11月上旬，西電西變“220kV集成式智能變壓器研究”項目通過了集團驗收。這項成果滿足了國網(wǎng)公司“系統(tǒng)集成、裝備先進、節(jié)能環(huán)保、調(diào)控一體”的要求，達到了預期目標。
智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分,而變壓器是變電站中非常重要的一次設(shè)備，因此智能變壓器的研制成功是智能變電站的關(guān)鍵，智能變壓器的關(guān)鍵技術(shù)是變壓器智能組件的研制。同時，變壓器小型化、快捷化安裝也是智能化變壓器的重要組成部分。這個課題的研究內(nèi)容就是研制智能組件及智能組件與變壓器設(shè)備的有機結(jié)合，以及變壓器小型化、快捷化安裝，完成智能變壓器的研制，滿足“智能電網(wǎng)”的建設(shè)需求。
一、概述（YDQ交流耐壓機設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單）
YDQ系列高壓試驗變壓器是根據(jù)《試驗變壓器》標準，在油浸式試驗變壓器的基礎(chǔ)上而設(shè)計生產(chǎn)的。SF6氣體具有良好的電氣絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能，其耐壓強度為同一壓力下氮氣的2.5倍，擊穿電壓的空氣的2.5倍。在0.25MPa下與油的擊穿電壓相等，在0.45MPa壓力下是油的擊穿電壓的2倍，是一種優(yōu)于油的新一代超高壓絕緣介質(zhì)材料。該產(chǎn)品技術(shù)要求完全符合《ZBK-41006-89》標準，它是油浸式輕型試驗變壓器的換代產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有體積小、重量輕、不受氣候變化影響、電暈小、現(xiàn)場搬運無需靜止可使用，使用壽命長、免維修等特點。適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、科研部門等對各種高壓電氣設(shè)備、電氣元件、絕緣材料進行工頻或直流高壓下的絕緣強度試驗。
二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（YDQ交流耐壓機設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單）
YDQ系列高壓試驗變壓器采用單框芯式鐵芯結(jié)構(gòu)，初級繞組繞在鐵芯上，高壓繞組在外，這種同軸布置減少了漏磁通，因而增大了繞組間的耦合。產(chǎn)品的外殼為圓柱灌式容器結(jié)構(gòu)，能耐受0.8MPa以上壓力。其結(jié)構(gòu)見圖1：
三、工作原理（YDQ交流耐壓機設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單）
YDQ系列高壓試驗變壓器為單相變壓器，聯(lián)結(jié)組標號Ⅰ.Ⅰ. 用工頻220V(10kVA以上為380V)電源接入 (為本公司生產(chǎn)的試驗變壓器配套專用設(shè)備，詳細資料請見其具體使用說明書)系列操作箱(臺)，經(jīng)操作箱內(nèi)自偶調(diào)壓器(50kVA以上調(diào)壓器外附)調(diào)節(jié)至0～200V(或0～400V)電壓輸出至YDQ試驗變壓器的初級繞組，根據(jù)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。
單臺YDQ系列高壓試驗變壓器的工作原理圖見圖2。
