CN106841875B - 基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***及方法，包括：三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源和被试变压器依次串联连接，输出信号采集模块和测温传感器模块分别与被试变压器连接，主控单元与三相可调低频变频电源、输出信号采集模块以及测温传感器模块分别连接；主控单元根据输出信号采集模块、测温传感器的反馈信号对三相可调低频变频电源发出调压调频指令。本发明有益效果：由于输出频率低，可大幅度降低温升试验所需要的试验电源容量,无需大容量调压装置和无功补偿装置。

Description

基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***及方法

技术领域

本发明涉及配电变压器温升试验技术领域，尤其涉及基于交流低频对变压器进行短路试验并与铁芯励磁饱和控制的短路温升试验方法。

背景技术

变压器温升试验的目的是验证变压器在额定工作条件下主体总损耗(绕组电阻损耗和铁芯励磁损耗)产生的热量与散热装置达到热平衡的温度是否符合有关标准及技术协议的要求，并验证产品结构的合理性和结构局部过热程度。它不仅关系变压器的安全性、可靠性、使用寿命，也关系变压器的制造成本。

传统的工频短路法试验，由于变压器短路阻抗中的感性分量远大于阻性分量，导致变压器的负载试验时功率因数较低。因变压器的温升加热效果或发热量仅取决于有功消耗，为对变压器进行短路法温升试验，意味着需要提供大容量的三相调压电源并辅以电容器进行无功补偿，以减小对试验供电电源容量的需求。

传统的工频短路法试验方法是按照GB1094的试验要求进行，目前测试一台变压器的温升试验需要耗费的时间较长，特别是对干式变压器目前耗时大约在24小时左右，劳动效率低下，依据目前的使用设备状况及试验人员配置数量很难完成国网对变压器抽检数量的要求。

现有的采用低频电流短路法对超高压变压器(特高压变压器基本都为单相变压器组成)进行加热的方法，加热的目的是为了使变压器干燥，加热电流远没有达到变压器的额定电流及额定温度，加之特高压变压器的高低压侧电压较高，采用低频加热时基本忽略了铁芯因频率较低所引起的磁路饱和影响。另外，现有的加热方法为首先加热变压器线圈，然后通过线圈的热量加热铁芯，使得变压器达到干燥目的。

对三相配电变压器而言，因铁芯结构为三柱式铁芯，变压器的高低压侧电压较低，低频短路法对特高压变压器进行加热的方法不适用于三相配电变压器的温升试验要求。首先，加热电源必须采用三相互为120度夹角的交流电源才可在短路侧绕组感应出短路电流，其次，要考虑频率较低时会引起变压器铁芯磁路饱和，导致铁芯局部过热损坏矽钢片间漆膜，形成片间短路导致涡流产生，引起变压器故障。

发明内容

本发明的目的就是针对10kV及以下电压等级的三相配电变压器温升试验，主要应用在配电变压器入网质量抽检和变压器出厂的型式试验，可满足配电变压器容量在2500kVA及以下的变压器温升试验，并通过励磁饱和控制解决因低频可能造成的铁芯过励磁状态。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***，包括：三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源、输出信号采集模块、测温传感器模块以及主控单元；

所述三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源和被试变压器依次串联连接，所述输出信号采集模块和测温传感器模块分别与被试变压器连接，所述主控单元与三相可调低频变频电源、输出信号采集模块以及测温传感器模块分别连接；

所述主控单元根据输出信号采集模块、测温传感器的反馈信号对三相可调低频变频电源发出调压调频指令；

所述三相可调低频变频电源根据变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值；同时根据接收到的指令不断调整输出频率和电压值，以实现励磁饱和、频率、电压的均衡调整，实现变压器温升试验时变压器铁芯和绕组同时加热。

进一步地，采用三相可调低频变频电源对被试变压器高压侧绕组进行调频、加压，建立变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值，以确定变压器铁芯发热量最大的励磁电流值，对变压器铁芯进行加热；

然后将变压器低压侧短路，根据变压器额定容量参数选定温升试验第一阶段所施加总损耗最优的试验频率、电流和电压幅值，三相可调低频变频电源产生三相可调交流电源，在变压器低压侧感应出短路电流，调整低频电源施加到变压器的额定电流，对绕组进行加热。

进一步地，根据变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点：当施加电流值增加50％，而励磁出的电压值增加不大于10％时为励磁特性曲线的拐点。

进一步地，上电后可调低频变频电源以最低电压及最低频率对被试变压器进行试验；

输出采集模块采集被试变压器的电压、电流、相位以及频率信息并将所述信息反馈至主控单元；

测温传感器模块将采集到的变压器铁芯以及高低压侧绕组的温度信息反馈至主控单元；

主控单元根据反馈信息不断发送指令至三相可调低频变频电源，三相可调低频变频电源不断调整频率和电压值以实现励磁饱和、频率、电压的均衡调整；满足变压器温升试验时应达到最大总损耗以及调整至额定损耗下温度保持1h的试验电流要求；

