓400V/0400V125/0.4kV125kV相數三相三相單相頻率50Hz50Hz50Hz總重量20噸以上30噸以上2×3噸4.3 變頻電源采用變頻電源進行零起升壓試驗，一般包括站用變電源、變頻電源柜、升壓變壓器和補償電抗器。電源從低壓側(110kV)接入，為減少試驗電源容量，采用單相零起升壓的方式對1000kV變壓器進行試驗。試驗電源的接線如圖7所示。ST站用變 G-無局放變頻電源 T-升壓變壓器L-補償電抗器T1-被試變圖7 變頻柜作為電源的接線圖（以A相為例）利用式1，可以估計所需

16、的試驗電源容量約為600kVA，考慮4倍裕度，大約為2400kVA，遠小于采用調壓器和系統電源所需的容量。利用補償電感進一步減少電源容量，所需電源容量約為740kVA，設計時按800kVA考慮。(1) 變頻電源：根據試驗系統對于電源容量的要求，采用800kVA變頻電源。電源額定輸入電壓：380V，三相；輸出電壓范圍：0350V；輸出頻率：20300Hz；額定容量：400kVA×2。(2) 升壓變壓器：升壓變高壓側額定電壓選取125kV。低壓側電壓考慮變頻電源，選取350V。從散熱和經濟上的因素綜合考慮，選擇油浸式的試驗變壓器，升壓變壓器的容量為配合變頻電源選用800kVA。(3) 補

17、償電抗器因為試驗單相進行，選用一臺補償電抗器可滿足試驗要求，補償電抗器的容量參考調壓變壓器電源的方式配置。按照上述方案設計，升壓變壓器重量及體積可滿足運輸及吊裝需要。設備配置如表3所示。表3 主要設備配置參數 設備名稱參數變頻電源升壓變壓器補償電抗器型式推挽放大式油浸式油浸式額定容量2×400kVA800kVA1000kVA額定電壓0350V125/0.35kV125kV相數三相/單相單相單相頻率50Hz/20300Hz50Hz50Hz總重量3噸<5噸2噸4.4 比對分析綜上所述，采用上述三種方式作為1000kV變壓器零起升壓試驗的試驗電源，各有優(yōu)劣，具體分析如表4。從表中可以

18、看出，考慮零起升壓試驗的經濟性和安全性，采用變頻電源作為1000kV變壓器零起升壓試驗的電源是一個較為合適的選擇。表4 零起升壓試驗方案比較 方案比較項目系統電源調壓器電源變頻電源涉及系統范圍數條輸電線路及變電站涉及特高壓變電站的站用電源涉及特高壓變電站的站用電源系統危險性較大一般一般試驗工作量較大一般一般所需電源容量較大次之較小試驗電源運輸不需要難度較大難度不大被試設備范圍三相三相或單相單相補償不需要補償需要補償需要補償5 結論及建議(1) 本文利用特高壓示范工程的典型技術參數，結合1000kV浙北站規(guī)劃，開展了采用系統電源、調壓器電源和變頻電源進行特高壓變壓器零起升壓試驗的研究，確定了采用上述三類方式進行試驗的設備選型和試驗要求。(2) 對比分析了上述三類方式進行特高壓變壓器零起升壓試驗的優(yōu)缺點，認為采用變頻電源的方式可有效解決試驗電源容量的問題，提高變壓器零起升壓試驗的經濟性和安全性。(3) 由于1000kV浙北站特高壓變壓器參數未明確，本文選用技術參數來源于示范工程，相關計算結果在應用時，應根據1000kV浙北站特高壓變壓器的參數進行校核。參考文獻1 吳錦華 谷小博. 500kV變電所零起升壓試驗方法的研究應用J.變壓器. 2005.02.Vol42 No2.pp510.