單臺YDQ系列交直流高壓試驗變壓器的工作原理圖見圖3，圖中高壓套管中裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作半波整流，以獲得直流高電壓。當用一短路桿將高壓硅堆短接時，可獲得工頻高電壓，作為交流輸出狀態(tài)；取消短路桿時，作為直流輸出狀態(tài)。
試驗變壓器高壓套管中的高壓硅堆未畫出，其原理與上圖相同。
三臺試驗變壓器串級獲得更高電壓的接線原理見圖4。串級高壓試驗變壓器有很大的優(yōu)越性，因為整個試驗裝置由幾臺單臺試驗變壓器組成，單臺試驗變壓器容量小、電壓低、重量輕，便于運輸和安裝。它既然可串接成高出幾倍的單臺試驗變壓器輸出電壓組合使用，又可分開成幾套單臺試驗變壓器單獨使用。整套裝置投資小，經(jīng)濟實惠。圖5中，在第1級和第2級的每個單元試驗變壓器中都有一個勵磁繞組A1、C1和A2、C2。在三臺串級試驗變壓器基本原理中，低壓電源加在試驗變壓器Ⅰ的初級繞組a1x1上，單臺試驗變壓器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的輸出電壓都是V。勵磁繞組A1、C1給第2級試驗變壓器Ⅱ的初級繞組供電；第2級試驗變壓器Ⅱ的勵磁繞組A2、C2給第3級試驗變壓器Ⅲ的初級繞組供電。第2級試驗變壓器Ⅱ和第3級試驗變壓器Ⅲ的箱體分別處在對地為1V和2V的高電位上，所以箱體對地是絕緣的，試驗變壓器Ⅰ的箱體是接地的。這樣第1級、第2級、第3級試驗變壓器對地的額定輸出電壓分別為1V、2V、3V；其額定容量分別為3P、2P、1P。
YDQ系列高壓試驗變壓器做被試品的工頻耐壓試驗使用接線原理圖見圖5。
圖中：R1—限流電阻 FRC—阻容分壓器 RF—球間隙保護電阻 G—球間隙 CX—被試品
注：高壓尾必須可靠接地
工頻耐壓試驗中限流電阻R1應根據(jù)試驗變壓器的額定容量來選擇。如高壓側(cè)額定輸出電流在100～300mA時，可取0.5～1Ω/V(試驗電壓)；高壓側(cè)額定輸出電流為1A以上時，可取1Ω/V(試驗電壓)。常用水電阻作為限流電阻，管子長度可按150kV/m考慮，管子粗細應具有足夠的熱容量(水阻液配制方法：用蒸餾水加入適量硫酸銅配制成各種不同的阻值)。
球間隙及保護電阻：當電壓超過球間隙整定值時(一般取試驗電壓的110%~120%)，球間隙放電，對被試品起到保護作用。球間隙保護電阻可按1Ω/V(試驗電壓)選取。
在工頻耐壓試驗中，低電壓側(cè)測量電壓(儀表電壓)不是非常準確的，其原因是由于試驗變壓器存在著漏抗，在這個漏抗上必然存在著壓降或容升，使試品上的電壓低于或高于低壓側(cè)測量電壓表上反映出來的電壓。工頻耐壓試驗時，被試品上的電壓高于試驗變壓器的輸出電壓，也就是所謂容升現(xiàn)象。感應耐壓試驗時，試驗變壓器的漏抗必然存在著壓降。為了準確測量被試品上所施加的電壓，因此常在高壓側(cè)接入FRC阻容分壓器來測量電壓(見圖5)。
工頻耐壓試驗操作注意事項
1）試驗人員應做好分工，明確相互間聯(lián)系方法。并有專門人監(jiān)護現(xiàn)場保障及觀察試品狀態(tài)。
2）被試品應先清掃干凈，并優(yōu)良干燥，以免損壞被試品和試驗帶來的誤差。
3）對于大型試驗，一般都應先進行空升試驗。即不接試品時升壓至試驗電壓，校對各種表計，調(diào)整球間隙。
4）升壓速度不能太快，并必須防止突然加壓。例如調(diào)壓器不在零位時突然合閘。也不能突然切斷電源，一般應在調(diào)壓器降至零位時拉閘。
5）當電壓升至試驗電壓時，開始計時，到1min后，迅速降壓到1/3試驗電壓以下時，才能拉開電源。
6）在升壓或耐壓試驗過程中，如發(fā)現(xiàn)下列不正常情況時，應立即降壓，切斷電源。停止試驗并查明原因：①電壓表指針擺動很大；②發(fā)現(xiàn)絕緣燒焦或冒煙；③被試品內(nèi)有不正常的聲音。
7）耐壓試驗前后應測量絕緣電阻，檢查絕緣情況。
試驗變壓器在做被試品的直流耐壓或泄露試驗時接線原理圖如圖6。
