电力变压器野外试验自备电源的研究与应用

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[摘 要]本文主要是对电力变压器野外试验自备电源的研究，对当前常用发电机的电源进行详细的剖析；针对现有停电作业后备电源的不足而提出了三种方案，并对三种方案从原理上和应用性进行了论述，选取了最具实用性的方案，并在实践中检验，从而寻求到彻底解决长期困扰试验人员多年的后备电源质量问题的电源―在线式不间断电源。

[关键词]电力变压器 野外试验 自备电源 研究 应用

中图分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）34-0233-03

1、引言

梅州地处山区，多高山峻岭，且自然村分布零星，许多山区小村偏远，交通不便或根本无法通行车辆，由于客观存在的地理位置使梅州农村电网的维护长期以来都是一个令人头痛而又不得不面对的问题，特别是在梅州供电局对梅县、平远县、兴宁市（县级）、大埔县、五华县、蕉岭县、丰顺县供电局进行收编接管后，为提高电力供应的可靠性和电压质量，和规范农村配电网络，对各县一些历史原因遗留的6kV线路，进行农网改造，要求升压改成10kV线路；而升压改造往往是将原6kV的变压器通过改内部接线的方式进行。

因此，在农村电网维护或改造时，往往要对变压器进行交接性试验，面变压器的交接试验项目主要有变压器直流电阻测试及变比测试，分接头的电压比测试，变压器的三相接线组别和单相变压器引出线的极性测试，非纯瓷套管试验，绕组和套管的绝缘电阻，、吸收比或极化指数测试，绕组和套管的交流耐压试验等；由于是停电作业，且大都是在野外或山区内，在进行变压器试验时，只能自备发电机发电或其它电源设备，以提供试验电源。

在多年的工作实践中发现，用汽油发电机或柴油发电机提供试验电源，在进行变压器试验时，变压器的一些常规试验项目往往无法顺利完成，例如变压器直流电阻测试及变比测试，有时甚至会使试验仪器“死机”，更严重的造成试验仪器烧坏；而这些测试仪在电网的市电中是正常工作的。我们在排除其它可能的原因后，通过仪器对汽油发电机或汽油发电机提供试验电源进行分析，发现电源波形是杂乱的，且电压波动比较大（见下面波形图一）；

而我们对电网的市电进行分析，发现市电的波形是稳定的、平滑的正弦波，且电压幅值的稳定的（见下面波形图二）。因现今的测试仪器都是精密的微机式仪器，对电源的质量要求比较高，因此可以初步断定，电源的质量问题的造成测试仪器不能正常工作或性能下降的原因。

因变压器试验的质量直接关系到电网的安全运行及供电质量，因此对野外试验自备电源进行深入研究，寻求有效解决野外试验自备电源质量问题的手段，做好变压器试验就有了深刻的意义。

2、现有野外停电作业后备电源的缺陷分析及探讨

（1）长期以来，在野外停电进行变压器试验时，试验人员都是以发电机作为停电作业的自备电源，而此类自备电源的供电质量问题一直困扰着电力设备试验人员，给试验工作带来了诸多不便和一系列的问题。针对自备电源供电的质量问题，我们进行了深入的研究和分析，发现的问题主要有以下几个方面：

众所周知，发电机的原理是（汽油发电机为例）： 汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能。 在汽油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化汽油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到汽油的燃点。汽油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为“作功”。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装，就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。如要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的汽油机和发电机控制、保护器件和回路。

目前市场上的汽油（柴油）发电机多是只带有简单的整流回路，我们分析了目前市场上几种常用发电机输出的电源，通过波形分析发现，无论是波形还是幅值都不尽人意，下面是几个厂家生产的发电机输出电源的波形分析图（图三、图四、图五）：

以上发电机输出的电源在作为停电作业后备电源实践应用中，由于电源的质量不稳定，在停电施工中作为后备电源，给变压器试验工作带来了很多不必要的麻烦，有时甚至无法驱动测试仪，或者测试仪显示一直在测量，严重影响了紧张的停电作业和变压器试验质量。