当测温传感器检测到被试变压器温度达到设定温度时，减小可调低频变频电源输出电压，同时提高输出频率，保证输出电流在额定电流范围内波动不超过10％。

一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验方法，包括：

(1)在变压器中施加最大总损耗，使变压器工作在额定工作状态，检测变压器油铁芯以及绕组的温升；

采用三相可调低频变频电源对被试变压器高压侧绕组进行调频、加压，建立变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值，以确定变压器铁芯发热量最大的励磁电流值，对变压器铁芯进行加热；

然后将变压器低压侧短路，根据变压器额定容量参数选定温升试验第一阶段所施加总损耗最优的试验频率、电流和电压幅值，三相可调低频变频电源产生三相可调交流电源，在变压器低压侧感应出短路电流，调整低频电源施加到变压器的额定电流，对绕组进行加热；

(2)测定各部位温度后，立即将输入绕组中的电流降至额定电流，继续试验1h，并继续观察各部位温度；

(3)额定电流1h结束，记录好各部位温度之后，迅速把电流降至最小，切断电源，断开试品与温升试验电源的连线，测量绕组热电阻；

(4)试验终结时快速断开电源，拆除短路线，并在设定时间内准确测出绕组的电阻值；每隔设定时间读取一次，记录断电以后设定时间段内绕组的电阻值，根据测得的电阻值描绘出变压器温升曲线。

本发明的有益效果：

1、由于输出频率低，可大幅度降低温升试验所需要的试验电源容量,无需大容量调压装置和无功补偿装置。

2、试验电压低(最高工作电压400V)，试验安全系数高，防护简便且不影响其他工作。

3、设备较传统方法相比，设备重量轻、体积小、便于运输到测试现场。

4、通过低频对变压器进行温升试验时，使得铁芯和绕组同时发热，大大缩短变压器温升试验的时间，提高试验人员的劳动效率。

5、本试验电源除满足低频温升试验要求外，又涵盖常规工频条件下的配电变压器额定电压下的空载试验及负载试验要求。

6、输出电压、输出电流、输出频率的动态平衡实现了设备功率的最大化利用。

附图说明

图1为基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明公开了一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***，如图1所示，包括：包括：三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源、输出信号采集模块、测温传感器模块以及主控单元；

三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源和被试变压器依次串联连接，输出信号采集模块和测温传感器模块分别与被试变压器连接，主控单元与三相可调低频变频电源、输出信号采集模块以及测温传感器模块分别连接；

主控单元根据输出信号采集模块、测温传感器的反馈信号对三相可调低频变频电源发出调压调频指令。

低频变频电源，低频变频电源采用IGBT组成四象限工作的全波可控整流，再利用大功率开关器件通过低频矢量函数驱动控制算法，实现低频的SPWM逆变，经滤波获取所需要的可调频、调压的加热电源。可调低频变频电源产生1-50Hz、0-400V三相可调交流电源，在短路侧绕组感应出短路电流，可调低频变频电源根据主控单元指令，调整频率及输出电压幅值。

输出信号采集模块将采集到的被试变压器的电压、电流、相位以及频率信息并将所述信息反馈至主控单元。

测温传感器模块将采集到的温度信息(干式变压器的铁芯温度、高低压侧绕组上中下部位温度及平均温度)反馈至主控单元。

主控单元分别接收输出信号采集模块、测温传感器模块发送的对被试变压器电压、电流、频率、温度等信息，并根据接收到的上述信息不断发送指令至可调低频变频电源。

上电后可调低频变频电源以最低电压及最低频率对被试变压器进行试验；

主控单元根据反馈信息不断发送指令至三相可调低频变频电源，三相可调低频变频电源不断调整频率和电压值以实现励磁饱和、频率、电压的均衡调整；满足变压器温升试验时应达到最大总损耗以及调整至额定损耗下温度保持1h的试验电流要求；

当测温传感器检测到被试变压器温度达到设定温度时，减小可调低频变频电源输出电压，同时提高输出频率，保证输出电流在额定电流范围内波动不超过10％。

进行温升试验时，首先采用可调低频变频电源对被试变压器高压侧绕组调频、加压，建立变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器不同频率下对应的饱和点电压值，根据变压器铁芯励磁饱和曲线，确定励磁饱和点：当施加电流值增加50％，而励磁出的电压值增加不大于10％时为励磁特性曲线的拐点。

当达到铁芯励磁饱和点电压下的励磁电流时，变压器铁芯发热量最大，为后续温升试验提供基础数据。

而后对变压器低压侧短路，根据变压器额定容量等参数选定温升试验第一阶段所施加总损耗最优的试验频率和电流、电压幅值，对变压器绕组进行加热，使铁芯及绕组同时发热，缩短变压器达到温升试验要求的热稳定时间。

