高压直流电阻分压器（共7篇）
高压直流电阻分压器 篇1
摘要：针对直流高压的测量问题, 设计并研制了一个最大输入电压为50 k V的直流电阻分压器, 且已应用于倍压整流电路输出电压的测量。该分压器分压比为4 370︰1, 体积小, 线性度好, 重复性高。
关键词：电阻分压器,倍压整流电路,测量
0 引言
目前配合示波器使用的高压探头额定电压大多都不超过DC 20 k V, 如美国泰克公司生产的P6015A高压探头最大输入电压为DC 20 k V。高准确度的直流电阻标准分压器可以作为直流电压比例标准, 进行直流电压的量值传递和量值溯源[1]。为了测量出更高等级的直流电压, 本文设计了一种结构紧凑的直流电阻分压器, 其最大输入电压为50 k V, 分压比为4 370︰1。
1 电阻分压器的设计
图1为电阻分压器原理图, 包括高压臂电阻R1和低压臂电阻R2两部分。被测量的直流高电压为U1, 低压臂输出的电压为U2。
分压器的分压比为:
1.1 分压电阻的选择
选择分压电阻时主要考虑的指标有电阻的额定功率及阻值, 为了实现小型化, 还应考虑电阻的体积, 直流电阻分压器高压臂一般选择大阻值、高功率的电阻, 低压臂则选择阻值较小、功率较低的电阻。
本分压器设计的最大输入电压U1为50 k V, 输出电压U2小于15 V, 即分压比应大于3 333.3︰1。高压臂选用阻值为50 MΩ的固体电阻, 低压臂阻值为10 kΩ, 根据公式 (1) 计算得出理论分压比为5 001︰1, 满足分压比的要求。为了减小低压臂电感对分压器性能的影响, 低压臂选择5个阻值为50 kΩ的电阻并联。
设U为电阻上承受的电压, R为电阻的阻值, 电阻的功率为:
根据公式 (2) 计算得出高压臂电阻的额定功率至少为50 W, 低压臂电阻的额定功率至少为0.022 5 W, 本电阻分压器高压臂电阻的额定功率选择60 W, 低压臂电阻的额定功率选择0.25 W, 满足额定功率要求。
1.2 结构的设计
电阻分压器的结构如图2所示。分压器整体截面直径约50 mm, 总长约339 mm。为了减少测量过程中不均匀电场对分压效果的影响, 在分压器顶端安置了一个均压环[1];为了减少输出的纹波, 在低压臂上并联了一个10μF的电容作为滤波电容。高压臂、低压臂及滤波电容都密封在有机玻璃外筒的内部, 整个分压器的内部注满20号变压器油作为绝缘介质[2]。
2 标定实验
选用泰克P6015A高压探头作为标准接入电阻分压器的高压输入端, 用示波器同时检测电阻分压器的高压输入端和低压输出端的电压波形。对电阻分压器在0~20 k V范围内进行标定。
在0~20 k V范围内尽量等量程选定8个电压作为高压输入端的电压, 在不同电压下, 依次由低至高 (正向) 将电压输入至电阻分压器的高压输入端, 在示波器中检测低压输出端的电压波形, 再依次由高至低 (反向) 输入电压进行实验。重复标定实验3次, 实验数据如表1所示, 图3为选取的某次标定时的波形 (电压到达稳态时记为0时刻) 。
从表1可知该电阻分压器线性度较好, 重复性较高, 平均分压比为4 370︰1。实际标定的分压比较理论计算结果偏小, 这是因为电阻分压器内部注满油之后, 高压臂总阻值会发生变化。
3 测量实验
将本电阻分压器用于测量一个6倍压整流电路的直流输出电压, 倍压整流电路的输入电压频率为16 k Hz, 幅值为7 k V, 理论上倍压整流电路输出为直流42 k V。实验结果如图4所示 (电压达到稳态时记为0时刻) , 电阻分压器输出电压V测=9.6 V, 则倍压整流电路的输出电压为V测×K=41.95 k V, 这与理论计算结果吻合, 说明该电阻分压器适用于20 k V以上电压的测量。
4 结语
本文研制的电阻分压器线性度好, 重复性高, 各项技术指标满足设计要求, 并且体积小, 便于携带与安装, 经过实际应用, 能够测量20 k V以上的直流高压, 解决了一般的高压探头额定电压过低的问题, 具有很好的应用价值。
参考文献
[1]李登云, 李前, 李鹤, 等.1 000 k V直流电阻标准分压器的电场仿真计算和分析[J].高电压技术, 2012, 38 (11) :2875-2880.
