新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器”可靠耐用的品質

在電網安全運行體系中，繼電保護裝置堪稱守護電力系統的“急診醫生"。當短路、過載等異常狀況出現時，繼電保護裝置能迅速響應，精準“診斷"并及時切斷故障，防止停電范圍擴大，守護電力設備安全。繼電保護整定計算則如同這位“急診醫生"的大腦。相關人員會依據電網結構、設備參數和運行規律，為每臺繼電保護裝置量身定制“診療方案"。然而，零序互感阻抗如同潛伏在系統中的干擾因子，當平行線路間存在零序互感阻抗時，故障信號會通過電磁感應誤導相鄰的繼電保護裝置，導致“診療方案"失準。因此，在繼電保護整定計算中，通過測試獲取精確的零序互感阻抗參數來調整保護定值是保障電網安全運行的重要環節。

傳統的零序互感阻抗參數測試方法需要在所有相關線路全部停電的情況下進行，不僅會增加電網運行風險，還面臨停電操作難度大等問題。此前，一些輸電線路零序互感阻抗參數測試工作難以開展，制約了電網精益化管理。

新疆正在打造國家能源資源戰略保障基地，電網跨度巨大且結構復雜，安全穩定要求很高。對國網新疆電力而言，攻克零序互感阻抗參數帶電測試難題不但是一次重大技術攻關，更是保障電力安全可靠供應的當務之急。21年，該公司開啟了長達四年的技術攻堅。

一、概述（YDQC新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器"可靠耐用的品質）

是在同類產品高壓試驗變壓器的基礎上，按試驗變壓器國家標準ZBK41006—89要求，經改進后生產的一種新型產品，本系列產品具有體積小、重量輕、結構緊湊、功能齊全、使用方便等特點。實用于電力、工礦、科研等部門，對各種高壓電氣設備、電氣元件、絕緣材料進行工頻耐壓試驗和直流泄漏試驗，是高壓試驗中不能少的儀器。

二、結構（YDQC新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器"可靠耐用的品質）

鐵芯為單框式。線圈采用同芯圓筒多層塔式結構，初級低壓繞組繞在鐵芯上，次級高壓繞組繞在低壓繞組外側，這種同軸布置減少了繞組間的藕合損耗。高壓硅堆用特殊工藝封裝在套管內，產品的外殼制成與器芯配合較佳的八角形結構，整體外型美觀大方。其內外部結構見圖1。

1-均壓球；2-硅堆短路桿；3-高壓套管；4-油閥；5-殼體；6、7-調整電壓輸入a、x端子；8、9-儀表測量E、F端子；10-高壓尾X端子；11-變壓器外殼接地端；12-高壓輸出A端子；13-高壓整流硅堆；14-內部均壓環；15-變壓器鐵芯；16-初級低壓繞組；17-測量儀表繞組；18-二次級高壓繞組；19-變壓器油。

三、工作原理（YDQC新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器"可靠耐用的品質）

為單相變壓器，聯結組標號II。單臺高壓試驗變壓器的工作過程，用交流220V（10KVA以上為380V）電壓接入電源控制箱（臺），經電源控制箱（臺）內自藕調壓器（50KVA以上調壓器外附）調節0~200V（10KVA以上0~400V）電壓至試驗變壓器的初級繞組，根據電磁感應原理，在試驗變壓器高壓繞組可獲得試驗所需的高電壓。其工作原理圖見圖2所示。