注：此試驗應先抽出短路桿“D”，圖6中所示。
圖中：VD—高壓硅堆 R1—限流電阻 C1—高壓濾波電容 FRC—阻容分壓器 CX—被試品 μA—帶保護微安表
泄露試驗中限流電阻R1選擇在額定輸出電壓時，輸出端短路電流不超過高壓硅堆的*大整流。如電壓硅堆的*大整流電流為100mA時用于60kV的試驗裝置中，限流電阻按R1=60/0.1=600kΩ選擇。限流電阻還應具有足夠的容量和沿面放電距離。
高壓濾波電容C1一般選擇在0.01~0.1μF，當被試品的電容量很大時，C1可省略不用。
泄露試驗的操作及注意事項
1）試驗前應先檢查被試品是否停電，接地放電，一切對外連線是否擦干凈。要嚴防將試驗電壓加到有人工作的部位上去。
2）接好試驗裝置的接線后，應復查無誤后才可加壓。應特別注意檢查高壓設(shè)備及引線與地、與操作人員的可靠距離，被試品的外殼是否可靠接地，要按保障規(guī)程中所規(guī)定的內(nèi)容進行試驗。
3）對于大電容量設(shè)備應緩慢升壓，防止被試品的充電電流燒壞微安表。必要時應分級加壓，分別讀取各級電壓下微安表的穩(wěn)定讀數(shù)。
4）試驗過程中，應密切監(jiān)視被試品、試驗裝置、微安表，一旦發(fā)生擊穿、閃爍等異常現(xiàn)象應立即降壓，切斷電源，并查明原因，詳細記錄。
5）試驗完畢，降壓，切斷電源后應將被試品及試驗裝置本身充分放電。
四、注意事項（YDQ交流耐壓機設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單）
1、按照您所進行的試驗接好工作線路。試驗變壓器的外殼以及操作系統(tǒng)的外殼必須可靠接地。試驗變壓器高壓繞組的X端(高壓尾)以及測量繞組的F端必須可靠接地。
2、做串級試驗時，第2級、第3級試驗變壓器的低壓繞組的X端，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級、第3級試驗變壓器的外殼必須通過絕緣支架接地。
3、接通電源前，操作系統(tǒng)的調(diào)壓器必須調(diào)到零位后方可接通電源，合閘，開始升壓。
4、從零開始均勻旋轉(zhuǎn)調(diào)壓器手輪升壓。升壓方法有：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。電壓從零開始按一定的升壓方式和速度上升到您所需的額定試驗電壓的75%后，在以每秒2%額定試驗電壓的速度升到您所需的額定電壓，并密切注意測量儀表的指示以及被試品的情況。升壓過程中或試驗過程中如發(fā)現(xiàn)測量儀表的指示及被試品情況異常，應立即降壓，切斷電源，查明情況。
5、試驗完畢后，應在數(shù)秒內(nèi)勻速的將調(diào)壓器返回至零位，然后切斷電源。
6、本產(chǎn)品不得超過額定參數(shù)使用。除試驗必須外，決不允許全電壓通電或斷電。
7、 再升壓或耐壓試驗過程中，如發(fā)現(xiàn)以下不正常情況時，應立即降壓，切斷電源，停止試驗并查明原因。
⑴電壓表指針擺動(或數(shù)字跳動)很大
⑵電流表直線上升
被試品內(nèi)有不正常的聲音
8、圖1中第9項系壓力閥及壓力表，為長期關(guān)閉狀態(tài)。每6個月開閥一次，以檢查SF6壓力，應不小于0.2MPa(檢查壓力后立即關(guān)閉閥門)，低于0.2MPa時應加SF6氣體，以增加氣絕緣。
9、耐壓實驗前后應測量被試設(shè)備的絕緣電阻，檢查絕緣情況。
10、 當試驗變壓器長期不使用時，應放置于通風、干燥、無陽光直射的地方。
11、 該產(chǎn)品不允許在高于45℃的溫度下長期存放、使用、放氣。
12、 運輸搬運途中不得重力沖擊。
13、 產(chǎn)品緊固件及壓力閥、壓力表不得擅自松動。
