箱式变电站温升试验方法研究

郭廷冬

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

1 引言

箱式变电站是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定接线方式组装成一体的预制、紧凑式的配电设备。随着经济发展和城市化进程加快，具有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便、送电周期短等特点的箱式变电站在城乡电网中得到广泛应用。由于变压器安装在户外的箱体中，户外太阳的曝晒和变压器本身产生的热量能否散出以保证变压器正常的工作，成为用户最关心的问题。所以对箱式变电站投入运行前进行温升试验尤为重要，文中就以箱式变电站的温升试验过程进行探讨。

2 温升试验测量方法及分析

变压器的使用寿命取决于其绝缘介质的寿命。长期处于高温会使绝缘介质老化，逐渐丧失其耐电性能。各种绝缘介质在某一温度作用下都有一定的寿命。通常伴随发热的电性能产品，其使用寿命与运行时本体温度成反比。

如果变压器的运行温度过高，一方面将影响变压器的寿命；另一方面，如果要保证变压器的额定负荷，其绕组的直流电阻将变大，负载损耗增加，促使变压器的温度进一步升高，最终不得不降低负荷，从而使变压器的使用效率降低。

对于箱式变电站的温升试验，国家标准GB/T17467-2010《高压低压预装式变电站》第6.5条款有明确规定：温升试验的目的是校验箱式变电站外壳设计的正确性，即能正常运行和不缩短站内元件的预期寿命。试验时必须测量变压器液面和绕组（干式变压器只测绕组）的温升和低压设备的温升。试验应证明：变压器在外壳内的温升与同一台变压器在外壳外部测得的温升差值△t不大于外壳级别规定的数值，如级别0（0K）、级别10（10K）、级别20（20K）、级别30K（30K）。

△t≤△t2-△t1

(注： △t2 变压器在外壳内的温升；△t1变压器在外壳外部的温升。)[1]

同时还需测量低压连接线及其端子的温度及温升，其数值应符合相关标准要求。

按标准规定，箱式变电站进行温升试验，需要三个步骤：

（1）变压器在变电站外壳外部进行一次变压器温升试验；

（2）变压器在变电站外壳内部进行一次变压器温升试验；

（3）低压开关设备施加变压器的低压侧额定电流进行一次温升试验。

图1 标准箱式变电站温升试验接线图

现以一台欧式箱式变电站（油浸式）为例，型号为YBM22-630/10.5进行温升试验如下。

按GB/T 1094.2-2013《电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升》进行试验，步骤（1）为单独进行试验，步骤（2）、步骤（3）应同时进行。步骤（2）、步骤（3）同时进行试验其变电站温升试验接线方式如图1所示。此时整个变电站分为两个部分，即变压器部分和低压开关设备部分。如图1所示整个变电站需两处进行短接，试验也需两个独立电源，一个为变压器回路通一定足够的电流来产生变压器的总损耗，另一个为低压开关设备部分通一受试变压器的额定低压电流。变压器的低压侧额定电流较大，则变相对试验设备也有一定的要求，即能够提供大电流的试验设备，电源线也需有足够大的截面积等。

基于以上问题，文中提出一种不但能减少试验设备投入，而且能提高工作效率，同时还能保证检验结果准确性的新方法。在标准规定的原有温升试验接线方法上进行改变，主要改变原有温升试验步骤（2）和步骤（3）的接线方法。将原本两个独立供电的试验程序进行合理组合，简化为一个只需单独试验电源供电即可满足标准温升试验条件，加上后期对数据的推导换算即可得出准确的温升试验的结果。该试验方法不仅在试验设备上减少了一个提供变压器的低压侧额定电流这种数值的大电流试验电源，而且在试验前接线操作上还减少一次三相铜排短接操作。

具体如下：（a）变压器在变电站外壳外部进行一次变压器温升试验，此步骤同标准规定；（b）将上述标准规定的步骤（2）和步骤（3）合在一起进行试验，其变电站温升试验接线方式如图2所示。即：将变压器的低压侧和低压开关设备串联在一起，在低压开关设备的输出末端进行短接，变压器高压侧施加额定电流进行试验，根据变压器的变比关系，此时变压器低压侧及低压开关设备即施加了变压器的低压侧额定电流。试验过程按要求记录相关部位温度值及相应电参数值，直到各个部分达到热稳定状态。热稳定后及时停机测量变压器高低压侧绕组热态电阻与对应时间。