1、單臺工作原理示意圖

圖2 ：單臺工作原理示意圖
在試驗變壓器中：a、x為低壓輸入端；A、X 為高壓輸出端；E、F為儀表測量端。
    2、單臺交直流兩用型高壓試驗變壓器工作原理見圖3。圖中所示：高壓套管內裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作高壓整流，以獲得直流高電壓。當用一短路桿將高壓硅堆短接時，可獲得交流高電壓，其狀態為交流輸出；反之在抽出短路桿時，其狀態為直流輸出。
    3、三臺高壓試驗變壓器串激獲得更高電壓原理見圖4，串激高壓試驗變壓器有很大的好處，因為整個試驗裝置由多個單臺串激式試驗變壓器組成，單臺試驗變壓器有著體積小、重量輕、便于運輸的特點，它既可以串接成高出幾倍的單臺試驗變壓器輸出電壓組合使用，又可以分開單獨使用。整套試驗裝置投資小、經濟實惠。圖3所示：在三臺串激式試驗變壓器串激使用中，單臺試驗變壓器B1、B2、B3的輸出電壓都是U，第1、2級的試驗變壓器內部都有一個激磁繞組，分別為A1、C1 和A2、C2。當控制電壓加在第1級試驗變壓器B1的初級繞組a1、x1上，激磁繞組A1、C1給予試驗變壓器B2初級繞組供電，第2級試驗變壓器B2的激磁繞組A2、C2給試驗變壓器B3的初級繞組供電。由于第1級試驗變壓器B1的高壓尾及殼體接地，第2、3級的試驗變壓器B2和B3對地有絕緣支架的隔離，這樣試驗變壓器B1、B2、B3對地輸出電壓分別為1U、2U、3U。

圖3：三臺高壓試驗變壓器串激工作原理示意圖
B1、B2、B3- 串激式高壓變壓器；1U、2U、3U-各級對地電壓；
PV- 高壓示值表（KV）； ZJ1、ZJ2-絕緣支架。

四、使用方法及注意事項（YDQC新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器"可靠耐用的品質）

1.做工頻耐壓試驗使用接線方法見圖5。做工頻耐壓試驗前，先根據試驗變壓器的額定容量選擇好限流電阻，(水電阻)的阻值，再根據被試品需加的高壓電壓值調整好放電球隙的球間距，為了提高對被試品施加電壓的測量精度，應在高壓側接入FRC阻容分壓器來測量電壓。

圖4：工頻耐壓試驗使用接線原理示意圖
R1、R2- 限流電阻； Qx- 放電球隙； Zx- 被試品；
FRC- 阻容分壓器； V- 分壓器高壓表。 
    按照圖4、結合圖2所進行的工頻耐壓試驗接好工作線路，試驗變壓器的高壓繞阻的X端（高壓尾）、儀表測量繞組的F端、試驗變壓器的外殼以及電源控制箱（臺）的外殼必須可靠接地。
    用三臺試驗變壓器串激做工頻耐壓試驗時、第2、3級試驗變壓器的初級繞組X端，儀表測量繞組的F端，以及高壓繞組的X端（高壓尾）均接本級試驗變壓器的外殼，第2、3級試驗變壓器的主體必須放置在絕緣支架上。除第1級以外、第2、3級試驗變壓器的主體不要接地線。其接線方式見圖3所示。
    接電源前，電源控制箱（臺）的調壓器必須調到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗變壓器已接通控制電源，開始升壓。
    從零位開始按順時針方向勻速旋轉調壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法，即20S逐級升壓法，慢速升壓法，即60S逐級升壓法，極慢速升壓法供選用）電壓從零開始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗電壓的75%后，再以每秒2%額定試驗電壓的速度升到您所需試驗電壓，并密切注意測量儀表的指示以及被試品的情況，被試品施加電壓的時間到后。應在數秒內勻速將調壓器返回，高壓降至1/3試驗電壓以下，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源線，試驗完畢。

