便携式现场变压器局放感应耐压试验装置研究

蒋勇斌，肖金星，周彦，查坚卿，叶影

（国网上海金山供电公司，上海 200540）

引言

加强电力建设是国家发展建设中的重中之重，因为电力是维持社会诸多方面发展的基础和关键。一旦电力供应出现问题，造成损失与影响将是不可估量的。在此背景下，为保证相关电力设备正常运行，有必要对其进行定期检查，以便及时发现潜在的故障问题。变压器是电力设备的重要组成部分之一，能够实现电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等等等[1]。在变压器定期检查中，局放感应耐压试验是其中一项重点检测项目。在这一检测项目中，由于设备多、重量重，体积大，每次开展需投入诸多设备、大量人力、物力，造成了试验不便，试验开展频次不高的情况。另外，针对电压互感器和变压器不同的试验项目都有各种专用的测试仪器完成，通常一种仪器只能适应一个试验项目，这样在现场试验时需要携带很多测试仪器，并需要频繁更换测试仪器，改变测试接线，有些试验项目还需外配试验电源等设备，在现场需要进行组建测量系统，给测试工作带来很多不便，也不利于提高工作效率[2]。

通过研究可知，大多数仪器由人机显示系统、电源系统以及测量系统构成。很多功能模块是可以共用的。如果将各功能模块有机组合到一台仪器之中，使一台仪器具备完成多种试验项目的功能，代替传统的分立仪器测试的模式，这样可以减少试验设备数量，降低现场劳动强度，使得试验工作更加高效、可靠。而且仪器的自动化程度更高，减少现场接线，还能避免不同厂家不同仪器数据报告格式不一致等问题。

根据上述情况，本文研究一种便携式现场变压器局放感应耐压试验装置器，以期从根本上解决上述常规变压器局放感应耐压试验装置存在的问题。最后为检验本文设计的变压器局放感应耐压试验装置的性能，进行仿真测试。结果表明：与常规变压器局放感应耐压试验装置相比，本文设计的便携式现场变压器局放感应耐压试验装置在具有相同检测能力的同时，投资更小，效率更高，从而大大提升经济效益，确保变压器和互感器的可靠运行。

1 便携式现场变压器局放感应耐压试验装置设计

变压器[3]是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，主要由器身（铁芯、绕组、绝缘、引线）、调压装置、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置（吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等）、出线套管和变压器油等组成，如图1所示。

变压器局放感应耐压试验的目的是考核变压器的纵绝缘水平，及时发现局部放电缺陷，避免发生绝缘击穿，提高变压器运行性能[4]。在变压器局放感应耐压试验中，涉及到仪器多、重量重，试验费时费力的不便，因此本文研究一种多功能便携式现场变压器局放感应耐压试验装置，研究内容如下：

1）针对10 kV 1 000 kVA及以下配电变压器的感应耐压试验，局部放电试验，同时，具备针对电压互感器感应耐压、励磁特性、空载电流试验项目原理、接线方法及现场试验的研究及分析；

2）高集成化综合试验系统结构的设计、试制；

3）便携式现场变压器局放感应耐压试验系统专用软件的研发；

4）试验系统现场调试、试验，数据采集分析[5]。

图1 变压器示意图

1.1 变压器局放感应耐压试验装置设计框架

在如下图2试制样机框架（含软件）的基础上，研制便携式现场变压器局放感应耐压试验装置。该装置主要由三部分组成：试验电源、测量系统、控制显示人机系统[6]。

在上述试制样机框架的基础上，本文装置原理如图3所示。

本文变压器局放感应耐压试验装置采用一体化设结构，内置变频电源、隔离变压器和测量控制电路。工作流程如下：首先接通电源，当电源是正常情况时，变频电源会正常通电并处于待机状态；启动测量后，测量电路将实时测量数据送到变频电源，变频电源将这些数据与设定值比较，调整输出，当某一个输出量达到设定值时，将不再升压。变频电源实时检测电源工作状态，出现异常便切断输出，并发送故障信息到显示器。

1.2 变压器局放感应耐压试验设备

根据本文研究的目的，在上述图2变压器局放感应耐压试验装置样机框架组成本文的基础上，重新选择高集成化综合变压器局放感应耐压试验设备，具体如下：

1）嵌入式计算机

整个装置由该嵌入式计算机负责协调控制各模块按照正常的试验流程执行，记录、管理、分析数据，是整个系统的核心[7]。图4为本文装置采用的嵌入式计算机。

该嵌入式计算机采用高效能核心处理器IDT150MHZ 32 bit RISC；拥 有10/100 Mbps双网 配 置，2个RS-232/422/485串口，每个串口速率可达921.6 K bps。

