[發明專利]基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗系統及方法

在審

• 申請號: 201710118179.4
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106841875A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 孫學武;李濤;羅軍;趙富強;任社宜;尹奎龍;任煒;杜曉平;李繼東;宋媛媛;王廣濤;蔣玉營
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網山東省電力公司物資公司;山東達順電子科技有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及配電變壓器溫升試驗技術領域，尤其涉及基于交流低頻對變壓器進行短路試驗并與鐵芯勵磁飽和控制的短路溫升試驗方法。

背景技術

變壓器溫升試驗的目的是驗證變壓器在額定工作條件下主體總損耗(繞組電阻損耗和鐵芯勵磁損耗)產生的熱量與散熱裝置達到熱平衡的溫度是否符合有關標準及技術協議的要求，并驗證產品結構的合理性和結構局部過熱程度。它不僅關系變壓器的安全性、可靠性、使用壽命，也關系變壓器的制造成本。

傳統的工頻短路法試驗，由于變壓器短路阻抗中的感性分量遠大于阻性分量，導致變壓器的負載試驗時功率因數較低。因變壓器的溫升加熱效果或發熱量僅取決于有功消耗，為對變壓器進行短路法溫升試驗，意味著需要提供大容量的三相調壓電源并輔以電容器進行無功補償，以減小對試驗供電電源容量的需求。

傳統的工頻短路法試驗方法是按照GB1094的試驗要求進行，目前測試一臺變壓器的溫升試驗需要耗費的時間較長，特別是對干式變壓器目前耗時大約在24小時左右，勞動效率低下，依據目前的使用設備狀況及試驗人員配置數量很難完成國網對變壓器抽檢數量的要求。

現有的采用低頻電流短路法對超高壓變壓器(特高壓變壓器基本都為單相變壓器組成)進行加熱的方法，加熱的目的是為了使變壓器干燥，加熱電流遠沒有達到變壓器的額定電流及額定溫度，加之特高壓變壓器的高低壓側電壓較高，采用低頻加熱時基本忽略了鐵芯因頻率較低所引起的磁路飽和影響。另外，現有的加熱方法為首先加熱變壓器線圈，然后通過線圈的熱量加熱鐵芯，使得變壓器達到干燥目的。

對三相配電變壓器而言，因鐵芯結構為三柱式鐵芯，變壓器的高低壓側電壓較低，低頻短路法對特高壓變壓器進行加熱的方法不適用于三相配電變壓器的溫升試驗要求。首先，加熱電源必須采用三相互為120度夾角的交流電源才可在短路側繞組感應出短路電流，其次，要考慮頻率較低時會引起變壓器鐵芯磁路飽和，導致鐵芯局部過熱損壞矽鋼片間漆膜，形成片間短路導致渦流產生，引起變壓器故障。

發明內容

本發明的目的就是針對10kV及以下電壓等級的三相配電變壓器溫升試驗，主要應用在配電變壓器入網質量抽檢和變壓器出廠的型式試驗，可滿足配電變壓器容量在2500kVA及以下的變壓器溫升試驗，并通過勵磁飽和控制解決因低頻可能造成的鐵芯過勵磁狀態。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

一種基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗系統，包括：三相四線低壓輸入電源、三相可調低頻變頻電源、輸出信號采集模塊、測溫傳感器模塊以及主控單元；

所述三相四線低壓輸入電源、三相可調低頻變頻電源和被試變壓器依次串聯連接，所述輸出信號采集模塊和測溫傳感器模塊分別與被試變壓器連接，所述主控單元與三相可調低頻變頻電源、輸出信號采集模塊以及測溫傳感器模塊分別連接；

所述主控單元根據輸出信號采集模塊、測溫傳感器的反饋信號對三相可調低頻變頻電源發出調壓調頻指令；

所述三相可調低頻變頻電源根據變壓器鐵芯勵磁飽和曲線，確定被試變壓器在不同頻率下對應的飽和點電壓值；同時根據接收到的指令不斷調整輸出頻率和電壓值，以實現勵磁飽和、頻率、電壓的均衡調整，實現變壓器溫升試驗時變壓器鐵芯和繞組同時加熱。

進一步地，采用三相可調低頻變頻電源對被試變壓器高壓側繞組進行調頻、加壓，建立變壓器鐵芯勵磁飽和曲線，確定被試變壓器在不同頻率下對應的飽和點電壓值，以確定變壓器鐵芯發熱量最大的勵磁電流值，對變壓器鐵芯進行加熱；

然后將變壓器低壓側短路，根據變壓器額定容量參數選定溫升試驗第一階段所施加總損耗最優的試驗頻率、電流和電壓幅值，三相可調低頻變頻電源產生三相可調交流電源，在變壓器低壓側感應出短路電流，調整低頻電源施加到變壓器的額定電流，對繞組進行加熱。

進一步地，根據變壓器鐵芯勵磁飽和曲線，確定被試變壓器在不同頻率下對應的飽和點：當施加電流值增加50％，而勵磁出的電壓值增加不大于10％時為勵磁特性曲線的拐點。

進一步地，上電后可調低頻變頻電源以最低電壓及最低頻率對被試變壓器進行試驗；

輸出采集模塊采集被試變壓器的電壓、電流、相位以及頻率信息并將所述信息反饋至主控單元；

測溫傳感器模塊將采集到的變壓器鐵芯以及高低壓側繞組的溫度信息反饋至主控單元；