[2]刘金亮.一种脉冲高压用电阻分压器[J].高电压技术, 1996, 22 (4) :65-67.
高压直流电阻分压器 篇2
变压器直流电阻的检测在变压器的所有试验项目中是一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验, 是出厂、交接和预防性试验的基本项目之一, 也是变压器故障后的重要检查项目。近年来随着电力工业和机械制造水平的不断发展, 电力系统的容量越来越大, 大型变压器的绕组直流回路的稳定时间可能长达数十分钟甚至更长, 如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻一直是技术人员所研究和追求的主要目标。
1设备概括
京泰酸刺沟2号主变压器型号:SFP-370000/500, 额定容量:370000KVA, 额定电压为 (550-2×2.5%) /20 kV, 额定电流:388.4/10681.3 A, 冷却方式:ODAF, 连接组别:Ynd11, 出厂编号:081134951, 生产厂家:特变电工衡阳变压器有限公司, 生产日期:2009年3月。设备运行半年状态良好, 2010年10月20日停电后某检修队对其进行预防性试验。
2试验过程中出现的问题
2号主变压器停电后开展预防性试验, 在进行主变高压绕组绝缘电阻和低压绕组直流电阻两项试验中, 试验数据始终不合格, 其中高压绕组的绝缘电阻值一直是3500 MΩ, 无吸收比, 绝缘电阻值偏低, 与出厂值 (R60″是:15000 MΩ) 相比变化明显;低压绕组直流电阻值R a～c为:1.346 mW, R b～c为:1.340 mW, R a～b为:1.800 mW, 不平衡度为20%, 规程要求不大于1%;不能满足规程要求, 导致2号主变的试验工作不能顺利完成, 影响了2号机的大修工期。针对此状况电科院技术人员进行了分析、研究, 制定了方案及措施。
3原因分析
3.1某检修队的试验人员在进行主变绝缘电阻测试时, 用绝缘线将高压三相和中性点短接, 从中性点套管的引出线处进行绝缘电阻测试, 短接用的绝缘线与变压器外壳之间有接触, 导致测量时, 绝缘线对变压器外壳的绝缘影响了高压绕组绝缘电阻值。
3.2变压器绕组是一个电感元件, 其电感较大, 而电阻相对较小。当直流电源加到变压器绕组上后, 必然有一个过渡过程因而充电电流需要一定的充电时间才能最后稳定, 变压器容量越大充电时间也就越长。酸刺沟2号主变低压绕组直流电阻测试不合格主要是因为某检修队的试验人员试验时间不够, 铁芯饱和度程度不足, 导致测试的低压侧绕组直阻不平衡。
4解决措施
4.1测量绝缘电阻时, 应将短接用的绝缘线悬空, 避免绝缘线与变压器外壳相互接触, 测试结果:高压绕组的绝缘电阻14000 MΩ, 绝缘电阻合格。
4.2随着电力系统的发展, 单台变压器的容量也不断加大, 大型变压器线圈的容量越大, 电压等级越高, 电感与电阻的比值就越大。一般大型变压器的电感高达几百甚至几千亨, 电阻值却只有几毫欧至几欧。针对大容量变压器充电时间长, 电科院技术人员采用串联绕组助磁方法进行测量, 将变压器一次、二次绕组串联连接, 由此提高激磁安匝, 加深铁芯饱和程度, 有效地节省了测量时间。建议试验人员再进行大容量变压器低压绕组直流电阻测试时, 采用串联绕组助磁法, 能有效地缩短试验时间, 原理见图1。
5结语
由于电力变压器具有大电感和小电阻的固有特点, 测量直流电阻时充电时间常数很大, 一直以来现场技术人员都在研究各种方法缩短测试时间, 提高测试准确度。现场检测不可能具有一种全面的检测方法, 也不可能存在一种万能的检测设备, 只有通过各种有效的途径和利用各种有效的技术手段, 在可能条件下都应该进行相互补充、验证和综合分析判断, 才能取得较好的故障诊断效果。
5.1通过对变压器直流电阻进行测量分析时, 其电感较大, 一定要充电到位, 将自感效应降低到最小程度, 待仪表指针基本稳定后读取电阻值, 提高一次回路直流电阻测量的正确性和准确性。
5.2测量的数据要进行横向和纵向的比较, 对温度、湿度、测量仪器、测量方法、测量过程和测量设备进行分析。