图2 新试验方法箱式变电站温升试验接线图

GB/T 1094.2-2013第7.3.1条款中明确规定可通过协商，油浸式变压器的温升试验在施加总损耗和施加额定电流的两个试验阶段可合成为一个步骤，即施加一个介于负载损耗和总损耗之间的功率。此步骤最终的顶层液体温升和绕组温升应按GB/T 1094.2-2013第7.13条款的修正规则确定。修正的有效范围是施加的总损耗与规定的总损耗之差在±20%之内，施加的电流与规定的电流之差在±10%之内[2]。变压器在通以额定电流施加损耗一直到热稳定时，试验损耗在修正有效范围内。

施加总损耗结束时高于外部冷却介质的液体温升应乘：

电源断开瞬间，高于液体平均温度的绕组平均温升应乘：

根据文中所提出的方法在进行步骤（b）后，则绕组温升应按公式（1）进行修正；顶层油温升应按公式（2）进行修正。

绕组温升修正符合GB/T 1094.2-2013要求，但此过程中电参数表测得的损耗不仅仅是变压器损耗，其中还包含着低压开关设备的损耗等。若按此损耗去修正顶层油温升，得出的结果将会偏离实际值。因此，需要推算出试验结束时变压器真实的试验损耗，以修正顶层油温升值，才能保证数据的准确性。

根据试验结束时测得的绕组热态电阻及对应时间，从而画出的热态电阻冷却曲线，使用外推法推算出电源切断瞬间的绕组平均温度。

依据GB/T 1094.1-2013中变压器负载损耗的测量方法，将负载损耗校正到电源断开瞬间的绕组平均温度及试验终了时变压器施加的电流值下，此损耗即为断电瞬间的变压器损耗。将损耗数值按公式（1）修正，即可计算得出所测变压器的顶层油温升，从而得到准确的顶层油温升值。

3 试验比对分析

步骤（1）是对变压器在空气中进行温升试验，步骤（3）是对低压开关设备施加变压器的低压侧额定电流进行温升试验。步骤（1）和步骤（3）在新旧两种试验方法试验过程中，试验条件和试验过程均一致，故无需进行比对。两种试验方法有差异的是步骤（2），即变压器在变电站外壳中的温升试验过程。在新试验方法中测得绕组温升，试验条件、过程及修正方法符合标准GB/T 1094.2-2013的试验要求，故此过程无需进行比对。有差异的是顶层油温升测量过程，因新试验方法中修正顶层油温升用的变压器损耗无法直接从电参数表上读取，而是经过一系列的推导换算得出，故需验证其数值的准确性。用新旧两种试验方法对同一台欧式变电站、使用相同的检测设备、相对一样的试验环境的条件下，进行变压器在变电站外壳中的温升试验，对两种试验方法测出的顶层油温升结果进行比对分析。

样品型号：YBM22-630/10.5，试验样品主要参数：630kVA、10500V/400V、50Hz、34.6A/909.3A，铜绕组在参考温度75℃时，总损耗为6484.1W，直流电阻及附加损耗见表1。

表1 变压器冷态直流电阻及附加损耗

3.1 标准试验方法试验结果

按GB/T1094.2-2013试验方法进行温升试验，温升试验热稳定时电参表等测得相关试验数据及顶层油温升见表2。

把相关数据带入公式（1）得：

3.2 新试验方法试验结果

用以下方法换算出断电瞬间变压器上的实际损耗值，从而进行顶层油温升的修正。新试验方法温升试验热稳定时电参表等测得相关试验数据见表2。

表2 两种试验方法测得相关数据

附加损耗与温度成反比[3]，附加损耗的修正温度取高低压绕组温度的平均值。

则断电瞬间变压器上施加的损耗为：

把以上所有数据带入公式（1）得：

3.3 结果分析

由上述结果可见，新试验方法测得的顶层油温升值与标准规定的方法测得顶层油温升值相差为0.28K。

考虑顶层油温度和环境温度的测量仪器无纸记录仪的精度±(0.05%＋0.7℃)，则仪器所引起的最大允许误差为△θ0误差=2×(200×0.05%＋0.7)=1.6K。

可见，两种方法试验结果误差在仪器所引起的误差范围内，测试结果符合要求。

4 结语

基于上述两次试验结果比对分析，证明文中提出的箱式变电站温升试验新检测方法的可行性。文中以笔者的实际检测工作为出发点，在检测工作中提出新想法、新观点，并以专业知识为基础分析求证其可靠性，主要目的是为了与同行共同探讨试验技术方法，加强今后在相关产品的检验检测能力。