专利名称：电力变压器绕组连同套管试验参数的确定方法
技术领域：
本发明涉及大、中型电力变压器高压试验技术的一种实现方法，尤其是涉及利用变频电源进行“电力变压器绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量”试验参数的确定 方法。
背景技术：
按规定，大、中型电力变压器在投运前、大修后和绝缘事故后，为检验变压器一次 元件是否存在绝缘缺陷，绝缘水平是否符合有关标准的规定和厂家技术条件的要求，必须 进行绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量，及时有效地发现变压器制造、安装和检 修工艺的缺陷。由于大、中型电力变压器在绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量时，既有 有功分量，也有无功分量，且无功分量中既有容性分量，亦有感性分量，但无功分量总体呈 现出容性分量。随着电力电子技术的日趋成熟，电力变压器的绕组连同套管长时感应电压及局部 放电测量越来越广泛地采用变频装置作为试验电源。变频电源具有启动电流小、升压速度 快、无机械运动部件、自身局部放电量小等优点，但其功率较小，最大约500kVA。通常情况 下，变频试验电源都须采用电抗器进行容性无功的补偿，即便如此，在对特大型、超高压电 力变压器试验时，如果参数匹配不合理，变频电源输出功率将不能满足要求。由大、中型电力变压器(被试品)、试验变压器、补偿电抗器、试验电源、分压器单 元等构成试验回路，使得整个结构较为复杂，特别是被试变压器在试验条件下异于运行工 况，频率、电压、三相对称性皆不同，造成其有功分量、感性无功分量、容性无功分量发生变 化，物理模型不易建立，基本靠经验估计回路中各部件的电流、电压、频率等试验参数，试验 参数与实际量往往有较大大偏差。通常情况下，由试验人员连接好试验仪器与被试品后，试升电压，若试验参数与估 计值有较大偏差，不得不停止试验，必须调整试验设备，如此反复多次。由于GB50150-2006 《电力装置安装工程电气设备交接试验标准》对电力变压器绕组连同套管长时感应电压及 局部放电测量分为I、II、III、IV、V 5个时间段进行，每个阶段的加压时间和电压值都有极 为严格的要求，5个加压阶段紧密相连，必须一次性完成，中间不得间断，调整试验设备，就 会造成被试变压器被反复加压，承受不应承受的高电压和过长的加压时间，降低其绝缘水 平。因为I、II、III、IV、V 5个阶段施加电压、频率各不相同，各时间段参数不存在直接的 推导关系，而且有较大差异，不能用前一加压时间段的参数推导下一时间的参数，即使在同 一时间段内某一参数的改变将引起所有参数的急剧变化，现场短时间内调整几无可能，特 别是在III段时将达到最高试验电压(超高压电力变压器试验电压约为540kV)，时间最长 60s，最短仅仅24s。此时，若没有精确计算参数，试验操作人员在高度紧张的情况下，根本没 有可能同时观测多个表计，再调整试验设备，过大参数偏差带来的危害将是直接损坏价值 数百万元乃及数千万元的电压变压器，高压试验损坏变压器的事故常有发生，大大地影响发、输电。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种电力变压器绕组连同套管试验 参数的确定方法，在绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量试验前，能预先精确地计 算出各试验参数，使试验人员在试验进行时只按需由该方法确定的数据进行操作，而不必 反复调整试验设备，各加压阶段包括阶段间的中间过程一气呵成，而且电容无功分量与电 感无功分量始终相抵消，被试变压器一直处于最佳的补偿状态，仅是有功分量的电流通过 变频电源，提高变频电源的使用寿命，且可用变频进行特大型、超高压电力变压器试验。