5.3分析数据时, 要综合考虑相关的因素和判据, 根据现场的具体情况, 具体分析设备测量数据的发展和变化过程。
5.4要结合设备的具体结构, 分析设备内部的具体情况, 根据不同情况进行直流电阻的测量, 以得到正确判断结论。
参考文献
[1]DL/T596—1996, 电力设备预防性试验规程
变压器绕组直流电阻解析 篇3
1 变压器绕组直流电阻的温度因素
根据物理学中导体导电能力与温度之间的关系, 绕组的直流电阻和温度是相关的。
(1) 电阻温度换算公式:
t1——绕组温度
T——电阻温度常数 (铜线取235, 铝线取225)
t2——换算温度 (75℃或15℃)
R1——测量电阻值
R2——换算电阻值
(2) 在温度变化范围不大时, 纯金属的电阻率随温度线性地增大, 即ρ=ρ0 (1+αt) , 式中ρ、ρ0分别是t℃和0℃的电阻率, α称为电阻的温度系数。多数金属的α≈0.4%。由于α比金属的线膨胀显著得多 (温度升高1℃, 金属长度只膨胀约0.001%) , 在考虑金属电阻随温度变化时, 其长度l和截面积S的变化可略, 故R=R0 (1+αt) , 式中和分别是金属导体在t℃和0℃的电阻。
因此测量绕组直流电阻时必须测量绕组的温度, 温度测量的准确度直接影响绕组直流电阻测量结果的准确度。生产维护中以20℃为准, 将所有测量数据都换算到20℃进行数据比较。测量变压器温度之前, 变压器应该在恒定的环境温度下静止不少于3h。虽然变压器一般有不少于两个温度计, 这样测得的温度仍然不够准确。绕组励磁对油温造成一定的温差, 绕组上中下部油温存在差异。所以应该在成本与条件允许的条件下将温度传感器置于绕组上中下三个部位, 在计算温度时取平均值。目前使用的绕组直流电阻测试仪只进行绕组计算, 应该升级测量仪器的处理单元使用一些具有一定运算能力的单片机, 将电阻温度换算公式集成到仪器的处理单元中, 并且在每次试验之前将试验温度输入测量仪器之中。这样可以便于试验人员对历史数据进行比较, 做出判断, 对设备给出试验结论。方便试验人员的同时, 还可以避免由于人工计算而产生的错误。
2 缩短测量时间
为了提高用户对企业的满意度和对电力能源的特殊需要, 公司对供电质量和停电时间有严格的控制。要求尽可能的短时间停电, 这样就要求现场工作人员尽量缩短工作时间。变压器的绕组在直流激磁时电感大, 直流电路达到电流稳定时间比较长, 特别是测量三相五柱铁心的大型变压器。国内外的技术人员进行了多年的工作, 已有了一定的进展。缩短测量时间经常采用的方法有以下几种方法: (1) 减小时间常数法, 在线性电路中可以通过增加电路内串联电阻的方式来减小线路的时间常数, 从而缩短测量时间; (2) 恒流源法直流电阻测量装置, 恒流源可以通过在测试线路内提高电压来提高稳定电流值, 测试时间能够缩短; (3) 绕组串联法, 可以通过将高压绕组和低压绕组串联来保持两个绕组中电流对铁心的励磁方向相同, 励磁安匝数提高使铁心饱和以减小铁心的电感, 以此缩短测试时间; (4) 感应电动势法, 可以在电源接通很短的时间内测出数据。
3 直流电阻测量的程序和数据分析
3.1 直流电阻测量仪器测量电流选择
根据被测变压器的容量、直流电阻值、额定电流、绕组联结, 选择测量直流电阻的电流, 最大测量直流电阻的电流不大于10%被试绕组额定电流, 通常可用3%至10%被试绕组额定电流作为测量直流电阻使用的电流值。试验数据因电流较大更准确一些, 但测试电流不能大于12%额定电流。测试电流要考虑测试设备的电压和电流容量, 电流大时, 需要高电压, 不超过设备输出电压。大型变压器测试电流不能太小, 达不到铁心饱和的目的, 将延长测试的时间。在试验设备容量较小时, 可选择不同方法减小测试时间。
3.2 测量结果判断
《规程》规定: (1) 1.6MVA以上的变压器, 各相绕组直流电阻相互间差别 (相间差) 不应大于三相平均值的2%;无中性点引出的绕组直流电阻相互间的差别 (线间差) 不应大于三相平均值1%。 (2) 1.6MVA以下的变压器, 相间差别一般不大于三相平均值的4%;线间差别一般不大于三相平均值的2%。 (3) 测得值与以前相同部位测得值比较, 其变化不应大于2%。