工頻耐壓試驗操作過程注意事項

    1、試驗人員應做好責任分工,設定好試驗現場的可靠距離,仔細檢查好被試品及試驗變壓器的接地情況,并設有專人監護**及觀察被試品狀態工作。
    2、被試品主要部位應清理干凈，保持優良干燥，以免損壞被試品和帶來試驗數值的誤差。
    3、對大型設備的試驗，一般都應先進行試驗變壓器的空升試驗，即不接試品時升壓至試驗電壓，以便校對好儀表的指示精度，調整好放電球隙的球間距。
    4、做耐壓試驗時升壓速度不能過快，并防止突然加壓，例如調壓器不在零位的突然合閘，也不能突然斷電，一般應在調壓器降至零位時分閘。
    5、在升壓或耐壓試驗過程中，如發現下列不正常情況，1 電壓、電流表指針擺動很大，2 被試品發出不正常響聲，3 發現絕緣有燒焦或冒煙現象，應立即降壓，切斷電源，停止試驗并查明原因。
    6、使用本產品做高壓試驗時，除熟悉本說明書外，還必須嚴格執行國家有關標準和操作規程。

    2、做直流耐壓和泄漏試驗使用接線方法見圖5。由于是交直流兩用高壓試驗變壓器，應把高壓硅堆短路桿從套管中抽出，使試驗變壓器為直流輸出狀態。做直流泄漏試驗前，先根據泄漏試驗中輸出端斷路電流不超過高壓硅堆的*大整流為宜，選擇好限流電阻（水電阻）的阻值，再根據被試品對直流高壓波形的要求選擇好高壓濾波電容的電容值。為了提高對被試品施加電壓的測量精度，應在高壓側接入FRC阻容分壓器來測量電壓。 

圖 5：直流泄漏試驗使用接線原理示意圖
R- 限流電阻； C- 高壓濾波電容； Zx- 被試品； G- 硅堆短路桿；
FRC- 阻容分壓器；V- 分壓器高壓表；uA- 微安表；D- 高壓整流硅堆。
    按照圖5、結合圖3所進行的直流泄漏試驗接好工作線路。試驗變壓器的高壓繞組的X端（高壓尾）、儀表測量繞組的F 端、試驗變壓器的外殼以及電源控制箱（臺）的外殼必須可靠接地。

接線原理圖

接線原理圖
接電源前、電源控制箱（臺）的調壓器必須調到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗變壓器已接通控制電源，開始升壓。

     從零位開始按順時針方向勻速旋轉調壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法即20S逐級升壓法；慢速升壓法，即60S逐級升壓法；級慢速升壓法供選用）電壓從零開始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗電壓或額定直流電流下的參考電壓。試驗中應嚴密注意直流高壓表、泄漏電流表指示以及被試品的情況。試驗完畢后，應訊速均勻將高壓降至零位，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源。此時應用直流高壓放電棒給被試品及試驗裝置本身充分放電。

直流泄漏試驗操作過程注意事項

    （1）試驗人員應做好責任分工，設定好試驗現場的可靠距離，仔細檢查好被試品及試驗變壓器的接地情況，并設有專人監護保障及觀察被試品狀態工作。
    （2）被試品做試驗前，應拆除所有對外連線，并充分放電，主要部位應清理干凈，保持優良干燥，以免損壞被試品及帶來試驗數值的誤差。
    （3）對于大容量試品（電容器、超長電纜等）試驗時應緩慢升壓，防止被試品的充電電流過大而燒壞微安表，必要時應分級加壓分別讀取各電壓下微安表的穩定讀數。
    （4）試驗過程中，應嚴密監視被試品、微安表及試驗裝置等，一旦發生閃爍、擊穿等現象應立即降壓，切斷電源，并查明原因。

五、配套選購產品（YDQC新型電力設備“交直流高壓試驗變壓器"可靠耐用的品質）

下列產品僅供選擇，購買時需另行計價。
1.電源控制箱 容量:1KVA-5KVA、輸入電壓：220V
2.電源控制臺 容量:10KVA~300KVA輸入電壓：220V或380V
3.數字微安表：SWB-II
4.高壓濾波電容： 0.01MF、40 ~ 100KV
5.高壓直流放電棒： FBR— 70、140、210KV
6.放電球隙： Q—50、100、150、200、250、500
7.標準試油杯： 400ml
8.折疊式手推車： 150、300型
9.絕緣支架： 50、100、200、300、400KV
10.阻容分壓器： FRC —50、100、150、200KV
11.高壓硅堆： 2DL—150、300、450KV
12.水 電 阻： 50、100