14、使用本產(chǎn)品做高壓試驗時，出熟悉本說明書外，還必須嚴格執(zhí)行國家有關(guān)標準和操作規(guī)程?？蓞⒄?/span>GB311-83《高壓輸變設(shè)備的絕緣配合，高壓試驗技術(shù)》；《電氣設(shè)備預防性試驗規(guī)程》等。
五、試驗變壓器的容量選擇（YDQ交流耐壓機設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)簡單）
標稱試驗變壓器容量Pn的確定公式：Pn=kVn 2ωCt×10-9
式中：
Pn——標稱試驗變壓器容量(kVA)
Vn——試驗變壓器的額定輸出高壓的有效值(kV)
k ——保障系數(shù)。k≥1，標稱電壓Vn≥1MV時，k=2；標稱電壓較低時，k值可取高一些。
Ct——被試品的電容量(pF)
ω——角頻率，ω=2πf， f——試驗電源的頻率
被試設(shè)備的電容量Ct可由交流電橋測出。Ct的變化很大，
可由設(shè)備的類型而定。
典型數(shù)據(jù)如下：
簡單的棒式或懸式絕緣子 幾十微法
簡單的分級套管 100～1000pF
電壓互感器 200 ～ 500pF
電力變壓器 < 1000kVA ～1000pF
> 1000kVA 1000～10000pF
高壓電力電纜和油浸紙絕緣 250～300pF/m
氣體絕緣 ～60pF/m
封閉變電站，SF6氣體絕緣 100～10000Pf;
對于不同的試驗電壓Vn，選擇不同的(適當?shù)?/span>)可靠系數(shù)k。
以下列出不同的Vn所選用的k值供參考。
Vn =50~100kV k = 4
Vn =150~300kV k = 3
Vn > 300kV k = 2
近年來，隨著我國電力需求的加大，電力設(shè)備用戶對變電站設(shè)備的要求，從單一的設(shè)備需求開始向標準化、模塊化設(shè)備需求發(fā)展。同時，要求廠家提供快捷安裝、快速互換，設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測，保證電網(wǎng)可靠運行。目前，國內(nèi)外集成式變電站設(shè)備主要集中在箱式變電站的研究上，電壓等級主要在66kV級以下，110kV級電壓以上沒有研究，220kV集成式電站用智能變壓器的研究還未開展。
為了滿足電力事業(yè)發(fā)展的需要，西電西變220kV集成式智能變壓器研究項目組在已有變壓器設(shè)計制造成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對智能變壓器進行現(xiàn)場安裝的快捷化、變壓器小型化、智能部分集成化、主變壓器智能組件及其與變壓器設(shè)備的有機結(jié)合方面進行研究，改進和完善設(shè)計手段、制造技術(shù)，依據(jù)工程運行工況條件，運輸條件及使用條件，完成技術(shù)方案的研究，積累集成式智能變壓器的設(shè)計、制造、試驗、安裝等方面的經(jīng)驗，并形成研究報告。依托山西臨汾寺莊220kV電力變壓器，開發(fā)出的智能組件配置合理、現(xiàn)場安裝便捷、產(chǎn)品外形尺寸緊湊、綜合分析系統(tǒng)選用合理的集成化智能變壓器，并實現(xiàn)變壓器運行狀態(tài)的數(shù)字化、信息化監(jiān)測、控制。
西電西變220kV集成式智能變壓器的研發(fā)，是針對電力用戶未來的發(fā)展需求提出的，代表著電力設(shè)備發(fā)展的趨勢，市場前景非常廣闊。它的研發(fā)成功，凸顯出集團在整個電力裝備制造業(yè)的整體技術(shù)優(yōu)勢，是集團成為世界1流的電力裝備制造企業(yè)的有力技術(shù)支撐。
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