（2）为寻求有效解决停电作业后备电源的问题的手段，我们也尝试了如下几种方案：

方案一、因发电机电源的质量问题主要是电压不稳定、电磁干扰大及不是标准的正弦波，因此，为解决问题，我们将发电机的电源引入我们准备好的交流滤波器（滤波器要有良好的接地时），利用交流滤波器消除发电机PWM电压带来的各种问题（过冲电压、过高的dv/dt、电机轴承电流等），及抑制电磁干扰的功能，以达到对电源滤波的效果。再将滤波器出来的电源引入交流稳压器，在经过稳压装置后再驱动测试仪，以完成变压器的各项交接试验项目。

通过实践应用的结果是，有时可以驱动测试仪，并能完成一些变压器交接试验项目测试，但不是很稳定，在进行变压器直流电阻测试及变比测试测试时，测试仪会出现突然“死机”或测试时间过长的现象；重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长，不能很好地完成测试工作。通过分析发现，在示波器下该电源的正弦波波形不是平滑的，波形是链状的（其波形见下图六）。发电机的电源经过滤波器过滤，再经过稳压器稳压后，仍然无法彻底消除干扰，得到良好的正弦波电源，所在此方案的电源无法正常完成《变压器交接试验规范》要求的项目，就算是在重复多次完成试验，此种情况下测试的数据是不可靠、不可信的，试验人员是无法依据测试数据来判断变压器的性能是否合格的，所方案一不能用。

方案二、因方案一中发电机的电源经过滤波器过滤，再经过稳压器稳压后，仍然无法彻底消除干扰，得到稳定的、平滑的正弦波电源，因UPS电源适合带阻容性、阻性、微感性的微机类负载，所以我们考虑采用后备式不间断电源。UPS电源主要由整流器、逆变器、畜电池组及交流稳压器等组成。所谓后备式不间断，顾名思义，就是说在正常状态下由电网提供电力，当外来供电中断时（也就是电网停电时），后备式不间断电源装置，则将其自带的蓄电池中的直流电，通过逆变器转换为交流电继续为设备供电；换言之就是后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当市电异常时，后备式UPS会迅速切换到逆变状态，将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电。

在实际测试过程中发现：切断后备式不间断装置充电回路开关，由后备式不间断装置自带的畜电池组通过逆变器转换为交流电源，可以完成电力变压器交接试验的所有测试项目，但如合上充电回路开关后（充电电源由发电机提供），根据后备式不间断电源的工作原理，逆变器停止工作，处于等待状态；UPS装置切换到外接发电机充电回路，这时变压器测试仪会出现突然“死机”或测试时间过长的现象；重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长，不能很好地完成测试工作，也就是出现方案一的试验现象。

通过分析发现：当后备式UPS装置切换到外接发电机充电回路供电时，电源波形是杂乱的，且电压波动比较大，并出现锯齿状（见下面波形图七）；

当而我们切断后备式不间断装置发电机充电回路开关，由后备式不间断装置自带的畜电池组通过逆变器转换为交流电源供电时，分析发现此电源的波形是稳定的、平滑的正弦波，且电压幅值的稳定的（见下面波形图八）。此方案不适合在野外停电作业使用。

方案三、通过以上两个方案分析，因现今的测试仪器都是精密的微机式仪器，对电源的质量要求比较高，必须是稳定的、平滑的电压幅值的稳定正弦波电源。可经判断，电源的质量问题是造成变压器测试仪在试验时出现突然“死机”或测试时间过长，重新开机时，测试仪不能正常启动或启动时间过长现象，不能很好地完成测试工作或性能下降的根本原因。

随着微机式精密测试仪器的不断涌现和大量应用，对工作电源的质量要求越来越高。因此当务之急就是通过对试验设备电源的研究，寻找一种适合现阶段精密测试仪器在野外使用的电源。。我们在方案二的基础上，提出了第三个方案（见示意图）。

