刘东海,冯争人,韩 凯,葛宝金,席永鹏

（山东电力设备有限公司,济南 250022）

关于超特高压变压器现场短路法加热的实例应用

刘东海,冯争人,韩 凯,葛宝金,席永鹏

（山东电力设备有限公司,济南 250022）

我国西北地区属严寒地带，特高压电气设备安装、交接试验、并网和现场检修，难免要遇到极端寒冷的气候；短路法加热是解决超特高压变压器现场低温安装、试验、并网和检修问题的唯一方法。

变压器；短路；加热；并联谐振；补偿

1 前言

随着我国国民经济的迅猛发展，对电力和能源的需求量越来越大。而煤炭资源大部分布在我国的西北部地区，把煤炭资源转化为电力送往沿海经济发达地区是最经济最有效的方法。我国“十二五”期间将大力发展特高压电网，要建设多条750-1000kV交流和±800kV直流输电线路，超特高压变压器设备投入量也将以惊人速度增加。我国西北地区属严寒地带，特高压电气设备安装、交接试验、并网和现场检修，难免要遇到极端寒冷的气候，超特高压交直流变压器要求安装过程中器身在发热状态下进行滤油机热油循环，特别是交接局放试验和并网要求，变压器器身温度要求在10℃以上，这就是当前亟待解决如何避免超特高压变压器低温绝缘试验和低温并网的关键问题。短路法加热是解决超特高压变压器现场低温安装、试验、并网和检修问题的唯一方法。

2 现场短路加热法的原理

2.1 现场短路加热法的原理

（1）现场短路法加热的基本原理之一是：变压器有一侧短路，另一侧加低电压，从加压侧看变压器等值于一个电感并联一个电阻，此时电源供给变压器大容量感性无功和较小容量的有功，当这个有功达到100kW左右时就足以加热变压器用（变压器要有保温措施）。

（2）现场短路法加热的基本原理之二是：若用补偿电容器组补偿加热变压器所需的感性无功，这时变压器的等值电感和补偿电容器接近并联谐振状态，动力电源只需提供加热变压器所需的足够的100kW左右的有功功率，这就是短路法加热的奥妙之处。

3 现场短路法加热的适用范围

目前，我国的大型特高压变压器现场安装依然采用传统方法，对于容量的改变，只是增加热油循环时间、抽真空时间及静放时间，现场处理时间长且效率低下。短路法加热是使其内部绕组发热，从内部将器身绝缘均匀加热到指定温度，再经过抽真空和热油循环处理，带出绝缘内部的潮气，从而达到干燥的效果。

通过计算，所有超特高压交流变压器和换流变压器都可以用短路法加热，从而解决超特高压变压器现场低温安装、试验、并网和检修问题，只需根据计算结果调整相关加热设备的参数即可。另外此法也可用于220kV及以下的电力变压器现场加热用，因此，这是很有实用价值的一种绝妙的变压器现场加热方法。

4 主要设备

4.1 感应式调压器

4.2 励磁变压器

4.3 集装箱移动式补偿电容器组

5 理论计算（以750kV/500MVA自耦变压器为例）

5.1 接线原理图

表1 基本参数

5.3 中压5分接加压，低压短路试验计算

（1）中低试验时的额定电压电流计算

M5-L中压额定电压Uk=0.41kV

M5-L中压额定电流IM5=1189A

M5-L低压额定电流IL=2381A

（2）补偿电容器组的选择

补偿电容器组的容量要满足变压器电感所需要的无功，也要承受励磁变提供的电压。我们设计选取励磁变提供电压UM= 7kV，选择电容器组的额定电压为8kV，单个容量为300kVar，因此每个电容器的电容值为