本文选用与嵌入式计算机配套的主机，其参数设置如表1所示[8]。

图2 试制样机框架

图3 便携式现场变压器局放感应耐压试验装置原理

图4 嵌入式计算机

表1 主机参数设置

2）电源发生器模块

电源发生器模块主要作用是产生各种试验需要要的电源[9]。在这里使用2块12 V蓄电池串联为一个24 V，50 W的电机供电，输出24 V的直流电作为装置供电模块，如图5所示。

3）测量模块

测量模块由无局放变频试验模块、纯电容分压模块、局部放电测试模块三大模块组成[10]。在该模块中主要设备为纯电容分压器和便携式局部放电测试仪。纯电容分压器主要作用是用来测量交流高压[11]。在这里选择的纯电容分压器是上海思创电器设备有限公司研发、制造，销售的CF100，如图6所示。

该纯电容分压器技术指标如表2所示。

4）便携式局部放电测试仪

便携式局部放电测试仪，顾名思义，主要作用是测试变压器局部放电的缺陷。本文所用测便携式局部放电测试仪使用方便，无需停电，可随时随地实现运行中的电气设备局部放电进行带电检测[12]。其技术参数如表3所示。

1.3 装置连接

设备选择完成后，需要通过电源、用电器、电键和导线连接起来，组成装置运行电路[13]。图7为本文装置接线图。

图5 串联电机

图6 CF100纯电容分压器

表2 纯电容分压器技术指标

表3 便携式局部放电测试仪技术参数

1.4 测控管理程序

配套系统管理测试软件1套，采用 WIN 9X/2000/NT 平台下的 Visual Basic 6.0 编制，操作使用方便，运算速度高，节约内存，具有丰富的扩展延伸性[14]。

1）主控程序

主控程序，即运行本文装置进行现场变压器局放感应耐压试验的过程，如图8所示。

2）人机交互程序

由于仪器的人机模块是通过按键反馈控制测量模块以及电源模块的，同时通过声音（蜂鸣器），图象（显示器）反馈给操作人员，所以人机交互主要由人机模块完成[15]。流程如图9所示。

图7 装置接线图

2 现场试验调试应用

以本文设计的便携式现场变压器局放感应耐压试验装置为实验项，以常规现场变压器局放感应耐压试验装置为对比项，进行仿真实验，流程如图10所示。

图8 主控程序

图9 人机交互流程

图10 现场试验调试应用流程

2.1 实验变压器（见表4）

表4 实验变压器

2.2 现场测试图（见图11）

图11 现场测试图

2.3 结果分析

由于已在多个变电站内成功使用新装置进行变压器现场局放感应耐压试验和空载试验，证明了其有效性，在本实验中不进行具体分析，而仅对其工作效率和成本进行对比说明。

1）工作效率（见表5）

多次现场应用对比发现，采用常规的装置进行变压器现场局放感应耐压试验，工作平均时间约为41 min 21 s，时间大部分消耗在仪器搬运和设备连接上，而应用本文新装置进行变压器现场局放感应耐压试验，工作平均时间仅为20 min 25 s。由此可知，本文研究的新装置效率更高。

2）成本消耗

使用本文装置与常规装置进行变压器现场局放感应耐压试验，试验产生的预算金额分别如表6所示。

从表6中可以看出，利用本文新装置进行变压器现场局放感应耐压试验，预算产生48万的成本消耗，而利用常规的装置进行变压器现场局放感应耐压试验，将预算产生51.5万的成本消耗，比前者将对产生3.5万的消耗。由此说明本文新装置的成本更少。

表5 工作时间对比

表6 两种装置的预算金额对比

3 结束语

变压器局放感应耐压试验装置存在试验效率低，成本消耗较高等问题。为此，本次研究一种集多功能为一体的便携式现场变压器局放感应耐压试验装置器。本装置研究的将数字化可程控的无局放变频试验电源与多功能测量表计进行有效融合，源表一体，通过结构集成，软件集控，使得整套装置真正成为高度智能化、多功能的测量装置，提高了工作效率，并同时减少了试验成本。