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种电力变压器绕组连同套管试验 参数的确定方法，包括如下步骤第一步、收集被试电力变压器技术数据，如电压等级、连接组别、各绕组对地和相 互间电容量、空载损耗值等；第二步、利用被试电力变压器的技术数据，推导被试变压器的容性无功和感性无 功功率a、用分步积分法，将高压绕组的分布电容量与电压分步积分，计算高压绕 组的容性无功功率分量β颠=%喝验相试验电￡^颠_容量07，中压绕组的容性无功 功率分量 0中压=U中压侧试验相加压电压C中压侧电容量CET ，低压绕组的容性无功功率分量 Qim ~ U低压侧试验相加压电压C低压侧电容量m ，将所有无功分量折算成低压绕组的容性无功分量Q
电容=Q髙压+Q中压+Q低压；b、用抛物线曲线拟合法得出被试变压器硅钢片的磁化曲线公式，折算成各加压阶 段的感性无功功率；第三步、确定各加压阶段试验要求值，选择试验设备的接线方式；第四步、建立被试变压器和试验设备物理模型在确定的接线方式下，将被试变压 器的容性无功功率，感性无功功率，补偿电抗器的感性无功功率，升压变压器提供的功率、 效率、档位，变频电源提供的功率、效率等参数整合到同一等效电路中；第五步、基于物理模型建立计算机模型利用ATPdraw软件，将物理模型整合得到 的等效电路中被试变压器特征参数、测量用分压器集中参数电容无功、升压变压器特征参 数和变频电源特征参数绘制到ATPdraw软件的模板中；第六步、根据完全无功功率补偿的原则Qilf= Qiii+Qws，计算出各个过程“最佳频
本”
率 ；第七步、利用“最佳频率”计算出各时间段有功分量；第八步、将各分量转换为实际的“电流”、“电压”、“功率”、“效率”等试验参数，作出
各变量走势图。与现有技术相比，本发明的积极效果是本发明利用变压器设计、制造、常规试验 时得到的数据，采用分步积分法，将被试变压器各绕组按电容量分布与电压分布积分的方 法归算到低压侧，得出容性无功分量；考虑到各试验状态下感性无功对容性无性分量的抵 消作用和各试验状态有功分量的变化，建立与实际情况相吻合的物理模型，最终形成计算机模型，可预先计算出各种变压器绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量试验各加压 阶段，高压试验设备和被试品各个部分点的电压、电流、频率、有功、无功功率和分量，作出 各变量走势图，计算值与实际值的误差范围控制在以内。为试验提供实际指导值，避免 误操作和违规操作，保障试验设备和被试变压器的安全。本发明克服了传统试验参数依靠个人经验和无物理意义的经验公式进行估算的 盲目性，能满足GB50150-2006《电力装置安装工程电气设备交接试验标准》要求的进行“变 压器绕组连同套管长时感应电压及局部放电测量”时的时间、电压和测量连续性，基于物理 模型和计算机模型编制的一种通用的利用变频电源进行“变压器绕组连同套管长时感应电 压及局部放电测量”时参数计算方法，适用于IlOkV及以上各类型电力变压器。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图
)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。一种电力变压器绕组连同套管试验参数的确定方法，包括如下步骤第一步、收集被试电力变压器技术数据，如电压等级、连接组别、各绕组对地和相 互间电容量、空载损耗值等；第二步、利用被试电力变压器的技术数据，推导被试变压器的容性无功和感性无 功功率a、用分步积分法，将高压绕组的分布电容量与电压分步积分，计算高压绕组的容 性无功功率分量
C高压侧单相电容量,Tl"/\2
η-πτΓTT2-TT7 Γ f υ试验相试验电压/η ΗΓ
U高压试验相_ ty^高压侧单相电容验相试验电压 ω I . ^ u^
0 V/ L高压侧单相电容量 J
-l/fu试验相试验电压/) Γ3
~ /37C…,^^ ■ ι高压侧单相电容量ω
7 J V/ L高压侧单相电容量乂简化即
C,- 1/fU试验相试验电压/) Γ3 _ 1/Ττ2c