（3）电容补偿计算

当电容器组补偿容量完全等于变压器所需的感性无功时，电容器配置容量Qc=QL/Kc=6188/0.766（取100的倍数）=8100kVar

（4）励磁变电流和容量计算

这里，我们选用500kVA励磁变（选用5分接）

组别：Dyn11或Dyn1

额定电压：0.4/（10±2×2.5％）kV

额定电流：722/35A

励磁变理论上输出无功电流IQ=886-884=2.0A

励磁变输出视在功率S=7×14.7=103kVA

（5）400kVA调压器电流和容量计算

调压器输出电压U2= U1=0.34kV

调压器输出电流I2=I1=303A＜额定355A

调压器输出功率S=103.0kVA

5.4 工频谐振原理计算论证

工频谐振

工频谐振是并联谐振的其中一种形式，由于受现场条件的原因，变电站只能提供工频50Hz的电压，而变压器的电感也为定值，因此只能通过调节电容的方法来达到并联谐振的目的。

Zk=7.912Ω

（2）M5-L短路阻抗电感值

由于短路阻抗中的电阻阻抗远小于电感产生电抗值，因此可认为全部是中对低短路电感在额定频率下产生的阻抗值，其电感值

若使电感和电容达到并联谐振，则需满足

即补偿电容器组所需的电容值

其工频并联谐振接近系数K=402.84/402.1=1.002

当750kV变压器中的电感与外部电容器组处于工频谐振状态时，励磁变提供的能量就会全部用于给变压器进行加热；从而由此并联谐振原理，我们论证了该电容补偿方法的可行性。

综上所述，利用电容和电感的并联谐振，通过补偿电容器组来补偿变压器的电感所需的无功。变电站只需提供很小容量的电源，就可以非常方便的实现变压器现场的加热；同时，此种方法也可以同时给两台单相变压器进行现场加热。

6 实例应用（我公司新疆伊犁750kV变压器现场加热试验）

我公司生产的750kV变压器安装于伊犁首座特高压变电站内，该站位于新疆伊犁尼勒克苏布台西，是750千伏伊犁至奎屯特高压输电线路的支点，是与西北电网联网的重要工程，也是西北实施“西电东送”的关键环节。750kV变压器的现场安装在十月中旬，后续的交接试验时间已经进入当地的寒冷冬季。为了顺利的完成现场安装及交接试验，我们采取了短路法加热试验，数据如下：

（1）现场加热试验数据

电容器实际补偿容量26×300+1×100=7900kVar

中压实际施加电压UM=7.05kV

电容器实际补偿电流IC=835A

励磁变输出电流I=13.7A

加热功率≈7.05×13.7=97kW

（2）实测效果图

图2 温升效果图

（3）现场试验连接示意图

图3 现场试验连接示意图

由现场试验数据可以看出，在变压器有保温措施的前提下，短路法加热大大缩短了热油循环的工艺时间，提升了油浸效果，保障了交接试验的油温度，短路法加热的效果是非常理想的。

7 注意事项

针对现场加热试验过程中出现的问题，提出几点注意事项：

（1）根据被试品的实际电容量，现场需要微调电容器组的补偿个数，已达到最大补偿效果。

（2）两台试品同时加热试验时，两台励磁变低压侧中性点只能有一点接地，防止出现大环流。

（3）变压器及其阀门状态合理选择。为防止热量的损失，变压器表面需要盖防雨阻燃保温被；对于外界温度非常低的环境，冷却器上端的阀门打开，下端关闭，以防止冷却器内部压力过大，损坏冷却器；当变压器冷却方式为ODAF时，为防止变压器内部过热，风冷器的上下蝶阀可以都打开，必要时可以开一组油泵进行循环。

8 结论

文章阐述了短路法加热的原理及适用范围，在理论计算的基础上，又引用实例进行了论证。上述计算方法是采用调节电容器组来达到并联工频谐振的目的，除此之外，也可以通过调节频率（变频器）的方式来达到并联谐振。短路加热法不仅对交流变压器可以运用，换流变压器、电抗器也可以采用。对于负载损耗比较大的大型变压器，加热的损耗为100kW左右时，励磁变压器所提供的电压占短路电压的比例会更小。目前，此方法在750kV变压器中得到了充分的实践论证，以后在换流变、电抗器试验中仍需积累试验数据、总结规律，为解决超特高压变压器现场低温安装、试验、并网和检修问题提供保障。现场短路法加热对于保障超特高压变压器及电抗器的绝缘性能以及投运后的安全运行具有重要意义。

刘东海（1962-），男，高级技师，山东济南人，本科，主要从事超变压器类产品的试验研究。