方案三中，因在线式不间断装置输出的电源有稳压、稳频、滤波及抗干扰能力强的特点，我们将后备式不间断装置换成了在线式不间断装置，其它部分保留，在线式不间断电源与后备式不间断电源的原理基本相同。从原理上看，在线式不间断电源同后备式不间断电源的主要区别在于，后备式不间断电源在有外接电源时，仅对外接电源进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当外接电源异常时，后备式不间断装置会迅速切换到逆变状态，将自带电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式不间断装置在逆变工作时会有一段转换时间，一般小于10ms；而在线式不间断电源装置在正常工作情况下，外电源经输入隔离变压器整流后变为直流电，该直流电经逆变器转换为高质量的交流电供负载；若外接电源异常时失时，控制装置自动将备用蓄电池的电能输入逆变器，逆变成交流电后继续供负载，外接电源恢复时，自动转为市电整流后逆变供电，若市正常逆变故障时，则自动通过输出切换开关不间断切向电子旁路供电，等故障排除后再恢复至逆变供电。因此在线式不间断装置开机后，逆变器始终处于工作状态（除发生故障），在外接电源异常时切换时没有中断时间，能连续供电。

我们在通过对在线式不间断电源的分析，其波形稳定的、平滑的、电压幅值稳定的正弦波电源（见下图九），在实际变压器交接试验测试过程中可随时接发电机充电，都能使仪器正常工作，顺利完成所有测试项目。

所以，因在线式不间断电源工作原理是将外来供电转换为直流电存入自带的蓄电池，同时从蓄电池获取直流电转换为交流电为设备供电，其输出的电压波形为正弦波，电压相当稳定，且搞干扰性能好，携带方便，操作简便，非常适合微机测试仪的后备电源；基于以上优点，在线式不间断电源装置正是我们需要的电力变压器野外试验自备电源设备。

3、在线式不间断电源装置的应用

我们在梅州市07年度农电改造项目―兴宁市黄槐镇35kV四望嶂变电站6kV墟镇线变压器改造工程中，该工程的主要任务是一天之内将线路上的15台6kV电力变压器，通过改造内部接线的方式，改造成10kV电力变压器，然后升压运行。因黄槐镇全镇的生活用电都是由该线路供，该工程时间紧、任务重。为减少缩短停电时间，我们采用的方案是分段实施、早停夜送（七时开始停电，十八时前送回电）的方式施工。因为原6kV电力变压器都是在原位改接线，改造成10kV电力变压器，施工人员必须精确计算每项施工工序的时间，其中最为关键的项目就是变压器内部接改造和改造后的交接试验。

按当时的人力、物力，将一台6kV电力变压器改造成10kV电力变压器需120分钟，而完成一台电力变压器交接试需60钟，因此都是争分夺秒的。为保证工程顺利完成，在解决所有人力物力后，在大范围停电时，怎样解决电力变压器试验的后备电源及其它施工电源，保证电力变压器改造后的测试时间和质量就显得尤为重要。

我们携带了五台福州凯特电气有限公司产的KD2000型在线式不间断电源装置，因停电作业时间长，KD2000型在线式不间断电源装置只能向负载连续提供3小时的电源，因此我们配置了五台便携式单相发电机，作为在线式不间断电源装置的充电电源。在实际应用时，由于在线式不间断电源的能提供高质量正弦波电源，且干扰性好、携带方便、操作简便的性能，在停电作业规定的时间中，顺利完成了电力变压器的所有测试项目。

在线式不间断电源为此项大面积停电、施工任务繁重的工程，提供了高质量电源支持，为以后同类型的停电作业施工提供了很好的案例参考。同时也解决了长期以来，一直困扰电力设备试验人员电源质量问题。

实践证明，在线式不间断电源输出电压稳定，携带方便，操作简便，运行稳定性好，非常适合微机测试仪的后备电源。在线式不间断电源的推广应用，有效提高了设备试验的质量、节约了试验时间、提高了试验效率，赢得了广大电力设备试验人员的一致好评，为梅州电网的安全、稳定、高效运行作出了突出贡献。

参考文献

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