王朝宇等

一、概述

110kV及以上電力變壓器是電力檢測項(xiàng)目最多的設(shè)備，在傳統(tǒng)的檢測中要使用多臺(tái)不同試驗(yàn)儀器進(jìn)行測量。在試驗(yàn)過程中，隨著試驗(yàn)項(xiàng)目的改變需要更換不同的儀器設(shè)備，需要作業(yè)人員多次更換試驗(yàn)接線。傳統(tǒng)的測試方法需要頻繁的進(jìn)行設(shè)備和測試線的更換，增加了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了工作效率，延長了設(shè)備停電時(shí)間。此外，試驗(yàn)人員要在變壓器上完成測試線的更換，存在高處墜落，人員觸電等高風(fēng)險(xiǎn)。

為了改善工作條件、提高工作效率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，我們研究開發(fā)了車載變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)試驗(yàn)檢測采用一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)、一套測試線完成檢測的目標(biāo)。試驗(yàn)人員采用專用高壓線將變壓器高中低壓繞組一次性引下來直接與試驗(yàn)臺(tái)連接，并由試驗(yàn)臺(tái)程控完成多種儀器試驗(yàn)線路切換，實(shí)現(xiàn)一次接線即可完成多項(xiàng)試驗(yàn)，減少試驗(yàn)時(shí)間、消除安全隱患。

車載變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)小巧，采用緊湊結(jié)構(gòu)可以方便車輛運(yùn)送到試驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行一步提高工作效率降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

二、試驗(yàn)臺(tái)的研究

為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，每年要對(duì)主變壓器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，預(yù)防性試驗(yàn)每年春季進(jìn)行，變壓器要進(jìn)行停電全面檢測。主要有以下檢測項(xiàng)目：

1、變壓器直流電阻測量

2、變壓器電壓比測量

3、變壓器低壓阻抗測量

4、變壓器有載開關(guān)測試

5、變壓器絕緣電阻測量

6、變壓器介損測量

7、變壓器高壓套管介損測量

進(jìn)行以上7項(xiàng)檢測時(shí)，需要使用6種儀器設(shè)備進(jìn)行檢測，檢測過程需要更換六次設(shè)備，更換6套測試線，在每種設(shè)備測試時(shí)還要多次更換接線。尤其是對(duì)于220kV以上變壓器，需要借用絕緣梯攀爬高壓套管進(jìn)行接線費(fèi)工費(fèi)力，據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行一次測試，攀爬套管需要二十多次，傳統(tǒng)的測試方法不僅效率低而且還存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決頻繁更換接線，需要考慮將測試線進(jìn)行合并、復(fù)用處理，同時(shí)將測試線與儀器連接進(jìn)行處理，以達(dá)到減少測試線的目的。在以上測試項(xiàng)目中，所有測試設(shè)備均需要與高壓、中壓、低壓繞組進(jìn)行不同方式的連接，可以通過專用測試連將變壓器所有端子進(jìn)行連接，再由試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行切換即可實(shí)現(xiàn)減少測試線提高工作效率的目的。

為了統(tǒng)一測試線，需要對(duì)所有測試項(xiàng)目所需規(guī)格參數(shù)進(jìn)行分類歸納。以上7項(xiàng)檢測項(xiàng)目中前4項(xiàng)為低電壓檢測，測試電壓在400V以下，后3項(xiàng)測試電壓在5～10kV以下。而低壓測試電流在40A以下，高壓測試項(xiàng)目測試電流在毫安級(jí)。從總體測試要求來看，整合后測試線對(duì)地絕緣水平應(yīng)達(dá)到10kV，通流容量需要達(dá)到40A。

低壓測試項(xiàng)，直流電阻測試及低電壓阻抗測試等測試項(xiàng)目，為了達(dá)到測量精度，測試線需要分為電壓線和電流線，電壓電流分別取樣，以消除測試線電阻對(duì)測量的影響。因而，專用測試線必須采用這種模式進(jìn)行配置，以保證測量精度。高壓測試項(xiàng)繞組端子一同連接測試，重點(diǎn)需求的是絕緣及泄漏等參數(shù)要求，為了滿足介損及絕緣電阻泄漏要求可以設(shè)置屏蔽層。通過以上分析我們可以設(shè)計(jì)如下專用測試線進(jìn)行測試：

