油浸式电力变压器（电抗器）现场低频加热试验导则

ICS29.180CCSK41DL/T油浸式电力变压器（电抗器）现场

低频加热试验导则Guideforon-sitelow-frequencyheatingtestofoil-immersedpowertransformer(reactor)（征求意见稿）（本稿完成日期：2022年5月30日）202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施国家能源局   发布DL/TFORMTEXTXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     油浸式电力变压器（电抗器）现场低频加热试验导则1范围本文件规定了油浸式电力变压器（电抗器）现场低频加热试验的试验原理、试验设备与仪器、试验方法和试验报告等要求。本文件适用于油浸式电力变压器（电抗器）及高压直流输电用换流变压器现场低频加热试验，包括低温环境下配合热油循环、绝缘试验、启动运行的辅助加热，以及绝缘干燥处理。其他应用可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1094.2－2013电力变压器第2部分：液浸式变压器的温升GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2900.74－2008电工术语电路理论GB/T2900.95－2015电工术语变压器、调压器和电抗器GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T11021电气绝缘耐热性和表示方法GB/T17626电磁兼容试验和测量技术GB/T42008－2022试验用变频电源通用规范3术语和定义GB/T1094.2-2013和GB/T2900.95-2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1低频加热low-frequencyheating对变压器（电抗器）施加频率范围为0.01Hz～5Hz的低频试验电压，利用绕组损耗产生的热量使变压器（电抗器）加热。3.2铁心临界饱和频率criticalsaturationfrequencyofironcore在低频试验电压下，采用短路法接线的变压器铁心发生饱和的临界频率。3.3低频视在阻抗low-frequencyapparentimpedance在低频试验电压下，变压器（电抗器）加压端子间电压均方根值和电流均方根值之比。[来源：GB/T2900.74－2008131-12-44，有修改]3.4预期加热电流expectedheatingcurrent根据加热目的及被加热设备情况确定的加热电流的要求值或最大允许值。4试验原理低频加热试验原理是：在远低于额定频率的试验频率下，将电压施加到油浸式电力变压器（电抗器）的一个绕组上，变压器的另一或多个绕组短路并接地，通过施加的电流以及短路侧感应的电流在相应绕组上产生热量，使变压器温度升高。选用远低于额定频率的低频，最大程度地减小变压器（电抗器）绕组感抗，从而减小无功功率和工作电压。试验过程中监测温度和电流，通过改变频率或电压来调节加热功率，从而平稳地达到加热的目标温度。油浸式电力变压器（电抗器）现场低频加热试验接线原理如图1所示。图1油浸式电力变压器（电抗器）现场低频加热试验接线原理示意图5试验设备与仪器5.1试验设备与仪器组成试验设备与仪器包括低频加热电源、电气量测量单元和温度测量单元，宜集成为箱式的成套装置，方便运输和现场使用。5.2通用要求通用要求如下：——环境条件：工作温度范围为-40℃～40℃，空气相对湿度应不大于95%（无凝露）；——供电电源：电压三相380V±10%，频率50Hz±2%，符合GB/T42008－2022中5.2.2的要求；——外壳防护性能应符合GB/T4208中规定的IP54的防护要求；——环境适应性应符合GB/T2423.1的要求；——电磁兼容性能应符合GB/T17626的要求。5.3低频加热电源低频加热电源要求如下：——基本功能应符合GB/T42008－2022中5.4的要求；——输出波形宜为方波；——输出频率范围应覆盖0.01Hz～5Hz，频率调节细度不低于0.01Hz；——电网侧电能质量的影响要求应符合GB/T42008－2022中5.6.3的要求。5.4电气量测量单元电气量测量单元要求如下：——应具备测量供电电源电压、电流和有功功率的功能；——应测量低频加热电源输出电压、电流、频率和有功功率，频率测量范围应覆盖0.01Hz～5Hz；——电压、电流及频率测量的准确度应不低于2级，功率测量准确度应不低于5级；——宜具备变压器短路绕组的感应电流测量功能；——宜具有实时显示输出电压和电流波形的功能。5.5温度测量单元温度测量单元要求如下：——应具备变压器（电抗器）顶层油温度、底层油温度、环境温度和保温环境（如有）的温度测量功能；——温度测量最大允许误差应不超过±1℃。6试验方法6.1试验前准备6.1.1低频加热电源低频加热电源宜独立供电。6.1.2被试变压器（电抗器）试验前被试变压器（电抗器）要求如下：——应完成真空注油；——铁心、夹件、油箱应可靠接地，各侧套管电流互感器二次侧端子应短路接地；——顶层油温温度计、呼吸器工作应正常；——强油循环设备冷却器油泵状态应正常且接通电源；——试验前应进行绕组直流电阻测试，宜记录绝缘电阻和油色谱的值；——根据预定的加热目标确定冷却系统的工作状态、外接滤油机方式，具体技术要求应由设备制造厂结合设备情况确定。。6.2试验接线变压器有多绕组或分接档位时存在多种可选接线，试验前按以下原则选择合适的接线：——应选用低频视在阻抗尽量接近低频加热电源额定电压与额定电流比值的接线和分接档位；——试验接线应便捷且安全可靠，低频视在阻抗和加热功率相近时，宜选择接线数量更少的接线；——应对各侧绕组的电流进行计算校核，确保不超过绕组额定电流或制造厂规定的值；——当选用的接线有一个以上短路绕组时，所有短路绕组应安装监测其电流的测量单元。注：低频加热电源受额定电压与额定电流的限制，实际输出功率总是小于额定功率。为了提高低频加热电源的利用效率，需要选择合适和接线和试验频率，使得低频加热电源与被加热设备的低频视在阻抗实现匹配。本文件附录A提供了阻抗匹配的原则及典型的试验接线时参数估算方法。6.2加热程序6.2.1按照所选接线方式完成试验接线，并检查无误。6.2.2启动低频加热电源，按以下步骤调节电源电压和频率直至达到预期加热电流：a）在频率不小于3Hz、电压为0V的情况下闭合电源输出断路器；b）逐步升高输出电压，输出电流随之逐步升高，达到预期加热电流时停止调压；c）若输出电压已达到额定电压，则应缓慢降低频率继续升高输出电流。6.2.3达到预设加热电流后开始计时，每30min进行一次各测点温度和电气量的读数和记录。6.2.4被加热设备温度升高后低频视在阻抗会上升，加热电流随之降低。应按6.2.2的步骤调节电压或频率，维持加热电流稳定。调节完成后应增加一次电气量的读数记录。6.2.5达到预定的加热目标后，按以下步骤降低加热电流并关停电源装置：a）缓慢升高电源频率至3Hz或以上；b）降低电源电压至0V；c）分断电源输出断路器。注：预定的加热目标因应用场景不同而有所差异，一般由设备厂家或设备运维单位指定。包括：达到指定的顶层油温温度、达到指定温度后维持指定的时间、达到指定电流后维持指定时间、表征绝缘干燥情况的技术指标达到指定数值等。6.3注意事项6.3.1调节频率的操作应在当前频率下至少一个周期之后才能再次进行调节，当前频率小于0.1Hz时每次调节幅度不超过0.01Hz。6.3.2低频加热电源频率最低不应小于铁心临界饱和频率。当工作频率非常接近铁心临界饱和频率时，可能出现铁心临界饱和频率随绕组温度升高从而出现铁心饱和的情况，因此宜监测各绕组的电流波形，一旦出现铁心饱和的特征电流波形，应立即升高频率。本文件附录B给出了变压器的铁心临界饱和频率的估算方法和铁心饱和的特征波形。6.3.3监测各绕组的电流不应超过相应绕组的额定电流，低频加热电源的总输出有功功率不应大于被加热设备的额定总损耗。6.3.4监测变压器（电抗器）各测点温度的变化，按照GB1094.2－2013附录D的方法估算绕组的平均温度和热点温度。应保证绕组热点温度不超过产品规定值和GB/T11021的规定，必要时应降低加热功率或增加冷却功率，防止绕组过热。7试验报告试验报告至少应给出以下几方面的内容：——试验对象铭牌参数；——试验日期；——试验地点；——试验环境条件；——试验接线；——试验仪器设备；——试验结果；——试验中的异常现象及处理结果。