三相不平衡或测量数据与 (出厂试验数据) 相差太大, 有以下几个原因: (1) 变压器套管中导电杆和引线接触不良, 造成接头发热现象, 利用红外影像技术可以进一步确定故障位置。 (2) 分接开关接触不良, 可能是分接开关内脏污、电镀层脱落、弹簧压力不够等原因造成的分接头电阻偏大, 三相电阻不平衡。 (3) 大容量变压器螺旋间导线互移引起相间绕组电阻不平衡。 (4) 引线和绕组焊接处焊接不良造成三相不平衡。 (5) 人为原因, 由于选取了不适当的试验方法造成了试验数据的直流电阻三相不平衡。
摘要：变压器绕组直流电阻测量是变压器试验项目中比较重要的试验之一。从变压器的制造开始, 变压器直流电阻测量就被变压器厂家作为控制质量的参考依据。在电力企业变压器安装、运行和维护时, 绕组直流电阻测量是变压器试验项目中比较重要的一个试验项目。对绕组直流电阻进行研究分析具有重要意义。
关键词：绕组直流电阻,平均温度,三相不平衡
参考文献
[1]胡启凡主编.变压器试验技术[M].保定天威保变电器股份有限公司组编.-北京:中国电力出版社, 2009.
[2]刘学军主编.继电保护原理[M].2版.北京:中国电力出版社, 2007.
[3]闿成, 许维宗等译.美国变压器维护协会文[M].变压器维护指南, 1981.
变压器直流电阻不平衡故障处理 篇4
2011年10月21日, 高压试验班在对110 k V河西变电站#1主变进行预防性试验时测得高压绕组直流电阻1~17档全部不平衡, 而且没有规律;在改变试验接线方式和精细打磨高压引线桩头, 又更换了试验设备, 再重复试验了几次, 测得结果与初次试验基本相同, 测出高压绕组直流电阻最高不平衡率为5.9%, 最低的为3.19%, 都超过了DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定的2.0%的要求, 变压器高压侧存在直流电阻不平衡故障。具体数据如表1所示。
2 故障部位判断
根据《电力设备预防性试验规程》的规定, 在做变压器试验时应测量变压器的直流电阻, 其目的是: (1) 检查绕组焊接质量; (2) 检查分接开关各个位置接触是否良好; (3) 检查绕组或引出线有无折断处; (4) 检查并联支路的正确性, 是否存在由几条并联导线绕成的绕组发生一处或几处断线的情况; (5) 检查层、匝间有无短路的现象。因此, 本测试项目对发现上述缺陷具有重要意义。
变压器直流电阻不平衡一般有三种故障可能: (1) 绕组故障。如绕组匝间短路、断股、焊接不良或者脱落等。 (2) 有载调压开关接触故障。有载调压开关连接点多, 触头有两个部分, 特别是切换开关触头, 开断运行时的负荷电流, 如果接触不良或者电弧烧蚀, 都容易引起直流电阻不平衡。 (3) 引线部分故障。引线部分故障主要是绕组和调压开关连接引线和调压开关至套管端部引线焊接不良、虚焊等故障。
对于#2主变高压绕组直流电阻严重不平衡而且是每个档位均不平衡的情况, 为了确定故障点的位置, 我们又做了以下工作:进行了变比试验, 试验数据合格, 排除了变压器内部有匝间或层间短路故障。取变压器油样进行色谱分析, 色谱试验数据合格, 也排除了变压器内部绕组部分故障的可能;将测试数据与历年常规性试验测试结果对比分析, 三相不平衡率增长很快, 而且是无规律地增长, 如果是某一引线部分存在故障, 那么故障可能出现在某一相, 引线三相同时出现故障的几率较小, 引线故障导致直流电阻不平衡应该是有规律的, 即在每一档位同时偏大或偏小, 但不是毫无规律。由此排除了引线部分故障。
在排除了上述两种情况后, 故障可能在调压开关部分, 特别是切换开关, 本主变采用的是辽阳易发式电气设备有限公司生产的型号为UCGRN380/300/C有载调压开关。考虑到夏季用户负荷增长迅速, 变压器有载调压开关切换频繁, 切换开关可能存在拉弧或烧伤情况, 容易导致以上直流电阻不平衡且无规律的故障, 因此, 认为故障点在有载调压开关的切换开关部分, 于是决定对#1主变有载调压开关切换开关部分进行检修。