本发明公开了一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验方法，试验分为两个阶段；

第一阶段在变压器中施加最大总损耗，变压器工作在额定工作状态，检测变压器的温升。

此阶段中通过变压器绕组温升和变压器铁芯发热,快速达到变压器整体温度热平衡，当温度变化率小于1K/h，并维持3h，认为变压器温升已稳定,取最后一小时中的平均值为变压器温升。

施加总损耗试验阶段结束，测定各部位温度后，立即将输入绕组中的电流降至额定电流，继续试验1h，并继续观察各部位温度。额定电流1h结束，记录好各部位温度之后，应迅速把电流降至最小，切断电源，断开试品与温升试验电源的连线，测量绕组热电阻。

试验终结时快速断开电源，拆除短路线，并在2分钟的时间内准确测出第一组的电阻值。每30秒读一次，记录断电20分钟内电阻，根据热电阻描绘出变压器温升曲线。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验***，其特征是，包括：三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源、输出信号采集模块、测温传感器模块以及主控单元；

所述三相四线低压输入电源、三相可调低频变频电源和被试变压器依次串联连接，所述输出信号采集模块和测温传感器模块分别与被试变压器连接，所述主控单元与三相可调低频变频电源、输出信号采集模块以及测温传感器模块分别连接；

所述主控单元根据输出信号采集模块、测温传感器的反馈信号对三相可调低频变频电源发出调压调频指令；

低频变频电源采用IGBT组成四象限工作的全波可控整流，再利用大功率开关器件通过低频矢量函数驱动控制算法，实现低频的SPWM逆变，经滤波获取所需要的可调频、调压的加热电源，可调低频变频电源产生三相可调交流电源， 在短路侧绕组感应出短路电流，可调低频变频电源根据主控单元指令，调整频率及输出电压幅值；

所述三相可调低频变频电源根据变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值；同时根据接收到的指令不断调整输出频率和电压值，以实现励磁饱和、频率、电压的均衡调整，实现变压器温升试验时变压器铁芯和绕组同时加热；

其中，采用三相可调低频变频电源对被试变压器高压侧绕组进行调频、加压，建立变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值，以确定变压器铁芯发热量最大的励磁电流值，对变压器铁芯进行加热；

然后将变压器低压侧短路，根据变压器额定容量参数选定温升试验第一阶段所施加总损耗最优的试验频率、电流和电压幅值，三相可调低频变频电源产生三相可调交流电源，在变压器低压侧感应出短路电流，调整低频电源施加到变压器的额定电流，对绕组进行加热；

根据变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点：当施加电流值增加50％，而励磁出的电压值增加不大于10％时为励磁特性曲线的拐点；

上电后可调低频变频电源以最低电压及最低频率对被试变压器进行试验；

输出采集模块采集被试变压器的电压、电流、相位以及频率信息并将所述信息反馈至主控单元；

测温传感器模块将采集到的变压器铁芯以及高低压侧绕组的温度信息反馈至主控单元；

主控单元根据反馈信息不断发送指令至三相可调低频变频电源，三相可调低频变频电源不断调整频率和电压值以实现励磁饱和、频率、电压的均衡调整；满足变压器温升试验时应达到最大总损耗以及调整至额定损耗下温度保持1h的试验电流要求；

当测温传感器检测到被试变压器温度达到设定温度时，减小可调低频变频电源输出电压，同时提高输出频率，保证输出电流在额定电流范围内波动不超过10％。

2.一种基于交流低频加热的三相配电变压器温升试验方法，基于如权利要求1所述的***，其特征是，包括：

(1)在变压器中施加最大总损耗，使变压器工作在额定工作状态，检测变压器油铁芯以及绕组的温升；

采用三相可调低频变频电源对被试变压器高压侧绕组进行调频、加压，建立变压器铁芯励磁饱和曲线，确定被试变压器在不同频率下对应的饱和点电压值，以确定变压器铁芯发热量最大的励磁电流值，对变压器铁芯进行加热；

然后将变压器低压侧短路，根据变压器额定容量参数选定温升试验第一阶段所施加总损耗最优的试验频率、电流和电压幅值，三相可调低频变频电源产生三相可调交流电源，在变压器低压侧感应出短路电流，调整低频电源施加到变压器的额定电流，对绕组进行加热；

(2)测定各部位温度后，立即将输入绕组中的电流降至额定电流，继续试验1h，并继续观察各部位温度；

(3)额定电流1h结束，记录好各部位温度之后，迅速把电流降至最小，切断电源，断开试品与温升试验电源的连线，测量绕组热电阻；

(4)试验终结时快速断开电源，拆除短路线，并在设定时间内准确测出绕组的电阻值；每隔设定时间读取一次，记录断电以后设定时间段内绕组的电阻值，根据测得的电阻值描绘出变压器温升曲线。