大型电力变压器产品质量监督管理模式研究

樊 炜，张书琦，金涌川

(1.国家电网公司，北京 100005；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110005)

0 引言

近3年，国家电网公司电网建设投资显著增长，每年采购220 kV 及以上电压等级变压器数量近千台，涉及金额上百亿，产品型式多，涉及厂家多，质量管控难度大。因此，研制集成化关键参数测量手段，采用统一的检测规范和手段对集中规模招标的变压器的质量进行监督和验证，在不断总结经验的基础上改革质量监督管理模式势在必行。

1 技术可行性验证

1.1 测量对象范围

可移动式大型电力变压器关键参数测量系统对电压等级在110 ～750 kV、单相容量在750 MVA及以下的电力变压器的空载损耗和空载电流、负载损耗和短路阻抗、噪声、长时交流感应电压下的局部放电量4 项关键参数进行测量，系统具有测量精度高(系统整体不确定度在2 %以内)、测量范围广(可对110～750 kV 电压等级内各种容量的电力变压器进行测量)、方便快捷等优点。

1.2 系统设备组成

可移动式大型电力变压器关键参数测量系统采用集装箱式布置方式。系统由集装箱本体、测量系统(高精密电压电流互感器和高精度测量仪表)、计算机测量分析系统和办公及移动辅助系统等4 部分构成。

1.2.1 集装箱本体

集装箱本体采用了标准的20 ft 集装箱，运输方便，安装快捷。其内部备有工作台，以摆放测量仪表、打印机等设备。并且在两侧各开2 扇窗户，以便操作者在进行参数测试时观察试品情况。

1.2.2 高精度测量系统

(1)进行空载损耗和负载损耗测量时，使用电压互感器和电流互感器作为数据采集设备分别测量电压和电流，电压互感器和电流互感器的输出接至功率分析仪，测量有功损耗。大型电力变压器在进行空载试验和负载试验时，功率因数很小， 测量时的微小误差也会导致最后的有功损耗测量值与实际值偏差较大。为减小测量的不确定度，保证测量准确性，采用0.01 级的电压、电流互感器和高精度功率分析仪；为保证在长途颠簸情况下的可靠性，采用手动换档。

为了满足110 ～750 kV 电压等级所有类型变压器的测量需要，在计算各电压等级、不同容量和类型的变压器负载损耗测量时短路阻抗引起的负载电压并综合比较分析之后，确定采取额定电压为3 000，6 000，10 000，20 000 V 和20，40，60，80，100，120 kV 的2 组PT 进行组合的分体式互感器。并且，各电压等级在80 %～120 %范围内满足比差不超过0.01 %，角差不超过0.3′的精度，以保证整个测量系统的不确定度小于2 %。

(2)功率分析仪是损耗测量最重要的测量仪器，用以监控试品的电压电流及损耗。系统采用Norma D5000 功率分析仪及日本横河WT3000 功率分析仪各1 台，互为备用及比对校验用。Norma D5000 功率分析仪基本参数如表1 所示。

表1 Norma D5000 功率分析仪基本参数

(3)声级测量采用丹麦B&K 公司生产的2250型手持式声级计，该设备操作简便，测量精确，并具备丰富的数据后处理功能。其具体性能参数如表2 所示。

表2 B&K2250 声级计技术参数

（4）局部放电测量采用TWPD-2B 数字式局部放电测量仪。该设备具备独立4 路数据采集与4窗口独立显示，检测精度高，现场抗干扰性能好。

1.2.3 计算机测量分析系统

计算机测量分析系统作为测试车的扩展功能，由工业控制计算机、打印机、UPS 电源、数据采集设备、软件等组成。该系统与Norma D5000 可直接通讯，Norma D5000 所采集的数据直接通过RS232 接口传输至PC 机，PC 机中的专用程序可实时显示和快速计算测试结果。