3 检修经过
有载调压开关直流电阻不合格故障处理分析:
(1) 直流电阻值超差不大, 并且三相都如此。这个情况可能是由于油膜或氧化膜造成的 (CV型有载开关较多) 。因此试验前, 有载开关应先操作10个循环, 以解决有载开关氧化膜问题;如果是油膜问题, 开关必须吊芯打磨主动触头。
(2) 主变个别档位直流电阻不合格。因故障点没有公用位置, 一般可以判断开关的个别静触头部位有问题。如主变导线与开关静触头未连好;或开关个别静触头不好, 动静触头接触有问题。
(3) 直流电阻一相不合格, 或组合式有载开关某一相双数或单数不合格。要具体分析导电回路上的公用连接点, 找到故障点加以排除。但是必须先从简单部分开始检查。先检查引线在主变引出套管接头处有无松动或异常。再检查开关本身接触情况 (如主动触头本身阻值大, 输出触头未固定好, 动静触头接触不好等) , 主变排油或吊罩处理是迫不得已之举。
(4) 直流电阻不合格时, 必须排除人为因素和仪器因素。如主变直流电阻试验时, 主变二次侧不能接地;直流电阻测试仪器可能有故障, 引起直流电阻不合格等等。
经以上故障处理分析, 决定对#1主变有载调压开关进行吊芯检查。2011年10月21日, 在经过准备后, 将开关油抽出, 记好标记后将开关盖打开, 将#1主变有载调压开关的切换开关吊出进行外观检查, 发现触头上有明显拉弧、烧伤痕迹, 于是对有载调压开关的切换开关触头进行打磨和紧固螺栓后再测量高压绕组直流电阻, 1~17档直流电阻平衡, 因此确认有载调压开关的切换开关部位存在故障。于是将开关进行了切换, 使用细砂纸轻轻将所有档位触头打磨光滑, 并使用合格的变压器油反复冲洗干净, 进行复装;再测量直流电阻, 测试结果合格, 测试数据如表2所示。
4 事故原因及分析
此变压器是1999年5月1日安装投运, 至今已连续运行10多年, 但随着近些年用户负荷的不断增加, 且在一段时间内接近满负荷运行;开关切换次数增加又停不了电, 因而从来未进行吊芯检修, 此次吊芯后发现有载调压开关的触头有明显的放电痕迹并及时进行了处理, 从而避免了走弯路, 为设备的正常、安全、经济、可靠运行提供了保障。
5 类似问题处理措施
如果发现变压器直流电阻不平衡, 应该尽快根据测量数据和其他相应的试验判断出故障点, 并且及时消除故障;避免故障进一步扩大, 造成不必要的损失;采用色谱试验分析与直流电阻综合判断, 是检测运行变压器绕组直流电阻不平衡率超标的有效方法, 可在实践中采用;同时要保证预防性试验的准确性、可靠性, 试验结果和周期严格按《电力设备预防性试验规程》执行, 在预防性试验和交接试验发现问题时, 应仔细分析、逐步判断, 避免盲目下结论。同时对有载调压开关和变压器本体应严格按《检修规程》规定进行常规检查和大修, 将事故隐患消除在萌芽状态。精心准备, 认真安装, 细致检修, 加强设备的运行管理是减少和消除直流电阻不平衡率超标的主要措施, 应当引起有关方面重视。
参考文献
测量变压器直流电阻的注意事项 篇5
(1) 带有电压分接头的变压器, 测量应在所有分接头位置上进行。
(2) 三相变压器有中点引出线时, 应测量各相绕组的电阻;无中点引出线时, 可以测量线间电阻, 然后计算各相电阻。
(3) 测量必须在绕组温度稳定的情况下进行, 要求绕组与环境温度相差不超过3℃。在温度稳定的情况下, 一般可用变压器的上层油温作为绕组温度, 测量时应做好记录。
(4) 由于变压器的电感较大, 电流稳定所需的时间较长。为了测量准确, 必须等待表计指示稳定后再读数, 必要时应采取措施缩短稳定时间。
(5) 考虑到有很多因素影响直流电阻测量的准确度, 如仪表的准确度级、试验接线方式、温度测量的准确性、连线接触状况及电流稳定程度等, 在测量完后要复查一遍, 有怀疑时要予以重测, 以求得准确的测量结果。
(6) 测量时, 非被试绕组均应开路, 不能短接。在测量低压绕组时, 在电源开合瞬间会在高压绕组中感应出较高的电压, 应注意人身安全。
