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变压器现场试验系统、感应电压试验、空载/负载损耗试验
 
 
一、应用及设计
 
      感应高压交流试验和测量对电力试验变压器的质量保证起到至关重要的作用。从传统上讲,这些试验应该在工厂形式试验中用电动发动机(M/G)实现,但今天的越来越多的电力变压器需要在现场组装或者维修,这要求现场做感应高压交流试验进行质检。另外,这类现场诊断试验对电力变压器的运行状况评估也是非常有效的。
    M/G设备不适合于移动;因此HIGHVOLT推出了独具特色的变压器试验系统,该系统基于静态变频器(见数据单8.73)。该感应式HVAC系统能够实现:
1)感应耐压试验
    变频柜通过一个多抽头步进变压器提供三相或者单相、频率大于100HZ的励磁电压,可为不同的变压器供电。步进变压器的标准输出电压范围在8.9kV到74.4kV,远高于相关标准的要求,并且该系统带有局放测量设备。
2)空载损耗测量
    在额定的电流和电源频率下(50-60HZ)对三相或者单相进行试验,试验中测量损耗的设备与变压器的低压侧连接。
3)负荷损耗测量
    (短路试验)在额定的电流和电源频率下(50-60Hz)对三相或者单相进行试验,试验需要大电容补偿单元和精密的测量仪器。
感应HVAC试验包括:
 ----例行耐压试验 可由变频谐振试验系统实现(见目录8.04)
 ----脉冲电压试验可由雷电和操作波冲击实现(见目录3.10)
 ----基本试验
HIGHVOLT提供了所有变压器试验所需的设备,工厂试验设备现场移动式设备。
感应HAVC系统满足IEC60060和60076的相关要求:
----可调频率 f=40Hz…..200Hz
----正弦波形,总谐波失真度THD<5%(峰值和有效值比率为√2(1±0。05)(图1)
----电压测量不确定度uV<1.5%(标准是小于3%)
----试验电压调整误差值ΔU≦1%
----PD背景噪声水平,变频装置在无负荷条件下高压滤波器的输出侧的局放QC≦30pC,(使用海沃的局放测量设备)
----损耗测量不确定度决定于选定测量系统,UL<0.5%损耗
 
二、系统和组件
      静态变频器的特殊设计的动力控制保证了输出参数即使在极不线性的负荷条件下的高保真度,并且实现了一旦试品发生击穿时的快速关断系统。
根据试品的负荷特征,变压器1.7MVA的无功功率可以代替500kW的变压器的有功损耗。
 
    移动式现场试验系统满足所有功率最高达500MVA的电力变压器。
系统的配置根据需要决定,与感应式耐压和空载损耗测试同样,但是短路损耗试验需要一个容性补偿单元。
系统结构见方框图(图2)
     对于500kW变压器,静态变频器将从电网或发电机过来的正弦电压转化为频率和幅值可调的单相或三相电压,范围为f=40~200Hz,Ua=40~400V.变频器的输出电压经由一台升压变压器后达到励磁电压水平,补偿单元可以根据容性和感性负载补偿无功功率。为将背景噪声水哦最小化,需要一个中间滤波器。功率分析仪和局放测试仪都整合在控制和测量单元里。
 
 
 
     图 1: 120MVA变压器在试验过程中的变频器暂态输出电压波形 (120 MVA)
 
 
 
     图2:试验系统方框图

 

三、机械设计和操作

      整套空载和感应耐压试验系统都装在一个40英尺长的集装箱内。试验系统主要分为5部分:
1)静态变频器CFI500 ,包含正弦电力滤波器
2)低压补偿单元
3)升压变压器
4)控制和测量系统(控制室内)
5)高压滤波器和测量传感器
     40英尺集装箱分为三部分:变频器和变压器室,控制室和滤波室。(图3)变频器和变压器室在集装箱后部,包括了变频器CFI500,工频滤波器,全自动低压补偿单元和升压变压器。
     该室的侧壁上装有冷气装置,能够充分冷却。该室可经集装箱后部的梯子进入,并有充分的空间放置诸如电极、试验设备等。
     升压变压器处可以从侧面的双扇门进入,抽头与高压套管连接,位于外壳上方。 若需要选择合适的抽头,可以重新插入提供的配件或者使用一个星角转换装置,从而保证达到良好的励磁电压的水平。升压变压器的低压侧有额外的线圈抽头使得输出电压更具灵活性。在滤波器室内抽头与高压滤波器是通过短同轴乙丙橡胶绝缘电缆。
 
 
 
3: 变压器感应耐压系统——空载试验

 
      空调室包括了支架和操作桌。操作设备置于支架上,可以对整套系统进行控制,包括峰值测量设备。试验系统还可以进行微机操   控,可选全自动或手动。在支架上功率分析仪和局放测量系统等测量设备也安装在支架上,控制室可以通过梯子从集装箱的侧门进入。
       滤波室位于集装箱前部,同样可以由梯子从集装箱的前门进入,高压滤波器和功率测量系统的电流电压波形传感器就安置在此处。高压滤波器可以减少局放干扰源影响,容性分压器就安装在滤波器内以测量励磁电压。滤波器高压电极上有连接电缆的接头。该滤波器室还有充分的空间用于防止额外的配件。变压器的试验连接采用的是EPR电缆(标准长度是30米)
 
 
        4: 变压器试验系统 ——升压变压器
 
四、技术参数
1)额定功率
      主要参数就是试验中激发励磁的有效功率(有功和无功)。除了无功功率与频率相关外,变压器的电力特征也与频率相关:低频时变压器是感性的,高频时是容性的。感性到容性的转换点、有功和无功主要取决于试验变压器的设计。因此,对于一定型号的电力变压器而言,并没有一个通用的规范。
      对试验者而言,知道系统的有功和无功功率值是很有益的,这取决于对以下几项内容的掌握:变频器,有效补偿以及如何根据试验中励磁变的低压线圈的利用率改变励磁变的设置。因此,图片5和6提供了50Hz和100Hz下的无功—有功功率特征。曲线上的各点都代表了空载测量(50Hz)和感应电压试验(100Hz)时有功和无功的可用范围。
      根据现场感应耐压和空载试验的经验,我们的移动式试验系统能够对达500kVA的变压器进行试验,空载试验所需的额外的补偿单元可以按需订做。
2)正弦波形
     本系统完全符合IEC60076关于试验电压THD<5%的标准。图1显示的是一台大功率变压器在试验过程中的变频器的典型输出电压波形。尽管电流损耗极不线性(变压器电流THDi42%)但变频器输出电压的THD一直不高于3.5%。
3)PD水平
     根据IEC60270标准,高压滤波器输出的PD背景噪声最大值不能超过30PC,所以本系统完全满足IEC60073-3要求。通过将测量频率的范围(中心频率)提高到1MHz,PD测量的灵敏度能够达到非常小的水平。).
                  图5: 系统P-Q图 
              (50Hz下三相和单相)

                  图6: 系统P-Q图

            (100Hz     下三相和单相)
 
1: 变压器现场试验系统额定参数,型号WV 500/1000-75
  
输出电压 (12步,3相,)
8.6 – 74.4
kV
功率 (连续工作)
1000
kVA
有功
500
kW
有效电力补偿
(容性, 50 Hz)
1.2
MVAr
有效电力补偿
(感性, 100 Hz)
380
kVAr
  频率
40 – 200
Hz
 
供电
供电电源
3~400
V
功率
550
kVA
频率
50 / 60
Hz
 
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