附录A

（资料性）

典型试验接线与参数估算A.1总则被试变压器（电抗器）因绕组数量、相数和连接组别存在差异，绕组的试验接线有多种不同的方案，应结合试验目的和参数估算来选择合适的接线方案。A.2符号本文件附录A各种变量的符号说明如下：R1——变压器加压侧（换流变网侧）绕组直流电阻，单位为欧姆（Ω）R2、R3——变压器短路侧（换流变阀侧）绕组直流电阻，k——变压器当前分接档位的变比；Ze——低频视在阻抗，单位为欧姆（Ω）Ze——低频视在阻抗，单位为欧姆（Ω）Iα——受低频加热电源额定电压限制时的最大输出电流，单位为安培（A）Zeα——受低频加热电源额定电压限制时的低频视在阻抗，单位为欧姆（Ω）Uβ——受低频加热电源额定电流限制时的最大输出电压，单位为伏特（V）Zeβ——受低频加热电源额定电流限制时低频视在阻抗，单位为欧姆（Ω）f——低频加热频率，Hz；UN——变压器（电抗器）设备的一次侧额定电压，单位为千伏（kV）SN——变压器（电抗器）额定容量，单位为兆伏安（MVA）uk——变压器当前分接档位的Ir——低频加热电源额定输出电流，单位为安培（A）Ur——低频加热电源额定输出电压，单位为伏特（V）Ih——预期加热电流有效值，以加压侧电流为准，单位为安培（A）Zm——最佳匹配阻抗，为低频加热电源额定输出电压Ur与Ir和IhI1——加压侧的电流有效值，单位为安培（A）I2、I3——第2、3短路侧绕组感应的电流有效值Pℎ——RA、RBRca、RabL——电抗器的电感量，单位为亨特（H）。A.3阻抗匹配原则低频加热电源受额定电压与额定电流的限制，实际输出功率总是小于额定功率。一般来说，选用的低频加热电源额定输出电流Ir应大于或等于预期加热电流Ih。当无法满足这一条件时，加热电流无法达到预期加热电流，理应更换符合条件的低频加热电源，或者降低预期加热电流。为简化表达，本文件一律认为定义最佳匹配阻抗为Zm，为低频加热电源额定输出电压Ur与 Zm=Ur图A.1展示了低频视在阻抗Ze和最佳匹配阻抗之Zm间的关系。图中的斜线的斜率即为阻抗值，因此有Zeβ<Zm<Zeα。当低频视在阻抗偏大（Ze=Zeα）时，受低频加热电源的额定电压限制，电压最高升高到Ur，加热电流最大只能升高到Ia(I图A.1阻抗匹配的原理A.4单相双绕组变压器A.4.1接线单相双绕组变压器主要是高压直流输电用换流变压器，一般有带极性切换的调压绕组。采用单相低频加热电源，电源的输出端连接变压器的高压侧（换流变的网侧），变压器的低压侧（换流变的阀侧）短路。接线图如图A.2所示。图A.2单相双绕组变压器低频加热接线图A.3.2参数估算按式(A.2)计算各个分接档位的低频视在阻抗，选择低频视在阻抗最接近匹配阻抗的分接，计算时电阻应折算到75℃或预设的加热温度。 Ze=R1一般来说频率f足够低，因此可以先忽略上式的第三项。在不同的分接档位，R1和k均有差异，选择合适的档位，使估算的Ze尽量与当所有档位的低频视在阻抗均大于最佳匹配阻抗时，则只能选择其中低频视在阻抗最小的接线；反之，当所有档位的低频视在阻抗均小于最佳匹配阻抗时，应选择低频视在阻抗最大的接线，并可考虑适当增加工作频率。因此，由于式（A.2）式第三项的存在，通过调节f总是可以满足Ze≥Zm,因此低频加热电源总是可以工作在额定电压下。因此各绕组中的加热电流I1、I2和加热功率Pℎ I1=Ur I2=kUrZ Pℎ=UrA.4单相多绕组变压器A.4.1接线单相多绕组变压器仍主要是高压直流输电用换流变压器，绕组包括高压绕组（换流变的网侧）和两个低压绕组（换流变的Y接阀侧绕组和D接阀侧绕组），一般有带极性切换的调压绕组。采用单相低频加热电源，电源的输出端连接变压器的高压侧（换流变的网侧），变压器的一个低压侧（换流变的阀侧）短路，另一个绕组开路；也可根据需要同时短接两个低压绕组。