该系统集试验计划制定、试验实施、试验过程记录、试验结果分析处理、试验报告生成及打印、试验数据查询等功能于一体。具有测试功能完善、测试精度高、测试速度快、测试过程智能化、操作简便等特点。测试单元通过标准通信接口和工业控制微机实现通信，试验过程中自动采集数据，所有的测试数据按要求的格式存储于管理系统中，并自动进行环境条件换算、试验结果的分析判断、试验报告的打印、显示及试验结果的查询。

试验过程中，操作人员可根据屏幕提供的中文菜单，选择被测设备和测试项目，并由微机控制完成各种试验设备的调节、数据采集、处理、试验结果的分析判断、数据存储、报表打印及数据查询等，使试验过程自动化、智能化，测试省时省力，消除常规试验中人为因素对试验结果的影响。

空载试验和负载试验时，使用世界上最精确的功率分析仪在互感器的二次侧采集数据，通过串口通讯将采集到的数据传输到计算机，在计算机上使用专为损耗测量开发的软件——“大型电力变压器关键参数测量系统”对数据进行处理。

该软件的具体功能包括：

(1)采集测量数据，实时显示电压、电流和功率的测量结果；

(2)计算空载电流和短路阻抗；

(3)对损耗测量结果进行校正；

(4)记录测量结果并保存输出。

1.3 测量系统的不确定度分析

根据JJF1059-1999，结合损耗测量中具体采用的试验方法进行分析，导致损耗测量结果不确定度的来源主要有：

(1)电流互感器、电压互感器引起的不确定度；

(2)功率分析仪引起的不确定度；

(3)变压器油温度测量的不确定度；

(4)绕组直流电阻测量的不确定度；

(5)校准用标准互感器的不确定度和互感器校验仪的不确定度。

试验测量结果为一次试验所得，因此，不进行A 类不确定度评定，而只进行B 类不确定度评定。电流互感器和电压互感器校准使用的是0.002 级的标准互感器和高精度互感器校验仪，故不考虑标准互感器的不确定度和互感器校验仪的不确定度。测量直流电阻时采用的是高精度的电桥，其不确定度对结果影响很小，故也不考虑。

设U、I分别为相电压和相电流，φ为试验时变压器的功率因数角，则有：

式中，P为损耗值；

KU为电压互感器的变比；

KI为电流互感器的变比；

UP为功率分析仪上电压的示值；

IP为功率分析仪上电流的示值。

根据式(1)，得出：

U(φ)为功率因数角的不确定度。

所使用的电流互感器与电压互感器的准确度等级均为0.01 级，变比误差限为±0.01 %，相位差误差限为±0.3′。使用美国福禄克公司的Norma D5000 型功率分析仪，电流、电压测量的最大允许误差均为±0.03 %，电流和电压之间相位差的最大允许误差为±0.15′。于是有：

表3 为不同功率因数下负载损耗测量的相对不确定度。

2 操作可行性验证

2.1 变压器关键参数检测的标准化测量方法

基于可移动式大型电力变压器关键参数测量系统，形成了一整套关于变压器关键参数检测的标准化测量方法。主要包括以下几方面。

(1)大型电力变压器现场测量操作步骤。包括现场试验接线及检查、检测方法规范化、测量结果监视、测量结果计算等。

(2)大型电力变压器现场测量结果评价方法。包含负载损耗测量结果需换算到参考温度75 ℃时的值，空载损耗测量结果需根据波形畸变因数进行校正，以及长时交流感应电压下的局部放电量、空载声级和额定电流声级的测量结果评价方法。

(3)测量技术的深化研究与应用。针对局部放电测量时开窗大小的选择，负载损耗测量时互感器一次侧的何种接线方式可以减少计算过程和测量误差，损耗测量时二次侧接线方式对内外部干扰和测量偏差的影响，以及负载损耗测量时短路线可能引起的测量偏差等技术问题建立了一套规范性的检验方法。

表3 不同功率因数下负载损耗不确定度

2.2 变压器抽样检测技术体系

在变压器关键参数检测的标准化测量方法的基础上，建立了国家电网公司电力变压器抽样原则、抽样方法、检测流程、抽样管理办法、产品质量评价办法等，逐步构建了一套全新的质量检查和管理体系。

