变压器温升试验用补偿电容器系统设计

苏 刚，苏 强

（1.华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261200；2.山东海源泰和电气有限公司，山东 济南 250010）

0 引言

为提高电力系统运行可靠性和安全性，对大型变压器进行温升试验必不可少。大型变压器在定型或入网前，都需要在变压器生产厂家或电力系统的修验厂做温升试验。变压器各组成部分的温升数值是变压器的特征参数之一，变压器应承受规定条件下的温升试验［1］。温升试验的目的是获取变压器各部件的温升数值和验证变压器的设计数据，确定其温升是否符合有关标准规定限值。

大型油浸式变压器的温升试验通常是采用短路法［1］。短路法就是将变压器的一侧短路，另一侧供电，试验线路完全与负载试验相同［2］。试验电源可以从电网直接取电或者自备试验发电机组。因为被试变压器容量较大，所以也需要较大容量的试验电源。由于变压器的短路阻抗以电抗为主，大容量的被试变压器实际上是一个较大的感性负荷，所以在做温升试验的时候可以采用电容器组补偿的方法，即用电容器组的容性无功电流来补偿被试变压器的感性无功电流，而试验电源的容量可以按照被试变压器的有功损耗容量来确定。这就大大减小了所需试验电源的容量，节省成套试验装置投资。

1 补偿电容器系统结构

温升试验电路原理如图1所示。为了满足不同电压等级变压器的测试要求，需要在试验电路中采用可调节电压的中间变压器。中间变压器和补偿电容器组的位置一般采用图1中所示的方法。这种方法的好处是中间变压器的容量可以与试验电源一致，而补偿电容器组采用高压侧补偿。此方法对补偿电容器装置要求更高［3-5］。

图1 变压器温升试验原理图

采用高压侧补偿的补偿电容装置分成3个塔架结构，分别为A相、B相、C相。每相分数层，每层为1级，每级分数组电容器。具体层（级）数和组数，可按照具体项目要求具体设计。下面以某省公司修试中心补偿电容器系统设计为例说明。

补偿电容器塔分三相，每相4级，每级5组。塔架整体和每层之间分别采用绝缘瓷瓶保持安全距离。每组电容器均由气动隔离开关投切，每个电容器均带有外熔丝保护。每级之间、相相之间、总输出均采用气动隔离开关投切。这样通过相间和组间的各个隔离开关，实现对单相—三相转换、星三角接线方式、电压等级、输出容量的控制。隔离开关采用气动隔离开关，其投切控制和状态反馈均由绝缘导气管实现，解决试验过程中开关操作机构的绝缘问题。

补偿电容器塔一次接线原理图如图2所示。每级电容器组连接如图3所示。

图2 一次系统接线原理图

图3 电容器组连接示意图

电容器塔共85个隔离开关。图2中GA、GB、GC0、GC1、GAC、GAB1、GAB2 共 7 个隔离开关决定电容器组的连接方式；KA1～KA6、KB1～KB6、KC1～KC6共18个隔离开关决定电容器组的电压等级；其余每组电容器内部开关，如图3所示，共60个，决定电容器组的容量。例如KA11隔离开关为A相第一级的第一组电容器开关。补偿电容器塔功能参数见表1。

此结构（含具体电容器选择）补偿电容器塔功能，在三相接法时，可实现电压等级19～132 kV，电流26～1 600 A，装置完全满足三相500 kV及以下变压器的温升试验要求；在单相接法时，电压等级从19～114 kV，可满足单相800 kV及以下变压器温升试验要求；在200 Hz情况下，电压为1/2工频耐压，电流2倍工频电流，可满足电抗器产品的感应电压试验补偿需要。

2 控制系统组成及特点

为满足电力变压器温升试验和并联电抗器励磁特性及其感应试验的要求，根据电容器塔一次原理设计图，按照不同试验所需电容器组的接线方式与容量、电压、频率等参数，补偿电容器塔控制及检测系统对各个隔离开关进行投切控制和状态监控。

控制系统组成如图4所示。主要控制部分采用最新结构的可编程控制器（PLC），具有可靠性高、抗干扰能力强、编程方便易于使用、适用于恶劣的工业环境等优点。由于采用了气动隔离开关，其分合控制与状态反馈都由导气管连接至执行和检测部分，提高了整体控制系统的安全可靠性。操作界面简明直观，易于使用。