接线图如图A.3所示。（a）一个低压绕组短路（b）两个低压绕组短路图A.3单相多绕组变压器低频加热接线图A.4.2参数估算一个绕组短路时，参数估算方法与A.3.2完全一致。多个绕组短路时，低频视在阻抗相相当于折算到加压侧时各短路绕组的阻抗相互并联后与加压侧阻抗串联，相比于只短路一个低压绕组的情况其实在阻抗要更低。按照阻抗匹配的原则，只有当一个绕组短路时低频视在阻抗过大时才考虑两个或多个绕组短路，此时频率应该足够低，因此忽略变压器漏抗。按公式(A.6)计算各个分接档位的低频视在阻抗。 Ze=R1以三绕组变压器为例，式中，ki是第1绕组（高压绕组）与第2、第3绕组的变比，R高压侧绕组的加热电流I1可按照式（A.3）估算。而两个短路侧绕组的电流会根据绕组直流电阻折算到高压侧的电阻进行分流。因此I2和 I2=Ur I3=Ur估算的各绕组加热电流均应小于该绕组的额定电流，否则不应选择该接线方式。加热功率Pℎ Pℎ=UrA.4单相自耦变压器A.4.1接线单相自耦变压器主要是330kV及以上电压等级的交流变压器，一般有无励磁分接开关。采用单相低频加热电源，电源的输出端连接变压器的高压侧，变压器的中压侧短路，低压侧一般应空载，不应该短路。这是因为单相自耦变压器的低压侧在低频下折算到高压侧的阻抗往往比中压侧折算阻抗还要小，同时短路则低压侧分流就更大，在加上低压侧一般不是全容量，这样随着低压侧绕组加热电流受其额定电流的限制，会导致整体加热效率更低。接线图如图A.4所示。图A.4单相自耦变压器低频加热接线图需要注意的是：1）自耦变试验时，为了减小短路线的电流密度，低频加热电源的试验接线一侧接在高压套管接线端子，另一端应接在中压套管接线端子而不是中性点套管端子上；2）分接绕组在中压侧出线端部，因此为了简化计算，一般应选择A.4.2参数估算单相自耦变压器的接线本质上与单相双绕组变压器的接线原理一致，只不过高压侧和中压侧有一段公共绕组，通过以下处理，即可套用单相双绕组变压器的参数公式进行估算： R1=RHV k=kHV−MV式中：RHV−MVA.5三相变压器A.5.1接线三相变压器可选的接线方式宜采用三相低频加热电源，从高压侧加压，低压侧绕组短路，接线图如图A.5所示。图A.5三相变频电源进行三相变压器低频加热接线图也可以采用单相低频加热电源，从高压侧一相端子和中性点之间加压，其他两相短路；或者从高压侧两项端子间加压，低压侧短路。接线方式比较多样，是否满足现场试验需求需要视具体情况而定，这里难以一一列举和分析。A.5.2参数估算当三相间绕组的不平衡率满足标准要求时，星形接线的绕组使用三相绕组的平均值，三角形接线绕组使用三相绕组平均值的一半。即： R1=13 R2=16低频视在阻抗Ze、加压侧电流I1、短路侧电流I2可使用式（A.2）-低频加热功率Pℎ Pℎ=3UrA.6电抗器A.6.1接线单相电抗器采用单相低频加热电源，接线如图A.6(a)；三相电抗器可采用单相低频加热电源，接线如图A.6（b）所示，也可采用三相低频加热电源，如图A.6（c）所示。（a）单相电抗器（b）三相电抗器采用单相低频加热电源（c）三相电抗器采用三相低频加热电源图A.6电抗器低频加热接线图A.6.2参数估算单相电抗器的低频视在阻抗即为绕组阻抗，按式（A.15）计算： Ze=R1绕组中的加热电流I1可以按照式（A.3）计算，加热功率Pℎ可以按式（A Pℎ=Ur三相电抗器采用单相低频加热电源加热，需将三相绕组的电阻和电感并联求对应的低频视在阻抗，之后电流和加热功率的计算与单相无异。三相电抗器采用三相低频加热电源加热，可参照式（A.12）计算R1，按式（A.15）计算Ze，按式(A.3)计算I1，按式（A.17 Pℎ=3UrA 附录B

