配电变压器抽检试验系统的设计

甘 鹏 汤春荣 于 涛

（1. 南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司2. 快乐集团有限公司 3. 山东双益电气有限责任公司）

0 引言

配电变压器（简称“配变”）是配电网中的关键电气设备，对配电网的安全稳定运行有着重要意义[1]。配变生产门槛较低，产品质量参差不齐，一些配变生产厂家为降低生产成本，采用铝代铜、废旧硅钢片等，一些配变厂家安装工艺水平较低，这些造成配变质量下降，导致配变的空负载损耗、温升和局放值等超标，给配电网带来安全隐患[2]。

抽检是用户对配变质量管理的一种主要方式，为了对入网配变的质量进行把关，电网公司一直较为重视配变抽检工作，每年均组织多批次配变抽检，并编制了相关抽检大纲及抽检作业规范[3-4]。为承接配变抽检业务，国内很多检测机构先后建设配变抽检试验系统。

本文结合配变抽检规范的具体要求[5]，按照配变抽检项目，将抽检试验用仪器设备分为三类，研究配变抽检试验系统的设计方法，研究结果可为检测机构建设配变抽检试验能力提供参考。

1 工频及冲击试验设备

工频试验变压器用于进行10～35kV配变的外施耐压试验，冲击电压发生器用于进行10～35kV配变的雷电（全波）冲击试验，二者最高工作电压可根据35kV配变的最高耐受电压来设计。

外施耐压试验及雷电（全波）冲击试验电压值可从文献[6]中查找。35kV配变高压侧外施耐压试验电压最高为85kV，故考虑一定的绝缘裕度，工频试验变压器选为150kV，其高压侧输出电流按如下选择：

对 35kV 配变，ω=2πf，f= 50Hz，C约为10000pF，U= 85kV，故I= 0.27A。考虑电容分压器及杂散电容的影响，可以选择工频试验变压器为150kV/100kVA，额定电流为0.67A。

35kV配变高压侧雷电冲击试验电压值最高为200kV，考虑到冲击电压发生器使用效率和绝缘裕度，选择冲击电压发生器的额定充电电压为400kV，因电压较低，结构型式可选择为单边充电方式，共4级，每级额定电压100kV。

冲击电压发生器冲击电容为：

式中，C1为冲击电压发生器的冲击电容；C2为负载电容，35kV配变入口电容一般不超过2000pF，分压器的电容连同全套冲击设备的杂散电容不超过500pF，故取C2= 2500pF ，C1= 25000pF。

冲击电压发生器的额定能量：

式中，C=25000pF=0.25μF；U=400kV；Q=20kJ。

因此，选择400kV/20kJ冲击电压发生器。

2 配变成套试验系统

配变成套试验系统用于进行空载电流及空载损耗测量、短路阻抗及负载损耗测量、感应耐压试验、温升试验、局部放电试验（干变）等试验项目。10～35kV配变的空负载及短路阻抗等相关参数可从GB/T 6451中查询[7]。配变成套试验系统结构图如下图所示。

图 配变成套试验系统结构图

（1）空、负载及温升试验电源

可采用调压器作为变压器空载试验、负载试验及温升试验的试验电源，用于承担整个成套系统的有功损耗。选择输出波形好、无畸变的三相感应调压器，其容量应大于变压器空载损耗和负载损耗之和，并考虑一定裕度用以提供一定的无功功率输出。

（2）感应耐压试验设备

为满足配变的感应耐压试验，一般可选用三相无局放变频电源，输出频率 20～300Hz，输出电压310V，并配套中间变压器用于提高调压器输出电压至感应电压试验值。

（3）中间变压器

根据成套试验系统各组成设备的参数配合，可选择三相双绕组变压器作为中间变压器。低压绕组额定电压为300V，与调压器及变频电源的输出配合。被试品试验电压范围为0.55～22kV（10kV变压器负载试验电压最低约0.55kV，35kV感应耐压试验电压为22kV），故中间变压器的额定电压可选择为 24kV，输出电压档位设置为0.9kV/2.1kV/4.2kV/12kV/18kV/24kV等。