(7) 由于变压器电感较大, 电源在接通或断开瞬间, 自感电动势很高, 因此为防止仪表损坏, 要特别注意操作顺序。接通电源时, 要先接通电源回路, 再接通电压表或检流计, 再断开电源回路。
(8) 测量电阻值应校正引线的影响。
高压直流电阻分压器 篇6
1.1 直流电阻测量目的及方法
1) 测量目的。
通过线圈直流电组的测试, 可以检查出电路是否完整, 分接开关、引线和套管载流部分的接触是否符合设计要求以及三相电阻值是否平衡等情况, 因此, 直流电组测量是变压器试验中一个主要试验项目。
2) 测量方法。
直流电组的测量方法有电压降法和电桥法两种。电压降法方法简单, 但需要换算并且消耗电能多。电桥携带和使用较方便, 测量准确度、灵敏度也较高, 因此, 在实际工程中大多采用直流电桥法。当被试线圈的电阻值在10 Ω以上时一般采用单臂电桥测量, 10 Ω以下的则用双臂电桥测量。在使用双臂电桥接线时, 电桥的电位桩头要靠近被测电阻, 电流桩头要接在电位桩头上。 测量前, 应先估计被测线圈的电阻值, 将电桥倍率选钮置于适当位置, 将非被测线圈短路并接地, 然后打开电源开关充电, 待充足电后按下检流计开关, 迅速调节测量臂, 使检流计指针向检流计刻度中间的0位线方向移动, 进行微调, 待指针平稳停在零位上时记录电阻值, 此时, 被测线圈电阻值=倍率数×测量臂电阻值。测量完毕, 先开放检流计按钮, 再放开电源开关。
1.2 直流电阻测量注意事项
在测量过程中, 除了要严格遵守电气安全规程和设备试验规程外, 还要特别注意以下几点: ①在线圈温度稳定的情况下进行测量, 要求变压器油箱上、下部间的温度差不超过3℃;②由于变压器线圈存有电感, 测量时的充电电流不稳定, 一定要在电流稳定后再计数, 必要时需采取缩短充电时间的措施; ③尽量减少试验回路中的导线接触电阻, 运行中的变压器分接头由于受到油膜等污物的影响容易产生接触不良现象, 一般需切换数次后再测量, 以免造成判别错误;④连接线与被测电阻的接触面要清洁, 以尽量减少接触电阻;⑤改变接线和被测对象时, 应先断开电源。
2 相关规范要求及换算
2.1 规程及规范中相关要求
根据规程、规范要求规定:三相变压器应测出线间电阻, 有中性点引出的变压器, 要测出相电阻;带有分接头的线圈在大修和交接试验时, 要测出所有分接头位置的线圈电阻, 在小修和预试时, 只需测出使用位置上的线圈电阻。由于变压器制造质量、运行单位维修水平、试验人员使用的仪器精度及测量接线方式的不同, 测出的三相电阻值也不相同, 通常引入如下误差公式进行判别
式中:△R%为误差百分数;Rmax为实测中的最大值;Rmin为实测中的最小值;Rp为三相实测中平均值。
规程、规范要求中规定:1600kVA及以上的变压器, 各相线圈的直流电阻值相互间的差别不应大于三相平均值的2%;1600kVA以下的变压器, 各相线圈的直流电阻值相互间的差别不大于三相平均值的4%, 线间差别不大于三相平均值的2%;本次测量值与上次测量值相比较, 其变化也不大于上次测量值的2%。
2.2 相关换算
在进行比较分析时, 一定要在相同温度下进行, 如果温度不同, 则要换算为20℃时的电阻值。
不同温度下换算的电阻值公式为
式中:R1、R2分别为温度在t1、t2时的电阻值; T为计算用常数, 铜导线取235, 铝导线取225。
3 测量结果分析
3.1 三相电阻不平衡原因
通过实际测量, 发现引起三相电阻不平衡的原因是多方面的, 归纳起来大致包括以下几方面: ①测量误差;②分接开关接触不良, 一般表现为一、二个分接头电阻偏大, 而且三相电阻不平衡;③焊接不良, 引线和线圈接触处发生接触不良, 多股并绕线圈中一股或几股没有焊上, 这时电阻也将增大;④三角接线一相断线, 未断线的两相比正常时大1.5倍, 断线相比正常时大3倍;⑤三相线圈使用的导线规格型号不同;⑥变压器套管中, 导电杆和引线接触不良;⑦在测量充电时变压器有电感存在, 充电时间的长短也会影响测量数值。
3.2 常见故障现象测量结果分析表
参考文献
[1]DL/T596-1996电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社, 1997.
