车载变压器程控试验台的研发与测量误差分析

王朝宇等

一、概述

110kV及以上电力变压器是电力检测项目最多的设备，在传统的检测中要使用多台不同试验仪器进行测量。在试验过程中，随着试验项目的改变需要更换不同的仪器设备，需要作业人员多次更换试验接线。传统的测试方法需要频繁的进行设备和测试线的更换，增加了作业人员的劳动强度，降低了工作效率，延长了设备停电时间。此外，试验人员要在变压器上完成测试线的更换，存在高处坠落，人员触电等高风险。

为了改善工作条件、提高工作效率、降低安全风险，我们研究开发了车载变压器程控试验台，实现多项试验检测采用一个试验台、一套测试线完成检测的目标。试验人员采用专用高压线将变压器高中低压绕组一次性引下来直接与试验台连接，并由试验台程控完成多种仪器试验线路切换，实现一次接线即可完成多项试验，减少试验时间、消除安全隐患。

车载变压器程控试验台设计小巧，采用紧凑结构可以方便车辆运送到试验现场进行试验，进行一步提高工作效率降低劳动强度。

二、试验台的研究

为了保证电网的安全运行，每年要对主变压器进行预防性试验，预防性试验每年春季进行，变压器要进行停电全面检测。主要有以下检测项目：

1、变压器直流电阻测量

2、变压器电压比测量

3、变压器低压阻抗测量

4、变压器有载开关测试

5、变压器绝缘电阻测量

6、变压器介损测量

7、变压器高压套管介损测量

进行以上7项检测时，需要使用6种仪器设备进行检测，检测过程需要更换六次设备，更换6套测试线，在每种设备测试时还要多次更换接线。尤其是对于220kV以上变压器，需要借用绝缘梯攀爬高压套管进行接线费工费力，据统计进行一次测试，攀爬套管需要二十多次，传统的测试方法不仅效率低而且还存在较大安全风险。

为了解决频繁更换接线，需要考虑将测试线进行合并、复用处理，同时将测试线与仪器连接进行处理，以达到减少测试线的目的。在以上测试项目中，所有测试设备均需要与高压、中压、低压绕组进行不同方式的连接，可以通过专用测试连将变压器所有端子进行连接，再由试验台进行切換即可实现减少测试线提高工作效率的目的。

为了统一测试线，需要对所有测试项目所需规格参数进行分类归纳。以上7项检测项目中前4项为低电压检测，测试电压在400V以下，后3项测试电压在5～10kV以下。而低压测试电流在40A以下，高压测试项目测试电流在毫安级。从总体测试要求来看，整合后测试线对地绝缘水平应达到10kV，通流容量需要达到40A。

低压测试项，直流电阻测试及低电压阻抗测试等测试项目，为了达到测量精度，测试线需要分为电压线和电流线，电压电流分别取样，以消除测试线电阻对测量的影响。因而，专用测试线必须采用这种模式进行配置，以保证测量精度。高压测试项绕组端子一同连接测试，重点需求的是绝缘及泄漏等参数要求，为了满足介损及绝缘电阻泄漏要求可以设置屏蔽层。通过以上分析我们可以设计如下专用测试线进行测试：

1、测试线绝缘水平10kV。

2、测试线三根，分别为高压、中压、低压各一根。

3、每根测试线内含四根电流线（40A）四根电压线。

4、每根测试线设有屏蔽层。

通过高压测试线从变压器高、中、低压绕组接到各测试仪还是一个较为复杂的工作，我们可以由试验台完成这一工作。试验台设置两组端口，一组端口接高压测试线线，一组端口接各仪器，通过试验台程控切换可以让高压线与仪器完成连接。通过程控切换可以实现不同仪器与测试线的连接，以便进行不同试验项目。

具体接线如下图：

程控试验台采用STC系列单片机控制，具有较强的抗干扰能力，适于变电站强电磁干扰环境下工作。利用ULN2003驱动芯片，驱动继电器完成试验线路切换同时具有隔离作用。为方便操作，控制系统人机对话采用大荧幕彩色液晶显示器，显示工作状态，由机上键盘进行操作，同时配有遥控器，具有全功能控制方便操作的进行。

车载变压器程控试验台集成多个试验模块和操作模块，一次接线就能完成变压器的绕组绝缘电阻、绕组介损、绕组直流电阻、低电压短路阻抗、有载开关过渡波形试验、绕组电压比以及套管试验等测试项目。通过引下线短路接地装置，将变更接线工作由“高空”转至“地面”实现落地操作。

