安科瑞特高压试验系统在哈尔滨变压器有限公司特高压制造基地的应用

0 概述

    哈尔滨变压器有限责任公司始建于1955年，是中国500家最大电气机械器材制造企业之一。70年代初就被国家确定为生产110kV级电力变压器产品的定点厂，92年被确定为国家220kV级电力变压器定点生产厂，97年被确定为全国城乡电网改造获批单位，目前为全国变压器行业重点骨干企业和黑龙江省变压器行业龙头企业，主要从事输变电装备的制造和经营，为客户提供输变电装备和整体解决方案与专业化服务。

    安科瑞电气股份有限公司于2009年6月承接哈尔滨变压器有限责任公司由哈尔滨市政府投资7亿元精心打造的“双百万”工程220kV和500kV超高压变压器厂房建设中的自动控制系统。

1、客户需求

    试验系统要求必须完成实500kV/720MVA及以下容量电力变压器的例行试验，试验系统必须完成的变压器产品试验项目，具体内容如下：

   1.1 空载电流和空载损耗测量

   1.2 空载电流谐波测量

   1.3外施感应耐压试验

   1.4短路阻抗和负载损耗测量

   1.5三相变压器零序阻抗测量

   1.6温升试验

2、主要物品

   2.1 工业控制计算机：主频2.0、内存2G  2*500G硬盘、显示器22液晶、打印机、激光A3

   2.2  UPS电源2kVA在线式

   2.3  PLC控制柜及控制器机柜（800×800×2200）各1台，如下图1所示

图1

   2.4 特性试验桌工作台2000*900（mm）如下图2所示：

图2

   2.5 机组、中间变压器运行参数指示仪表、监视仪表等，具体设计图纸如下图3、4所示；

图3

图4

   2.6 控制系统所需要的全部软件，软索引界面如图5所示：

图5

   2.7 500KV和220KV控制控制系统结构图如图6、7所示：

图6

图7

3、控制的主要设备

    3.1 15000kVA工频发电机控制；

    3.2 7500kVA工频发电机组控制（220kV试验站与超高压试验大厅共用，但不能同时使用）；

    3.3 2000kVA中频发电机组控制（220kV试验站与超高压试验大厅共用，但不能同时使用）；

    3.4 2000kVA支撑变压器控制；

    3.5 15000kVA中间变压器控制，如图8所示：

图8

   3.6 主回路测量用电流、电压互感器的控制，如图9所示：

图9

   3.7 900kvar-1800kvar-2700kvar无载可调补偿电抗器控制；

4、试验项目

    依据被试变压器测试电压，调整中间变压器电压分接，显示分接开关分接位置，确定并调整电压互感器电压档位，显示电压互感器档位及变比，依据被试电流大小确定并调整电流互感器档位，显示电流互感器档位及变比；并保证互感器二次不开路；确认隔离刀的位置并判断是否正确。依据试验电压、电流确定过电压、过电流的值，并进行保护。（一般电压不超过105%，电流不超过120%）。

    控制148kV试验输出母线的隔离刀分、合位置是否正确。对分、合位置不正开关进行提示，并且直到错误纠正后才进行下一步操作。

    a.空载试验

    b.负载试验

    c.感应耐压试验

    以上三项为最基本的功能，试验测控系统配备自动分段快速而无振荡升降电压、最佳电流量程自动选择切换功能模块及先进的发电机励磁调节设备，系统应具有试验速度快、试验数据精度高、自动记录分析各项性能数据并实时显示试品各项试验结果等性能。系统配备用鼠标或键盘升降键操作的手动“慢升”、“慢降”、“快升”、“快降”调压按钮（如果发电机有此功能），供用户需要手动调压时使用。手动调压时，可随时用鼠标手动点击“数据采集按钮”，同步采集三相电压平均值、方均根值、三相平均电流、试品总损耗等实时数据，并可无限制地重复采集，直到试验人员对数据满意为止。

    4.1 空载试验                                                                  

    空载试验由计算机根据产品序号调出产品参数或由试验员确定试验电压，调整中间变压器并确认，调整电压互感器档位并确认，调整电流互感器档位并确认。操作各刀闸并判断位置是否正确，依次合各开关并验证是否合上，控制发电机升压，控制升压速度及测量点位置，自动或手动调整，使测量点的位置以平均值电压表为准误差小于0.2%（功率分析仪误差保证）（或缺省设置，此数据对用户开放，用户可自由设定大小），当电压在误差范围之内时，系统自动测试，按平均值电压校准空载损耗值，自动保存数据如图10所示，降低电压，依次断开各接开关并确认，试验结束。

图10

    试验员可依据情况调整试验持续时间，以便观察被试品情况。在空载试验中依据被试变压器设定有过电流、过电压、电压不平衡保护，在保护动作时将动作时的值锁定，以便分析故障性质。

    4.2 负载损耗试验

    负载损耗试验可由计算机根据产品序号调出产品参数或由试验员确定试验电流、试验电压，调整中间变压器，调整电压互感器档位并确认，调整电流互感器档位并确认。操作各刀闸并判断位置是否正确，依次合各开关并验证是否合上，控制发电机升压，控制升压速度及测量点位置，可自动或手动调整，当电流在误差范围之内时，系统自动测试，自动保存数据如图11所示，降低电压，依次断开各开关并确认，试验结束。