补偿电容器塔中所有的电容投切都是通过气动隔离开关完成。 PLC控制部分是整个系统的核心。它可以接受远方控制计算机或者本地触摸屏的控制指令，通过中间继电器输出至气动电磁阀，由控制电磁阀的通断来控制隔离开关的分合；隔离开关的状态又通过装在隔离开关上的气动机控阀控制检测导气管，再由气动压力开关检测气路通断，从而将隔离开关开合位置状态转变为电信号，输入至PLC；PLC根据输入状态信号状态判断隔离开关合闸、分闸状态，并将此状态上传至远方工控机和现场触摸屏，在相应的画面中显示。

表1 补偿电容器塔功能表

图4 控制系统组成

值得注意的是气动隔离开关的状态反馈回路。以KA1气动隔离开关为例，其分合状态，分别由两个机控阀完成，对应的在PLC控制柜的状态检测部分，每个气动隔离开关的状态检测均需要两个气动压力开关实现。状态反馈回路见图5。

图5 状态反馈回路示意图

监控和保护是保证系统安全运行的必要环节。工作时的电容器塔运行状态直接由PLC的状态输出至远方和就地控制器的显示屏，同时电容器室配置摄像监控系统，在监控器上实时监视电容器运行情况，并对系统的整个过程进行视频存储、记录。整个保护系统由硬件和软件两个部分组成。硬件部分是有单台电容器外熔断器保护、某些关键隔离开关的硬件互锁和防护栏指示灯与安全电气连锁组成；软件部分有PLC编程构成相关隔离开关的互锁和自锁，监测系统电流是否越限，检测气源压力是否符合要求，并且在气动失压和断电的情况下保持闭锁状态。

综合上述，补偿电容器塔的气动控制及保护监控系统由5部分组成：气动电磁阀控制输出部分、气动隔离开关位置检测部分、PLC控制部分、上位组态部分、视频监视部分。相应的装置部分分别为气动控制柜、气动检测柜、PLC控制柜、远方控制计算机（上位机）和视频监控系统。

远方控制计算机是主要的操作方式，其对电容器投入和切除的功能如下。

1）“隔离开关单个操作”方式：用于对功能开关的逐项选择操作和检修操作。

2）“隔离开关组合操作”方式：操作人员输入操作组合代码，计算机按照代码显示相应试验参数和开关组合，供操作人员确认后执行操作。

3）“隔离开关智能操作”方式：操作人员在参数输入框中输入试验电压、容量、相数和频率等参数，由计算机提供推荐组合，供操作人员确认后执行操作。

4）“隔离开关接地检修”方式：检修操作时，操作执行10 min后，操作人员方可入内，检修状态时可以执行“隔离开关单个操作”方式。

3 结语

大型变压器在定型和入网前的温升实验是必做的项目，其采用的方法一般是短路法，在其试验电路中一般是将补偿电容器组安装在中间变压器的高压侧。这种方式总体上可以较准确的测试出被试变压器的温升数据。但此种试验方法一直以来有两个问题，一是控制系统的控制和反馈回路使用电回路，容易将一次高压引至控制回路造成事故；二是开关组合繁琐，容易误操作。

介绍的补偿电容器塔设计，采用最新结构的PLC可编程控制器和气动隔离开关。此系统结构可以根据实际项目要求，灵活改变每相的层数和每级的电容器组数，从而满足不同电压等级和容量的较大型变压器的温升试验的需求。

［1］ GB 1094.2—1996 电力变压器 第2部分温升［S］.

［2］ 沈阳电压器厂.变压器试验［M］.北京：机械工业出版社，1987.

［3］ 赵啸谷.变压器温升试验时中间变压器两侧采用电容器补偿无功容量的方法［J］.变压器，2000，37（11）：27-28.

［4］ 张振生，李兴唐，刘春文.利用电容补偿法进行变压器温升试验的理论探讨和实践［J］.变压器，1993（7）：36-38.

［5］ 张文霁.变压器温升试验容量补偿的计算和实践［J］.江苏电力技术，1994（3）：29-30.