变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用

任书燕 董海庆

摘 要：电力变压器是电力系统运行的重要设备，采用交流耐压的试验方法可以有效判别变压器主绝缘电气强度的水平，具体试验方法包括采用升压变加压和采用变频串联谐振的方法升压。现结合实例进行比较说明，验证变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的适用性。

关键词：变压器;交流耐压试验;变频串联谐振

0    引言

变压器是电网运行的重要设备，外施交流耐压用于考核变压器主绝缘电气强度的水平，也是检查验证变压器设计、制造和安装质量的重要手段[1]。实际应用中，常用的试验升压方式有两种：一是采用控制箱加升压变压器的接线方式直接升压;另一种是采用串联谐振的方式进行升压，满足大容量设备的需求。当变压器额定电压大于35 kV且额定容量大于8 000 kVA时，需要升压试验变压器的额定电流大于100 mA，满足这种要求的高电压试验变压器和调压器如今还不够普及;同时考虑到大容量的试验变压器笨重，抬搬不方便，现场实际操作会有困难[2]。而在工程现场采用变频串联谐振的方式对大容量高电压变压器进行交流耐压试验，通过串联谐振升压，利用并联补偿电容进行频率调节，以上问题可以得到有效解决。

1    试验原理及试验仪器

变压器耐压试验串联谐振回路接线原理如图1所示。

在采用串联谐振方式进行交流耐压试验过程中，达到谐振的条件是试验回路中的感抗值与容抗值大小相等。本文采用变频串联谐振方式，通过调节试验频率满足谐振条件进行耐压试验，试验频率通常要求在工频，即45～65 Hz[3]。

变频串联谐振试验原理如图2所示。

试验中将被试变压器高压绕组短接接高压，低压及平衡绕组短接接地，则被试变压器等效为电容，整个试验回路等效为LC串联谐振电路。

2    实例

一台由山东电力设备有限公司2017年出厂的型号为SZ11-80000/110的110 kV、80 MVA的大型电力变压器（简称“变压器1”），接线组别为YNyn10+d11，电压比为（110±8×1.25%）/10.5+6.6，交接试验的绝缘试验数据如表1所示。

根据五通标准《国家电网公司变电验收管理规定（试行）第1分册 油浸式变压器（电抗器）验收细则》附录A.13：外施交流耐压试验电压值按出厂值80%进行，可得变压器外施交流耐压值如表2所示。

2.1    采用常规试验变压器法进行交流耐压试验

该电力局现有最大试验变压器额定容量2 kVA，额定电压60 kV，额定电流0.033 A，若用常规试验变压器法进行交流耐压试验，试验数据如表3所示。

由表3可知，采用传统升压方式高压绕组试验电压和电流不满足要求、低压绕组和平衡绕组试验电流不满足要求，因此不能用现有的常规升压方式进行耐压试验。

2.2    采用变频交流串联谐振的方法进行交流耐压试验

2.2.1    变频交流串联谐振装置试验参数

（1）变频电源（HDSR-F，主机1台）：

输入电压：380 V，三相，50 Hz;输出电压：0～450 V;输出容量：20.0 kVA;频率调节范围：30～300 Hz。

（2）励磁变（F-LB10B，1台）：

输入电压：0～450 V;输出电压：0～2.5×4 kV;额定容量：10.0 kVA。

（3）试验电抗器（F-DK27/27.5，5只）：

额定电压：27 kV，45～300 Hz;额定电流：1.0 A;额定负载：131 nF;额定电感量：95.5 H。

（4）分压器（F-CF250，1只）：

额定电压：300 kV AC;有效精度：1.0级;额定电容：0.5 nF。

（5）补偿电容（HDSR-f-Z140IV，1个）：

额定电压：140 kV;额定电容量：3.2 nF。

（6）高压引线、放电杆及附件：1套。

（7）5 000 V高压绝缘电阻仪：1只。

（8）绝缘垫：1只。

2.2.2    試验参数计算

（1）耐压前后的绝缘电阻测量。

（2）高压绕组估算：

试品总容量：10 720 pF。

本次耐压试验实测数据如表4所示。

分析表4可知，本次交流耐压试验数据满足标准要求。通过变频串联谐振装置，设定相关参数，找到谐振频率，形成串联谐振回路，将电源输入的低电压转换为表2对应的耐受电压值，分别对高压侧、低压侧和平衡绕组进行交流耐压试验，可达到考验被试变压器各绕组绝缘性能耐受高压的目的。

3    结论

采用变频串联谐振耐压试验技术有以下优点：（1）解决常规试验变压器升压耐压方式不能完成试验的问题。（2）对于大容量的被试变压器，所需电源容量大大减小，试验设备的重量和体积大幅减小，便于现场操作。（3）可以有效改善输出电压的波形，并具有防止大短路电流烧伤故障点和不出现任何恢复过电压等显著优点[4]。

综上可见，采用变频串联谐振升压的方式对大容量变压器进行交流耐压试验在实际应用中具有较强的适用性和经济性，已经成为当前高压试验的一种新方法与潮流。

[参考文献]

[1] 张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术[M].2版.北京：清华大学出版社，2003.

[2] 张占，陈家强，娄东升，等.浅评电力变压器的预防性试验[J].电气试验，2009（1）：14-17.

[3] 林梅芬，许晶.变频串联谐振在大中型变压器交流耐压试验中的应用[J].电气时代，2009（12）：74-76.

[4] 林梅芬，许晶.变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用[J].水电能源科学，2010，28（2）：155-157.

收稿日期：2020-02-23

作者简介：任书燕（1989—），女，山西晋中人，硕士研究生，工程师，研究方向：电气试验。