2.2.1 抽样原则

每批招标后，根据招标情况按比例对变压器进行抽样。按照“三新一多”原则进行抽样，即对新入围厂家、新型式产品、使用新材料产品和现场事故多发产品进行重点抽样。

2.2.2 抽检组织机构

国家电网公司委托国网物资有限公司组织管理变压器主要参数抽检工作，由中国电力科学研究院具体实施，并对抽检结果进行评价。

2.2.3 抽检项目及范围

变压器抽检的范围包括：国家电网公司集中规模招标采购，电压等级在220～750 kV、单相容量在750 MVA 及以下的变压器，以及需要检测的其他变压器。变压器抽检的项目包括：空载损耗值、负载损耗值、噪声值，以及长时交流感应耐压及局部放电指标。原则上对集中规模招标采购的主要变压器供应商每年至少抽检1 次。

2.2.4 抽检工作流程

集中规模招标采购的变压器在做完出厂试验后，即具备抽检条件。在具备抽检条件的变压器中确定受检变压器。

抽检单位采用专用测量仪器到供应商制造现场对受检变压器进行抽检。

抽检单位在现场出具抽检报告，抽检单位和供应商对抽检结果签字确认。

2.2.5 抽检结果的评价

(1)评价依据。抽检单位在抽检报告中对抽检结果进行评价，评价依据包括国家标准、行业标准、企业标准，以及采购合同技术条件。当采购合同和招投标文件对技术参数有明确约定时，以约定作为评价依据；当采购合同对技术参数没有明确约定时，以国家强制性标准及相关标准作为评价依据。

(2)评价分类。根据《国家电网公司集中规模招标采购设备/材料招标文件范本》第1 卷招标文件商务范本中，“变压器招标文件商务范本专用部分”中“合同条款专用部分”的相关规定(以下简称招标文件范本相关规定)，对变压器抽检结果的评价分为A、B、C 3 类：

① 当受检变压器所有检测项目达到或优于合同约定值时，评价为A；

② 当受检变压器其他抽检项目满足合同约定，仅损耗值或噪音值超出合同允许偏差范围，但达到国家标准时，评价为B；

③ 当受检变压器损耗值或噪音值达不到国家标准，或长时交流感应耐压及局部放电指标超出合同约定值时，评价为C。

建立了《电力变压器抽检方案》、《电力变压器抽检实施细则》、《电力变压器性能指标评价导则》等一整套抽检流程文件，有效地指导了抽检工作的实施。

通过抽样检测，可以监督变压器主要参数的真实性，提高产品质量监督的威慑力。现场应用结果表明，该测量系统具有高可靠性、高准确性、高精度、高抗干扰能力等特点。

3 实践有效性验证

从2008年至今，对国内29 家220 kV 及以上变压器厂家，包括沈变、西变、保变等厂家的97台变压器(含220 kV、330 kV、500 kV、750 kV变压器及±500 kV 换流变)进行了现场检测，这些变压器均通过了全部出厂试验，但利用该系统依然检测出了有质量问题的变压器9 台次，包括空载损耗不合格情况3 台次，负载损耗不合格情况2 台次，局放水平不合格3 台次，噪声水平不合格1 台次；局放试验环境不合格厂家1 家。有效地监督了产品的出厂质量，保证了入网产品的合格率，为国家电网公司挽回了经济损失。

4 理念和管理模式的创新

建立了将监造和抽样检测有机结合的变压器质量检查和管理体系，对产品性能和厂家水平进行了有效评价，推动制造厂改进工艺、完善检测手段，持续改进质量保证体系，诚信履约。使变压器入网检验合格率从2009年的83 %提高到2012年的100 %。

编制了涵盖26 类设备的《国家电网公司集中招标采购产品质量抽检技术导则》和《供应商产品质量监督管理实施意见》等技术和管理文件，将检验要求纳入采购标准和技术范本，建立了检测结果与招标采购的联动机制。抽检模式已在所有网省公司和所有集中招标设备质量监督工作中应用，实现了产品质量监督管理模式的变革，推动了公司物资质量监督管理模式的重大转变，为进一步深化物资集约化管理起到积极的推动作用。