六、主要試驗設備的選擇

1、試驗變壓器
    其高壓側額定電壓應不小于被試品的*高試驗電壓，額定電流不小于被試品的*大電容電流。被試品的電容電流和試驗變壓器所需容量計算式為：

被試品電容量Cx可由交流電橋測出。常用的被試品電容量按表1選取。

幾種常用被試品的電容量（pF） 表1

2、調壓設備
    （1）自藕調壓器。其調壓范圍廣、功率損耗小、波形畸變小、選擇這種調壓方式為*好。自藕調壓器的容量按0.75 ~ 1倍的試驗變壓器的容量選擇，適用于容量為100KVA以下的試驗變壓器的調壓。
    （2）感應調壓器。其調壓范圍大，波形畸形小、但結構復雜、價格較貴，當試驗變壓器的容量較大時（如100KVA以上）使用。
3、限流電阻
    限流電阻的作用是，當被試品擊穿時，限制斷路電流，從而保護試驗變壓器，防止故障的擴大。其數值以*高試驗電壓為準，按0.5 ~ 1 Ω / V（有效值）選擇，限流電阻可用水電阻。注意水不能充滿玻璃管，應留有余地，以防爆裂。
4、放電球隙
    放電球隙的布置方式有垂直和水平兩種，球隙間距S和球的直徑D的關系應保護在0.05D ≤S ≤0.5D范圍內，球隙上的水電阻阻值一般按0.1 ~ 1Ω/V選取,設置放電球隙的目的是為了對重要的被試品起保護作用,可以將由于誤操作或被試品擊穿引起的過電壓限制在允許的范圍內。

七、技術指示

1、使用環境條件

環境溫度不高于+40℃、不低于—20℃；空氣相對濕度不大于90%；海拔高度不超過2000米；
2、工作電壓
電源控制箱（臺）輸入電壓為工頻220V或380V、相對誤差不超過±10%；（具體使用電壓根據用戶所定試驗變壓器規格選?。?/span>

兩回線路不便同時停電，停一回線路總可以吧？21年6月，國網新疆電力調控中心組織新疆電科院、博爾塔拉供電公司和設備廠家的線路參數試驗專家組成專項攻關團隊，開展帶電零序互感阻抗測試研究，通過頭腦風暴和技術研討，探索只停一條線路就能完成參數測試的方法，盡可能降低測試對電網運行的影響。

團隊負責人、新疆電科院高壓所輸電室主管張小軍查閱大量資料后發現，可以借鑒異頻法抗工頻干擾技術原理。在此基礎上，團隊選擇了基于異頻感知的線路零序互感測試技術路線。該技術采用異頻作為注入和提取主要信號的方法，實現了抗工頻干擾。團隊還利用基于全球衛星導航系統授時同步的多通道數據采集技術，實現同一時刻線路數據的多端提取，最終研制出了輸電線路帶電互感阻抗參數測試裝置，能夠在減少停電線路條數的情況下開展測試。

23年11月6日，輸電線路帶電互感阻抗參數測試裝置在博爾塔拉蒙古自治州220千伏口岸變電站試點應用，完成了110千伏岸綜一、二線帶電零序互感阻抗測試。這是在新疆第1次實現零序互感阻抗參數不停電測試。測試在一回輸電線路帶電、一回輸電線路停電的情況下進行，不僅減少了線路全停作業帶來的各種安全風險，而且操作簡便、測試迅速、精準度高。

2024年，國網新疆電力持續攻關，在克孜勒蘇柯爾克孜自治州完成220千伏上園丁一、二線帶電零序互感阻抗測試。此次測試結果為13.865歐姆，而上一次兩回線路同時停電測試的結果為14.414歐姆，兩次結果僅相差3.8%，再次驗證了新測試裝置的可行性、準確性。此后，這種測試方法迅速在新疆推廣，截至目前已累計完成31組220千伏及以下平行線路測試。

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