通过车载变压器程控试验台的应用，可以大大简化试验接线，减少攀爬变压器接线次数。试验台配置安全警示系统可以完成工作状态锁定，保证试验人员的安全。

试验台采用紧凑型结构，便于运输到现场进行检测。

车载变压器程控试验台主要技术参数

1、工作电源电压：220V±10%

2、最大工作电流：40A

3、最高工作电压：10kV

4、低压切换路数：4路

5、高压切换路数：2路

6、遥控功能： 有

7、安全警示灯： 有

三、试验台的误差分析

通过专用高压试验线的应用与程控试验台的结合，测试系统已经达到了测试线的整合和仪器接线的自动化，实现提高功效和降低劳动强度的目的。但是我们最关心的问题是专用测试线的使用及程控试验台的插入是否会降低测量精度？这是本套设备投入使用的前提条件和必须解决的问题。为方便分析我们分项进行研究。

1、直流电阻测试的误差分析

变压器绕组直流电阻测试，目前采用的都是电压电流法进行的，基本原理就是在绕组上施加恒定直流，通过测量被测电阻上的电压电流，利用欧姆定律计算出电阻：

由于我们测量的变压器电阻非常小，它与测试电阻可能在一个数量级或更小，测试线电阻对测试结果就会有较大影响，测量误差非常大。

当我们使用电流电压线分开的接线方式，情况会发生较大变化如下图所示：

图四 电流电压线分开的直流电阻测量接线方式

由于电流电压测试线是分开的，在电流在线串联的电阻只会增加测试仪输出负载，但仪器测到的输出电流是不变的。在电压线串联的电阻较小为毫欧级，而测量电压的数字测量系统输入阻抗千欧级，测试线的电阻变化对于电压测量的变化可以忽略不计，因此测试线的插入并不会为测量带来误差。需要指出的是采用原有仪器自带测试线同样存在电阻，而且为同一数量级，因此试验台的插入不会为测量引入误差。

2、电压比测试的误差分析

通常，电压比测试仪测量精度在千分之一量级，测试线引入误差远远小于这个数量级，因此其引入测量误差可以忽略不计。

3、有载开关测试的误差分析

有载开关测试，与电压比测试仪一样，没有区分电压电流线，由于其测试电流较小（一般为0.4～1A），同时其电压电流测量误差为5%，精度较低，由引线电阻产生的测量误差可以忽略不计。

4、低压阻抗测试的误差分析

低压阻抗测试是在低电压下进行的变压器短路阻抗试验。由于其要求测量精度高（0.2%）测量电流大（20A），因此低压阻抗测试仪均采用电压电流线分开设计，避免测试线电阻流过测试电流产生压降对测量造成影响。

我们的试验台采用了电压电流线分开配置的设计，可以将测试线产生压降排除在测量电压之外，因此不会产生测量误差。

5、绝缘电阻测量的误差分析

绝缘电阻测量同样采用的是电压电流法，由于测试电流非常小，测试线电阻产生误差可以忽略不计。由于试验电压较高，通常为5～10kV，测试线与被试品并联，其产生泄漏电流将会引入测量误差。

由于测试线采用优质硅橡胶作为绝缘护套，具有极低的泄漏电流（Ir），其误差较小。为了更好消除误差，测试线配置了内屏蔽层，测试线产生的泄漏电流通过屏蔽层吸收掉，不再通過高压电流计量，可以有效屏蔽泄漏电流对测量的影响。

6、介损测量的误差分析

介损值就是绝缘结构在交流电压下电阻电流与电容电流的比值，介损测试仪的测量原理是对试品施加一定值的交流正弦波电压，同时测量总电流和电压与电流的相差，通过计算可以得出介损值tgδ与电容量C。

由于测试线与试品直接连接，相对地为并联关系，因此测试线的泄流电流与电容电流就与试品泄流电流与电容电流叠加，形成测量误差。

为了避免误差，测试线增加了屏蔽层，将测试线部分产生的对地电流屏蔽掉，以减小测试线对测量产生的影响。

从图中我可以看到，测试线对地产生的电流通过屏蔽层绕过电流表，接至高压电源未被计量，屏蔽线可以有效消除测试线对测量产生的影响。

以下为一台220kV，20000kVA变压器实际测量对比数据：

从测试数据分析，其测量变化量较小，其变化范围在测量正常波动范围以内。

通过以上6项测试项目的误差分析，可以看到，由于采用电压电流线分开的测量模式，和测试线内屏蔽层的设置，根本上避免了由于测试线引入测量误差，因而测量方法是可行的和实用的。

四、结论

通过变压器程控试验台的研发和优化设计，采用专用高压试验线与程控试验台的有效结合，对变压器现场试验方式进行了崭新的变革。摈弃了原有单一项目逐项进行的检测模式，改为集成化、程控化、便捷化的工作模式。使检测工作效率得到大大提高、劳动强度得到大量降低、安全风险得到有效控制。

（作者单位：1.3.4.5云南电网公司昆明供电局试验研究所；2.保定市汇邦电气有限公司）