1、測試線絕緣水平10kV。

2、測試線三根，分別為高壓、中壓、低壓各一根。

3、每根測試線內(nèi)含四根電流線（40A）四根電壓線。

4、每根測試線設(shè)有屏蔽層。

通過高壓測試線從變壓器高、中、低壓繞組接到各測試儀還是一個(gè)較為復(fù)雜的工作，我們可以由試驗(yàn)臺(tái)完成這一工作。試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置兩組端口，一組端口接高壓測試線線，一組端口接各儀器，通過試驗(yàn)臺(tái)程控切換可以讓高壓線與儀器完成連接。通過程控切換可以實(shí)現(xiàn)不同儀器與測試線的連接，以便進(jìn)行不同試驗(yàn)項(xiàng)目。

具體接線如下圖：

程控試驗(yàn)臺(tái)采用STC系列單片機(jī)控制，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適于變電站強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下工作。利用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)繼電器完成試驗(yàn)線路切換同時(shí)具有隔離作用。為方便操作，控制系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話采用大熒幕彩色液晶顯示器，顯示工作狀態(tài)，由機(jī)上鍵盤進(jìn)行操作，同時(shí)配有遙控器，具有全功能控制方便操作的進(jìn)行。

車載變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)集成多個(gè)試驗(yàn)?zāi)K和操作模塊，一次接線就能完成變壓器的繞組絕緣電阻、繞組介損、繞組直流電阻、低電壓短路阻抗、有載開關(guān)過渡波形試驗(yàn)、繞組電壓比以及套管試驗(yàn)等測試項(xiàng)目。通過引下線短路接地裝置，將變更接線工作由“高空”轉(zhuǎn)至“地面”實(shí)現(xiàn)落地操作。

通過車載變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用，可以大大簡化試驗(yàn)接線，減少攀爬變壓器接線次數(shù)。試驗(yàn)臺(tái)配置安全警示系統(tǒng)可以完成工作狀態(tài)鎖定，保證試驗(yàn)人員的安全。

試驗(yàn)臺(tái)采用緊湊型結(jié)構(gòu)，便于運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行檢測。

車載變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

1、工作電源電壓：220V±10%

2、最大工作電流：40A

3、最高工作電壓：10kV

4、低壓切換路數(shù)：4路

5、高壓切換路數(shù)：2路

6、遙控功能： 有

7、安全警示燈： 有

三、試驗(yàn)臺(tái)的誤差分析

通過專用高壓試驗(yàn)線的應(yīng)用與程控試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)合，測試系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了測試線的整合和儀器接線的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)提高功效和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。但是我們最關(guān)心的問題是專用測試線的使用及程控試驗(yàn)臺(tái)的插入是否會(huì)降低測量精度？這是本套設(shè)備投入使用的前提條件和必須解決的問題。為方便分析我們分項(xiàng)進(jìn)行研究。

1、直流電阻測試的誤差分析

變壓器繞組直流電阻測試，目前采用的都是電壓電流法進(jìn)行的，基本原理就是在繞組上施加恒定直流，通過測量被測電阻上的電壓電流，利用歐姆定律計(jì)算出電阻：

由于我們測量的變壓器電阻非常小，它與測試電阻可能在一個(gè)數(shù)量級(jí)或更小，測試線電阻對(duì)測試結(jié)果就會(huì)有較大影響，測量誤差非常大。

當(dāng)我們使用電流電壓線分開的接線方式，情況會(huì)發(fā)生較大變化如下圖所示：

圖四 電流電壓線分開的直流電阻測量接線方式

由于電流電壓測試線是分開的，在電流在線串聯(lián)的電阻只會(huì)增加測試儀輸出負(fù)載，但儀器測到的輸出電流是不變的。在電壓線串聯(lián)的電阻較小為毫歐級(jí)，而測量電壓的數(shù)字測量系統(tǒng)輸入阻抗千歐級(jí)，測試線的電阻變化對(duì)于電壓測量的變化可以忽略不計(jì)，因此測試線的插入并不會(huì)為測量帶來誤差。需要指出的是采用原有儀器自帶測試線同樣存在電阻，而且為同一數(shù)量級(jí)，因此試驗(yàn)臺(tái)的插入不會(huì)為測量引入誤差。