U髙压试验相_ /3^髙压侧单相电容量⑴_ 7、uK验相试验电压^髙压侧单相电容量ω
7 J V/ L髙压侧单相电容量乂‘J同理，
d- 1/fU非试验相试验电压/) rTTS-^/TT2Γτη
U高压非试验相_/3 1/CI ^高压侧单相电容量ω _/3 ^非试验相试验电H。高压侧单相电容量ω
7 J V/ ι髙压侧单相电容量)7 JU试验相试验电压=2U非试验相试验电压，所以
β髙压=β髙压试验相髙压非试验相 =验相试验电压C高压侧单相电容量m = “试验相试验电压G髙压侧q容量GT同理，中压绕组的容性无功功率分量 β中压=δ中压试验相+ 中压非试验相=X U中压侧试验相加压电压C中压侧单相电容量CJ = X U中压侧试验相加压电压C中压侧电容量CJ低压绕组的容性无功功率分量
δ低压=β低压a验相压非《验相 =Utt压侧试验相加压电压 C低压侧单相电容量^· = Uls压侧试验相加压电压 C低压侧电容量cr将所有无功分量折算成低压绕组的容性无功分量，即Q电容=Q髙压+Q中压+Q低压b、用抛物线曲线拟合法得出被试变压器硅钢片的磁化曲线公式，折算成各加压阶 段的感性无功功率因为曲线是硅钢片特性决定的，不同钢厂、不同牌号的硅钢片有不同的磁化曲线， 所以每一磁化曲线都需要进行拟合。具体方法为选择曲线上有限多个数值，用QBasic编 写的程序进行抛物线插值法，就能很方便地得到曲线的拟合公式，选择曲线上的插值点越 多，得到的公式越准确。按如下公式进行折算，求出各加压阶段的感性无功功率<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>ι被试变压器额定电压下的空载电流和P被试变压器额定损耗在常规性的试验数据中得到；例如，对于
1.5试验电压下，<formula>formula see original document page 6</formula>
第三步、确定各加压阶段试验要求值，选择试验设备的接线方式；第四步、建立被试变压器和试验设备物理模型在确定的接线方式下，将被试变压器的容性无功功率，感性无功功率，补偿电抗器 的感性无功功率，升压变压器提供的功率、效率、档位，变频电源提供的功率、效率等参数整 合到同一等效电路中；第五步、基于物理模型建立计算机模型利用ATPdraw软件(世界电工协会提供公 开的、免费的电路计算软件)，将物理模型整合得到的等效电路中被试变压器特征参数、测 量用分压器集中参数电容无功、升压变压器特征参数和变频电源特征参数绘制到ATPdraw 软件的模板中；第六步、按完全无功功率补偿的原则，计算出各个过程“最佳频率”
在不同试验状态下，频率是变化的，“最佳频率”是指由变频电源提供的一组变化 的频率，通过改变频率使得被试变压器、补偿电抗器感性无功功率之矢量和，始终等于被试 变压器、测量分压器的容量无功功率之矢量和，这样变频电源也始终仅仅提供有功功率，出 力最小，也就是整个等效电路的“最佳频率”。“最佳频率”的原则为Q_=，即
1/6w(U2试验相试验电压C高压侧电容量+U2高压压侧试验相加压电压C高压侧电容量+U2低压侧试验相加压电压C低压侧电容量)
+1/2 U2低压侧试验相电压C测量用分压器电容=(2*h试验相磁强/H额定磁强+H试验相磁强/H额定磁强)*
<formula>formula see original document page 7</formula>
+U2低压侧试验相加压电压/WL补偿电感量上式中的w=2πf, “最佳频率”f=w/2πf,其中2*h试验相磁强/H额定磁强+H试验相磁强/H额定磁强) 也是与w相关的，通过硅钢片的磁化曲线拟合公式得到一个变量。对于此高阶方程，利用ATPdraw软件 频率进行试运算，频率步长最大应设为0. IHz ；第七步、利用“最佳频率”计算出各时间段有功分量，具体计算方法为Ρ有功=P试验相+2P非试验相
P试验相=1/3(f/f50)m*(Bm/Bm)n*P被试变压器额定有功损耗=1/3(f/f50)m*(BmKf50/f/Bm)*P被试变压器额定有功损耗