各电压档位用途为：0.9kV档位用于进行 10～11/0.4kV配变的空载损耗测量及感应电压试验，以及低压侧额定电压为 0.69kV配变的空载损耗测量；2.1kV档位用于进行高压侧额定电压20～24kV配变的负载损耗测量及温升试验，以及低压侧额定电压为0.69kV配变的感应耐压试验；4.2kV档位用于进行高压侧额定电压35～38.5kV变压器的负载损耗测量及温升试验；12kV档位用于进行低压侧额定电压10～11kV配变的空载损耗测量试验；18kV档位用于进行低压侧额定电压 10～11kV配变的局部放电测量；24kV档位用于进行低压侧额定电压 10～11kV配变的感应耐压及局部放电测量。

中间变压器的额定容量与调压器容量相匹配。

（4）补偿电容器组

补偿电容器组主要用于对负载损耗测量及温升试验的无功功率部分进行补偿，以降低电源容量需求。电容器组的额定电压应根据被试配变在进行温升试验时最高试验电压确定，依据 GB/T 6451—2015标准，35kV配变最大阻抗为10%，进行温升试验时最高试验电压Um应为38.5kV×10%=3.85kV，故在考虑余量后额定电压Uc设置为4.0kV。额定电流Ic应为：

式中，I0为补偿电流，可按配变高压侧额定电流的1.15倍考虑。

补偿容量应为：

（5）电压及电流互感器

系统试验电压范围为0.4～24kV，故电压互感器可设计为最高电压档位为24kV，另设置4kV、8kV、12kV三个档位，其中4kV档位有效量程范围经特殊设计拓宽至10%～120%，可满足最低0.4V试验电压测量的准确性。

试验电流最大为 400A，故电流互感器最大量程档位设置为400A，形成8个组合档位分别为：5/10/20/40/50/100/200/400A。

（6）数据测量仪器

为提高测量精度，应用专用功率分析仪对空负载试验、感应电压试验的参数进行测量，功率分析仪必须含有效值电压、平均值电压测量功能，目前精度较高的有FLUCK 5000系列、横河WT500系列等。

3 配变抽检用仪器仪表

变压器试验仪器设备用于进行电压比测量及联结组标号检定、绕组直流电阻测量等试验，可按下表选取。

表 变压器抽检试验用仪器设备

（续）

4 结束语

本文研究的配电变压器抽检试验系统适用于10～35kV配变，按照抽检规范的试验项目，将配电变压器抽检试验系统划分为工频及冲击试验设备、配变抽检成套试验设备、配变抽检用仪器仪表三类，并分别进行介绍。研究结果为检测机构建设配变抽检试验系统提供参考。

需要注意的是，本文并不针对某一具体型号及参数的配变，仅介绍一般设计方法，具体设计时，可根据目标试品的实际参数有针对性地设计。

[1] 李学斌, 金涌川, 陈金猛, 等. 辽宁电网配电变压器质量抽检模式分析[J]. 东北电力技术, 2005(11):13-16.

[2] 陈金猛, 孙萌, 李志新. 基于全寿命周期的配电变压器质量管控方法研究[J]. 中国机电工业, 2012(12):120-122.

[3] 陈金猛, 毕天姝, 王庆杰, 等. 电力变压器抽检(抽查)质量问题分析及管控措施研究[J]. 变压器, 2014,51(1): 62-65.

[4] 贾俊青, 图布信, 顾勇涛. 配电变压器抽样检测问题分析[J]. 内蒙古电力技术, 2014, 32(6): 96-99.

[5] 国家电网公司. 配电变压器抽检作业规范[M]. 北京:中国电力出版社, 2012.

[6] GB 1094.3—2003 电力变压器 第3部分: 绝缘水平 绝缘试验和外绝缘空气间隙[S].

[7] GB/T 6451—2015 油浸式电力变压器技术参数和要求[S].