换流变压器负载试验方法与影响因素分析

侯凤琛 洪叶 邹海涛

摘要：当前，随着我国电力能源区域互联与协调的需求增加，远距离输电成为能源优化配置的重要实现途径。在电能远距离输送过程中，为了降低线路功率损耗，在高压直流输电系统中，将交流电能变换为直流电能进行输送，此时，换流变压器成为电能交直流变换过程中重要的电力设备。其参数和性能直接影响电力系统建模、控制及运行过程。为此，换流变压器的参数测定方法及影响因素尤为重要。

关键词：换流变压器;负载试验;方法;影響因素

针对常规电力变压器的参数测定，一般通过短路试验和开路试验，分别设定不同的运行工况测定出电力变压器的电阻、电抗、电导、电纳等参数。由于电力变压器初级和次级所连电力网络均是50Hz标准交流电，在短路试验和开路试验过程相对简单。而换流变压器的运行工况与常规电力变压器运行工况区别较大，换流变压器运行时工作电流中高频谐波含量较大，会对换流变压器的功率损耗和温升产生明显的影响。因此，应针对换流变压器自身工作环境特点分析换流变压器参数测定方法过程中的不同，同时，分析影响参数测定的因素。

1变压器负载试验的内涵和意义

变压器的短路试验是将变压器线圈短路，在额定频率为交流电压的另一个线圈中，使变压器线圈额定电流，测量的损耗为短路损耗，加上电压短路电路电压和短路电压表示为施加电压线圈额定电压的百分比：

此时获得的阻抗是短路阻抗，也表示为百分比的加压线圈额定阻抗：

变压器短路电压百分比和短路阻抗百分比相等，其有功和无功分量也相同，负载测试的目的是：计算并确定变压器是否与其它变压器并联运行;计算和测试变压器短路的热稳定性和动态稳定性;计算效率的变压器;由于负载变化的变化，计算出变压器的次级电压侧。

负载试验的目的是测量负载损耗和阻抗电压。负载损耗由几部分组成：首先是直流电阻损耗绕组中的直流电阻损耗I2R，这是负载损耗中的主要部分。其次是附加损耗，因绕组电流产生的漏磁场引起的损耗，其中包括：

1.导线内的涡流损耗。

2.并联导线内的不平衡电流损耗。

3.铁心内引起的涡流损耗及漏磁场使铁心内磁通分布不均而增加的损耗。

4.漏磁场在油箱、油箱屏蔽板内引起的损耗。

5.漏磁场在夹件、拉板等结构件内的损耗。

负载试验接线试验从电源和测量线路来看，和变压器空载试验一样，不同的仅是非电源侧的绕组人为短接，从电源侧绕组在额定分接下供给额定频率的领定电流，为了安全和方便，空载试验一般从低压侧供电，而负载试验一般从高压侧供电。若电源是正弦波形，变压器短路状态下的电压和电流都是正弦波形的。因此，可以不必考虑波形畸变对测量的影响。对于制造厂，每台都需做负级试验，但对供电部门的修试车间，小于3150kVA的变压器一般可不做负载试验。

2变压器负载试验方法

2.1普通电力变压器的负载试验方法

普通电力变压器在进行负载实验时，通过将被测变压器副边输出端子短接，此时调整变压器原边电流，使该电流与额定电流相同。其中，RT、XT、GT、BT分别表示变压器的等值电阻、电抗、电导、电纳参数。由于副边处于短接状态，此时变压器的原边电压低，额定电流IN主要流经RT、XT上。在此过程中，可以测得负载试验状态下功率损耗和阻抗电压百分值，从而计算出RT、XT参数。

图中，K表示开关柜;VF表示变频器，输出频率、电压可调的交变电压;TA表示电流互感器，根据所连接线路的电压等级不同选择合适的电流互感器;TV表示电压互感器;A表示电流表;V表示电压表;W表示功率表;Ts为中间变压器;T为被测变压器。在试验过程中，被测变压器的高压侧应并联合适容量的电容器。

根据电力变压器负载试验所测参数，可根据公式（1）、（2）对变压器等值参数进行计算：

式中，∆PS为负载试验所测变压器损耗，k W;UN，为变压器额定电压，k V;SN为变压器额定容量，k VA;U S%为短路状态下短路电压百分值。

2.2换流变压器的负载试验方法

由于换流变压器实际运行过程中谐波电流含量较大，在运行过程中谐波电流也会带来一定的功率损耗。为准确评估换流变压器的损耗，在其负载试验过程中，不仅要针对其额定工频运行工况下的短路损耗进行测量，还应再选取一个频率状态（不低于150Hz）下进行短路损耗的测量，以对实际运行过程中换流变压器的功率损耗进行有效评估。

换流变压器的负载试验接线方法与电力变压器一致。在进行工频fN情况下换流变压器负载试验时，与电力变压器相同，将副边短接的换流变压器绕组电流调节至额定电流IN，在此情况下测试换流变压器的负载损耗和负载电压百分值。在进行另一个频率状态（不低于150Hz）的换流变压器负载试验时，可以将试验电流设置为额定电流的20%，或者10%IN～50%IN范围内的值。

在频率1f运行工况下测得功率损耗1P，在频率fx运行工况下测得功率损耗xP，可根据公式（3）、（4）对附加损耗进行估算：

在实际计算时，需要依据给定的谐波频谱，对运行过程中的负载损耗进行计算，如公式（5）所示：

3换流变压器负载试验影响因素分析

在实际系统安装测试时，由于换流变压器运输成本限制，一般采用现场组装测试的方式，但在现场测试过程中，周边环境及电网谐波等均会对换流变压器的负载损耗产生一定的影响。本节对换流变压器负载试验的影响因素进行分析。

对换流变压器负载试验过程中损耗测试的影响因素较多，包括试验环境温度、系统谐波情况、大气条件等。

换流变压器所处温度对换流器负载试验过程中参数测定会产生一定影响。负载损耗测试过程中，电阻损耗与温度成正比，其它部分的损耗与温度成反比。各实际温度下的损耗应该按照公式（6）将其校正到参考温度下：

其中，kP表示折算到参考温度下的损耗;Pkt表示现场试验温度下的损耗;Kt表示折算过程中的换算系数;∑Ir2 R表示该温度下一对绕组的电阻损耗。

系统谐波情况对换流变压器的负载试验参数测定影响较大。根据相关仿真及现场实测情况，在换流变压器所在系统谐波畸变率不变的情况下，当系统中的谐波次数增大时，换流变压器的负载损耗也会随之上升。在较高的谐波畸变率情况下，谐波次数的影响会更大。换流变压器所在系统谐波次数不变的情况下，谐波电流畸变率越高，换流变压器的负载损耗也会随之增大。当系统的谐波频率越高时，系统的谐波电流畸变率对测试结果影响越明显。

结论

总之，变压器负载试验往往要依托于试验电源的容量大小、体积大小等的限制，因而在今天必须对变压器负载试验提出改进和更新。从多个角度阐述了变压器负载试验的改进设计，希望可以为相关从业人员提供帮助。

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