2、電壓比測試的誤差分析

通常，電壓比測試儀測量精度在千分之一量級(jí)，測試線引入誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)量級(jí)，因此其引入測量誤差可以忽略不計(jì)。

3、有載開關(guān)測試的誤差分析

有載開關(guān)測試，與電壓比測試儀一樣，沒有區(qū)分電壓電流線，由于其測試電流較?。ㄒ话銥?.4～1A），同時(shí)其電壓電流測量誤差為5%，精度較低，由引線電阻產(chǎn)生的測量誤差可以忽略不計(jì)。

4、低壓阻抗測試的誤差分析

低壓阻抗測試是在低電壓下進(jìn)行的變壓器短路阻抗試驗(yàn)。由于其要求測量精度高（0.2%）測量電流大（20A），因此低壓阻抗測試儀均采用電壓電流線分開設(shè)計(jì)，避免測試線電阻流過測試電流產(chǎn)生壓降對(duì)測量造成影響。

我們的試驗(yàn)臺(tái)采用了電壓電流線分開配置的設(shè)計(jì)，可以將測試線產(chǎn)生壓降排除在測量電壓之外，因此不會(huì)產(chǎn)生測量誤差。

5、絕緣電阻測量的誤差分析

絕緣電阻測量同樣采用的是電壓電流法，由于測試電流非常小，測試線電阻產(chǎn)生誤差可以忽略不計(jì)。由于試驗(yàn)電壓較高，通常為5～10kV，測試線與被試品并聯(lián)，其產(chǎn)生泄漏電流將會(huì)引入測量誤差。

由于測試線采用優(yōu)質(zhì)硅橡膠作為絕緣護(hù)套，具有極低的泄漏電流（Ir），其誤差較小。為了更好消除誤差，測試線配置了內(nèi)屏蔽層，測試線產(chǎn)生的泄漏電流通過屏蔽層吸收掉，不再通過高壓電流計(jì)量，可以有效屏蔽泄漏電流對(duì)測量的影響。

6、介損測量的誤差分析

介損值就是絕緣結(jié)構(gòu)在交流電壓下電阻電流與電容電流的比值，介損測試儀的測量原理是對(duì)試品施加一定值的交流正弦波電壓，同時(shí)測量總電流和電壓與電流的相差，通過計(jì)算可以得出介損值tgδ與電容量C。

由于測試線與試品直接連接，相對(duì)地為并聯(lián)關(guān)系，因此測試線的泄流電流與電容電流就與試品泄流電流與電容電流疊加，形成測量誤差。

為了避免誤差，測試線增加了屏蔽層，將測試線部分產(chǎn)生的對(duì)地電流屏蔽掉，以減小測試線對(duì)測量產(chǎn)生的影響。

從圖中我可以看到，測試線對(duì)地產(chǎn)生的電流通過屏蔽層繞過電流表，接至高壓電源未被計(jì)量，屏蔽線可以有效消除測試線對(duì)測量產(chǎn)生的影響。

以下為一臺(tái)220kV，20000kVA變壓器實(shí)際測量對(duì)比數(shù)據(jù)：

從測試數(shù)據(jù)分析，其測量變化量較小，其變化范圍在測量正常波動(dòng)范圍以內(nèi)。

通過以上6項(xiàng)測試項(xiàng)目的誤差分析，可以看到，由于采用電壓電流線分開的測量模式，和測試線內(nèi)屏蔽層的設(shè)置，根本上避免了由于測試線引入測量誤差，因而測量方法是可行的和實(shí)用的。

四、結(jié)論

通過變壓器程控試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用專用高壓試驗(yàn)線與程控試驗(yàn)臺(tái)的有效結(jié)合，對(duì)變壓器現(xiàn)場試驗(yàn)方式進(jìn)行了嶄新的變革。擯棄了原有單一項(xiàng)目逐項(xiàng)進(jìn)行的檢測模式，改為集成化、程控化、便捷化的工作模式。使檢測工作效率得到大大提高、勞動(dòng)強(qiáng)度得到大量降低、安全風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。

（作者單位：1.3.4.5云南電網(wǎng)公司昆明供電局試驗(yàn)研究所；2.保定市匯邦電氣有限公司）