（资料性）

变压器临界饱和频率的和铁心饱和的特征波形B.1总则低频加热相对于工频加热的优势在于频率降低后，绕组感抗降低，相应地相同电流下的工作电压和无功容量更低，非常适合现场高效加热。按照这个关系，理论上是频率越低越好。但是极低的频率可能引起铁心的深度饱和乃至损坏铁心，同时也会导致短路侧绕组无法感应电流、加压侧绕组电流增大，使加热不均匀，可能导致变压器局部过热而损坏绝缘。因此变压器低频加热的频率应大于铁心临界饱和频率。B.2变压器临界饱和频率的估算根据电磁感应定律，短路侧绕组的感生电动势可以表示为： e2(t)=i2(t)式中：e2(t)是短路侧绕组的感生电动势；i2(t)是短路侧绕组电流瞬时值；频率足够低时，式（B.1）的L2 B(t)=−R2SN式中：S是铁心截面积，B(0)是t=0时刻磁感应强度的可见，对于周期性的波形i2(t)，当i2t>0时，B(t)是单调递减函数，当i2t<0时，B(t)是单调递增函数，Bt将随i2(t)的周期性波动而周期性变化。因此B 2Bm=−2R式中：Bm为饱和磁感应强度，fmin为临界饱和频率，τ是当i2t为正弦波为例,设i2 Bm=2I2变压器设计时一般将额定频率和额定电压下的铁心磁通密度设计为B-H的拐点处，因此有： UN2=2π式中：UN2是短路侧额定电压，f0联立式（B.4）和式（B.5）化简即可得： fmin=I2R当i2t为方波波形时，方波正半波的积分近似为 Bm=2I2联立式（B.7）和式（B.5）化简即可得： fmin=πI2B.2铁心饱和的特征波形通过测量并实时显示低频加热时施加电流和短路侧的短路电流波形，可以根据波形的形态判断铁心是否出现饱和的现象。当铁心发生饱和时，施加电流侧的电流瞬时值会持续增加，同时伴随短路侧电流减低。因此施加侧电流出现了异常增长时即可判断铁心发生了饱和。低频加热电源波形为方波时，铁心发生饱和的典型波形如图B.1