[2]申日青.牵引变电技术问答[M].北京:中国铁道出版社, 1999.
[3]刘俊玲.变线器线圈直流电阻测量及其结果分析[J].内蒙古科技与经济, 2008 (14) :216-217.
[4]刘锋.矿用变压器直流电阻测量方法的探讨[J].煤矿机电, 2008 (1) :86-88.
高压直流电阻分压器 篇7
为了能源的经济合理调配,国家电网公司正全力发展全国范围内的特高压坚强智能电网[1,2,3,4]。高压直流输电技术因其技术上的优点成为远距离跨区域电能输送的重要组成部分,自三峡地区送出、西电东送等工程后,向上特高压直流系统、伊穆直流系统等相继投运[5,6]。直流系统故障无论对送端或受端系统都将造成不小的扰动,在极端情况下可能引发系统失稳。
直流极母线及直流中性母线上均需装设直流分压器用于测量直流母线电压。直流母线电压测量结果直接作用于直流系统控制闭环,是决定直流控制系统输出的重要信息源。内绝缘与外绝缘是直流分压器设计制造时应高度重视的问题,实际中由于外绝缘闪络导致的直流分压器测量故障并不少见[7,8]。而直流分压器的内绝缘问题虽然在以往运行过程中暴露的问题较少,但是随着极母线电压等级的升高及内部绝缘设计的部分调整,一些故障也开始显现出来。
本文介绍了高压直流输电中直流分压器的结构及电气原理,并针对其实际运行中暴露的问题在PSCAD/EMTDC中进行了包含直流分压器一次模型的联合仿真,利用仿真结果重现了实际运行中暴露出的直流分压器内部闪络引发的直流系统不正常工况。结合仿真分析和运行经验,提出了直流分压器若干反措,以期能从设计、制造、安装、运行维护等环节全面排查隐患,预防故障。
1 直流分压器的结构原理
直流分压器用于换流站内控制保护系统的直流电压测量,安装在直流极母线及阀厅内中性母线处[9]。直流分压器的设计应当满足各种电气参数及机械强度的要求,例如:绝缘子长度应与带电部分长度相匹配,以降低电压应力;分压器的设计应该考虑到正常工作时绝缘子表面没有泄漏电流通过测量回路等。
每套直流电压测量装置包括2个部分:一个是位于直流场的分压器;另一个是位于控制室的电子设备[10]。直流分压器为电阻/电容性,包括一条高压支路及一条带连接端口的低压支路,通过输出端口连接至电子设备后进入控制保护系统进行测量。直流分压器电气接线图如图1所示。
C11和C22为均压电容器。为了补偿电缆电容和低通滤波器电容,低压支路电容器C22将在现场进行调整(在接线箱中调整更好)。电子设备部分通常有2条支路,每一条都包括1个低通滤波器、2个高稳定分压器和1个带有缓冲放大器的数字模拟转换(A/D)系统。分压单元分为高压部分和低压部分,根据分压比例,通过低压输出端电压反映一次电压。其中低压输出端电压送至电子设备进行测量运算,电子测量部分采用双回路进行测量,从而确保可靠性。
2 直流分压器故障的录波分析及仿真重现
2.1 故障录波分析
2010年10月23日12时34分至15时4分,某在运逆变换流站极2直流电压先后11次从-780 kV跳变到-1 500 kV,整个过程持续约4 ms后开始恢复,约50 ms后恢复正常。其中某次故障的录波见图2。
观察图2可见,最先开始发生突变的是电压Udl,在故障发生时有明显的跌落过程,变化斜率陡。此时直流电流Idl却迅速增大,最大时接近2 500 A。按照控制逻辑,如果是逆变侧电压突然增大,则直流电流的直观变化是减小。观察此时逆变侧触发角变化可见,当逆变侧直流控制保护系统的电压控制器检测到直流电压过高后立即增大熄弧角,这一控制与直流电流的增大几乎是同步的。显然合乎逻辑的解释是,此时一次系统中的电压并未发生突变,而是控制保护系统的测量输入发生变化,错误感受到较高的直流电压。电压控制器动作又增大了逆变侧熄弧角,实际的结果是逆变侧的直流电压降低,从而导致直流电流突增。从故障后的现场检查情况看,直流一次、二次设备没有故障迹象,可以说直流控制保护系统的动作逻辑是没有错误的,实际故障的根源在于直流测量回路,也就是直流分压器的故障导致了本次现象发生。