=1/3*Kn(f/f50)m-n P被试变压器额定有功损耗=1/3*K1.8(f/50)-0.5*P被试变压器额定有功损耗同理，
P非试验相=1/3(f/f50)m*(Bm/Bm)n*P被试变压器额定有功损耗=1/3*1/2nKn(f/f50)m-nP被试变压器额定有功损耗
=1/2*1/21.8k1.8(f/50)-0.5P被试变压器额定有功损耗=0.0957K1.8(f/50)-0.5P被试变压器额定有功损耗
P有功=验相+ 非试验相式变压器额定有功擁，其中k为被试变压器试
验电压与额定运行电压的倍数，在被试变压器出厂试验数据中查到；第八步、将各分量转换为实际的“电流”、“电压”、“功率”、“效率”等试验参数，作出 各变量走势图a、已知被试变压器各加压阶段感性无功功率、容性无功功率、频率、试验电压，便可得到试验电流；b、已知加压阶段补偿电抗器电感量、电压、频率，便可计算出试验电流；C、已知升压变压器档位、加压阶段的电压、频率，便可计算出试验电流、效率；d、已知变频电源输出在“最佳频率”下仅仅提供有功功率，变频电源输出电压、电 流与升压变压器低压侧输入电压、电流是相等的，便可计算出变频电源输出功率、效率及所 需的输入三相电流大小。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
一种电力变压器绕组连同套管试验参数的确定方法，其特征在于包括如下步骤第一步、收集被试电力变压器技术数据，如电压等级、连接组别、各绕组对地和相互间电容量、空载损耗值等；第二步、利用被试电力变压器的技术数据，推导被试变压器的容性无功和感性无功功率a、用分步积分法，将高压绕组的分布电容量与电压分步积分，计算高压绕组的容性无功功率分量 中压绕组的容性无功功率分量 低压绕组的容性无功功率分量 将所有无功分量折算成低压绕组的容性无功分量Q电容＝Q高压+Q中压+Q低压；b、用抛物线曲线拟合法得出被试变压器硅钢片的磁化曲线公式，折算成各加压阶段的感性无功功率；第三步、确定各加压阶段试验要求值，选择试验设备的接线方式；第四步、建立被试变压器和试验设备物理模型在确定的接线方式下，将被试变压器的容性无功功率，感性无功功率，补偿电抗器的感性无功功率，升压变压器提供的功率、效率、档位，变频电源提供的功率、效率等参数整合到同一等效电路中；第五步、基于物理模型建立计算机模型利用ATPdraw软件，将物理模型整合得到的等效电路中被试变压器特征参数、测量用分压器集中参数电容无功、升压变压器特征参数和变频电源特征参数绘制到ATPdraw软件的模板中；第六步、根据完全无功功率补偿的原则Q电容＝Q电感+Q补偿，计算出各个过程“最佳频率”； 第七步、利用“最佳频率”计算出各时间段有功分量；第八步、将各分量转换为实际的“电流”、“电压”、“功率”、“效率”等试验参数，作出各变量走势图。
dest_path_FDA0000020607850000011.tif,dest_path_FDA0000020607850000012.tif,dest_path_FDA0000020607850000013.tif
全文摘要
本发明公开了一种电力变压器绕组连同套管试验参数的确定方法，利用变压器设计、制造、常规试验时得到的数据，采用分步积分法，得出容性无功分量；考虑到各试验状态下感性无功对容性无性分量的抵消作用和各试验状态有功分量的变化，建立与实际情况相吻合的物理模型，最终形成计算机模型，按完全无功功率补偿的原则，计算出各个过程“最佳频率”，从而计算出各时间段有功分量；将各分量转换为实际的“电流”、“电压”、“功率”、“效率”等试验参数，作出各变量走势图。本发明的积极效果是计算值与实际值的误差范围控制在1％以内，为试验提供实际指导值，避免误操作和违规操作，保障了试验设备和被试变压器的安全。
文档编号G01R31/12GK101806841SQ200910312639
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者丁韬, 杨光, 汪智勇, 王先秀, 蒋旭平, 谭萍 申请人:四川中鼎科技有限公司