图11

    试验员可依据情况调整试验持续时间，以便观察被试品情况。负载损耗试验可直接在额定分接，最大分接和最小分接（或试验员确定的分接）分别进行，数据可依次保存在数据库中。

    在负载试验中依据被试变压器设定有过电流、过电压、电压不平衡、电流不平衡等保护，在保护动作时将动作时的值锁定，以便分析故障性质。

   4.3感应耐压试验

    感应耐压试验可由计算机根据产品序号调出产品参数或由试验员确定试验电压和试验时间，调整中间变压器档位并确认，调整电压互感器档位并确认，确定试验电流，调整电流互感器档位并确认。确认各刀闸位置并判断是否正确，依次合各开关并验证是否合上，控制发电机升压，控制升压速度及测量点位置，可自动或手动调整，使测量点的位置以大于97%，小于101%（或缺省设置，此数据值对用户开放，用户可自由设定大小），系统自动计时，计时结束，降低电压，依次断开各开关并确认，如图12所示：

图12

    试验员可依据情况调整试验持续时间，以便观察被试品情况。

    在感应电压试验中依据被试变压器设定有过电流、过电压、电压不平衡、电流不平衡等保护，在保护动作时将动作时的值锁定，以便分析故障性质。

    4.4 温升试验

    该计算机系统具有外部试品温度数据通讯接口，能实时显示标准通讯信号数据。

    以上实测数据和计算结果数据可归档至数据库，供随时查询、打印，如图13所示：

图13

   4.5 谐波分析功能：1~19次谐波，变压器谐波分量测量与空载损耗测量同时进行，测量19次以内的三相电流、三相电压谐波分量，可以列表显示各次谐波分量的百分数并打印在A4纸上，以上数据可保存，待日后查询。

5、计算机、PLC网络及控制保护

   5.1 系统具有人性化的人机界面：试验开始至结束，均有系统提示操作。

    试验数据、试验记录的查询和打印功能：所有的试验数据均保存在系统数据库内，可按不同的方式查询和打印，如按试品编号、试验日期查询，或按试验顺序用滚动方式进行模糊查询。试验记录格式由哈尔滨天通变压器有限责任公司提供。系统配备与本系统主工控计算机联网的网络上计算机使用的软件，供网上其他终端计算机查询、打印试验记录和输入直流电阻、变比等其他数据之用,如图14所示

图14

   5.2 系统运行中，即使计算机死机，系统也不会失控，系统具有紧急停止按纽。并采用可靠的隔离措施防止高电位进入计算机网络系统，系统应具备高可靠性。

   5.3 本系统中的计算机（试验台）能查询、显示、控制系统中的所有主要运行数据，如机组的各点温度、超温报警（如果发电机组有此通讯功能）、电流、电压、功率、功率因素、有功功率、频率等参数的实时值。如图15所示：

图15

   5.4 发电机控制

    发电机控制将分别进行励磁调节，励磁电流、电压测量。发电机输出开关控制；发电机输出电流、电压测量（三相同时显示包括开关柜上电磁式仪表）；发电机过电流、过电压保护，过流、过压保护值要有默认值和输入值两种方式。以上保护与电磁式速断保护在时间上和保护值上相互配合，使保护更完善，更可靠。上述操作均在计算机上完成，如图16所示：

图16

   5.5 警灯、警铃、急停按钮：

    警灯、警铃由计算机通过开关辅助接点控制。保证程序正确。一般在电源合闸之前，响三声警铃，每次2秒，在电源全部断开之后响一声警铃，时间为5秒。在安全开关放在运行位置时，警灯亮，在禁止位置后警灯灭。

    急停按钮在主控室和每一个控制箱上安装，保证在发生紧急情况时可靠地断开电源回路，以保证人身和设备的安全。

   5.6 计算机上能看到以下4处电压和电流的实际的A、B、C三相的显示：

    发电机组或调压器的输出电压和电流，三相共6个值；试验中间变压器的输出电压和电流，三相共6个值；（变压器的输出端有电流互感器）;电容器塔（如果它们投入使用的话）输出电压和电流，三相共6个值；（电容器塔的输出端有电流互感器）；测量系统所测量出的加在被试变压器上的电压和电流。中变、电容塔、试品上的电压是一样的，均来自功率分析仪，如图17所示：

图17

6、结束语：

    采用PLC编程控制系统对整套试验站的控制部分进行集中控制，通过复杂的联锁及互锁电路设计，防止人为误操作事件的发生；所采用PLC编程控制器由德国西门子生产，控制元器件由施奈德提供；变压器微机综合试验系统由中国新时代工程公司设计，配合高精度进口功率分析仪等测量仪器，可对各项数据进行测量、采集、显示、储存；PLC控制柜与监控系统采用光纤通讯；试验站通过高压隔离切换可以完成试验电源的选用，同时可以将试验电源控制权交由试验台控制；由于两试验室共用两套试验电源。接线较为复杂，为了保证设备和人身安全，各试验台设置了电气互锁。同时在试验室内设置模拟运行盘，以显示试验系统的连接状态，便于试验人员掌握设备总体运行情况。

    高压试验系统自投入运行后，大大提高了试验数据的准确性和数据保存时间，为实现出厂变压器的可追溯性提供了基础数据和依据，获得使用方好评！

作者简介：

张巧玉，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，工程师，

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