实际上,直流分压器可以看成一个双端口无源网络,在输入(直流极母线电压)未发生变化的前提下,输出(二次侧电压)发生变化的唯一可能就是该双端口网络传递函数发生了变化,而传递函数变化的可能原因是内部阻容串并联关系或大小发生了变化,下面的仿真分析较好证明了这一判断。
2.2 仿真验证
为了进一步研究直流分压器内部绝缘闪络可能导致的直流输电故障反应,在PSCAD/EMTDC软件中搭建了CIGRE经典模型,其参数参考文献[11,12]。分别仿真研究了直流分压器不同部分故障短路从而导致直流测量电压突增或突降情况下的动态响应,分析结果如下(仿真结果中电流和电压均采用标幺值)。
1)仿真模型
为了做定性的仿真验证,基于PSCAD/EMTDC采用某±500 kV直流系统的极母线直流分压器参数建立模型,如图3所示。需要说明的是,用于限幅的避雷器这里没有仿真。
2)电压突增仿真
仿真时系统单极运行,直流电压为500 kV,输送功率为1 000 MW。在0.2 s时,施加均压电容C11中点处对直流极母线的短路故障(即图3中故障1),故障持续时间为0.01 s,得到仿真结果如图4所示。
观察图4可以发现,当均压电容C11发生对直流极母线的闪络故障时,直流分压器输出电压迅速增大0.3(标幺值),此时控制系统认为系统电压过高,迅速增大关断角以减小直流电压。而关断角的增大实际造成逆变侧直流电压降低,进而直接导致直流电流增大。
3)电压突降仿真
仿真时系统单极运行,直流电压为500 kV,输送功率为1 000 MW。在0.2 s时,施加均压电容C22处对地短路故障(即图3中故障2),故障持续时间为0.01 s,得到仿真结果如图5所示。观察图5可以发现,当均压电容C22端部对地闪络时,直流分压器输出电压迅速减小至0(对地短路),此时控制系统认为系统电压过低,迅速减小关断角以增大直流电压。而关断角的减小导致逆变侧实际直流电压升高,进而直接导致直流电流减小。需要说明的是,在实际的控制保护设备中,逆变站电压控制器对该情况会将触发角调大,但由于受到ABB公司的AMAX控制器的限制,最终输出的触发角变化较小,因此实际的直流电压和电流基本保持稳定。
3 直流分压器反措
根据上述分析及实际运行经验,本文提出以下几点反措。
1)在设计阶段严格校核分压器内部电场分布,校核在各种暂态冲击电压下的绝缘强度。绝缘介质的选择要经过实际形式实验校核,运行经验表明,器身内绝缘充氮气时绝缘强度不足,在运部分换流站原充氮气的直流分压器已改充六氟化硫以保证内绝缘强度。
2)在制造阶段要特别注意工艺水平,尤其是内部均压电容器的制造工艺,如是否采用合格的电薄膜,以保证绝缘强度符合标准。要注意器身的密封工艺,实际运行经验表明不少分压器故障都是发生在降雨过程中,如果器身密闭不严渗入水分势必容易发生内部绝缘闪络。
3)在换流站停运检修期间要认真开展直流分压器隐患排查工作,应重视对直流分压器的外观及内部绝缘介质的检查,实践经验显示,发生过电压扰动的分压器气体分析结果均含有一定量的乙炔。
4)可以尝试探寻综合电流量的综合判据,用以区分实际一次故障下的直流电压变化和由测量引起的电压骤升、骤降。
此外,直流输电控制保护系统的二次传输部分包含了大量的二次电缆、光纤、分布式输入/输出等器件,其设计和施工环节均应严格把关,尤其应重视电缆绝缘及A/D部分的电气设计和电磁兼容性设计,防止二次传变环节故障导致的坏数据。
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