绕组不等容量比VX接线牵引变压器的试验方法

摘要

本发明公开了一种绕组不等容量比VX接线牵引变压器的试验方法，通过对VX接线牵引变压器中的两台单相变压器分别进行空载试验、短路试验、温升试验，得到各自的测量结果，同时通过变压器关键部件几何参数计算得到修正系数，对由于不同容量的牵引绕组和馈电绕组之间互相影响而导致的测试误差进行修正。通过本发明提供的考虑VX接线牵引变压器的试验方法，其能更为有效地对VX接线牵引变压器的性能进行评估。

说明书

技术领域

本发明属于牵引变压器试验技术领域，具体涉及一种绕组不等容量比VX接线牵引变压器的试验方法。

背景技术

我国高速铁路牵引供电系统绝大部分采用AT供电方式，AT供电系统具有牵引网阻抗小、供电距离长等优点。牵引变压器是AT供电系统中的核心设备之一，而VX接线牵引变压器由于其占地面积小、成本低而得到广泛的应用。

由于牵引网中馈线电流较接触网中的电流要小，为考虑经济性，VX接线牵引变压器中两台单相的绕组容量通常不相等，这就导致了变压器在试验过程中得到的试验结果误差大、有效性低的问题，且两台变压器处于同一个油箱中，在出厂试验时两台变压器是分别进行试验的，因此试验过程中测量得到的结果与实际运行中会有一定偏差，尤其是空载损耗、短路损耗、短路阻抗、绕组和油温升，其难以反映VX接线牵引变压器的真实性能，这将极大地影响对变压器的现场运行情况及全寿命评估，而现有的试验方法通常是根据三绕组电力变压器的通用试验方法来进行的，其对变压器的评判标准也只是采用电力变压器的通用评判标准，并未考虑试验时变压器之间的相互影响，难以真正地对牵引变压器进行出厂诊断。因此，急需针对该类牵引变压器提出一种更为有效的试验方法，以提高变压器现场运行能力的评估水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑不同容量的牵引绕组和馈电绕组之间互相影响的VX接线牵引变压器的试验方法，包括考虑其测试流程及测量结果修正方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种绕组不等容量比VX接线牵引变压器的试验方法，所述VX接线牵引变压器包括变压器1和变压器2两台单相变压器；变压器1接线端子包括：高压绕组端子A、B，牵引绕组端子a1、x1，馈电绕组端子a2、x2；变压器2接线端子包括：高压绕组端子B、C，牵引绕组端子b1、y1，馈电绕组端子b2、y2；变压器1容量S₁，高低压变比N₁，铁轭间中心距离H₁，心柱间中心距离W₁，心柱截面积A₁；变压器2容量S₂，高低压变比N₂，铁轭间中心距离H₂，心柱间中心距离W₂，心柱截面积A₂；包括以下步骤：

步骤一：进行VX接线牵引变压器空载电流和空载损耗测量试验，包括：

(1)测量变压器1空载损耗，将a1、x1与外部供电电路连接，其他各接线端子之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，使其达到变压器1中牵引绕组的额定电压，读取瓦特表和电流表的数值，分别记为P_o1和I_o1；

(2)测量变压器2空载损耗，将a2、x2与外部供电电路连接，其他各接线端子之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，使其达到变压器2中牵引绕组的额定电压，读取瓦特表和电流表的数值，分别记为P_o2和I_o2；

(3)对测量得到的空载损耗进行修正，得到牵引变压器的空载损耗P_o＝k_o(P_o1+P_o2-P_m)，其中，P_m为测量系统自身的损耗，k_o为空载损耗修正系数；

其中，空载损耗修正系数k_o计算方式如下：

若|k₁-k₂|＞3％，则认为变压器设计可能存在问题。

步骤二：进行VX接线牵引变压器短路阻抗和负载损耗测量试验，包括：

(1)测量得到变压器1高压绕组电阻R_H1，牵引绕组电阻R_T1，馈电绕组电阻R_F1，变压器2高压绕组电阻R_H2，牵引绕组电阻R_T2，馈电绕组电阻R_F2；

(2)将变压器1中牵引绕组端子a1与x1短接，高压绕组端子A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线端子A和B之间的负载损耗P_k1、短路阻抗Z_k1；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k4、短路阻抗Z_k4；

(3)将变压器1中馈电绕组端子a2与x2短接，高压绕组端子A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线端子A和B之间的负载损耗P_k2、短路阻抗Z_k2；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k5、短路阻抗Z_k5；

(4)将变压器1中牵引绕组a2与x2短接，馈电绕组a2与x2短接，高压绕组A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线柱A和B之间的负载损耗P_k3、短路阻抗Z_k3；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k6、短路阻抗Z_k6；

(5)对测量得到的短路阻抗及负载损耗进行修正，修正后的短路阻抗及负载损耗如下：

其中，短路阻抗及负载损耗修正系数l_t1、l_t2、l_t3计算方式如下：

步骤三：进行VX接线牵引变压器顶层油温升测量试验，包括：

(1)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1和变压器2牵引绕组接线端子a1、x1，b1、y1分别短接，馈电绕组端子a2、x2，b2、y2分别开路，对高压侧绕组施加变压器规定总损耗P，此时，令变压器1与变压器2铁心柱正上方区域油温为顶层油温，分别记为θ_oil,α1与θ_oil,β1；

(2)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组接线端子a1、x1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组与馈电绕组端子b1、y1，b2、y2分别开路，对变压器1高压侧绕组施加变压器1规定总损耗P₁，此时，令变压器1铁心柱正上方区域油温为顶层油温，记为θ_oil,α；

(3)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2牵引绕组接线端子b1、y1短路，变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，变压器1牵引绕组与馈电绕组端子a1、x1，a2、x2分别开路，对变压器2高压侧绕组施加变压器2规定总损耗P₂，此时，令变压器2铁心柱正上方区域油温为顶层油温，记为θ_oil,β；

(4)对θ_oil,α1与θ_oil,β1修正得到新的判定指标：

其中，θ_amb是试验时外部环境温度，测试指标应满足如下条件：

θ_oil,α-θ_amb＜45K；θ_oil,β-θ_amb＜45K；θ₁＜45K

步骤四：进行VX接线牵引变压器绕组温升测量试验，主要试验过程如下：

(1)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组端子a1、x1短接，变压器2牵引绕组端子b1、y1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2和变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加变压器额定电流，利用热电阻法反推此时绕组温度，分别记变压器1、变压器2牵引绕组温升为θ_w,α10和θ_w,β10；

(2)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1端子牵引绕组端子a1、x1和变压器2牵引绕组端子b1、y1开路，变压器1馈电绕组端子a2、x2短接，变压器2馈电绕组端子b2、y2短接，对高压侧绕组施加变压器额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，分别记变压器1、2馈电绕组温升为θ_w,α20和θ_w,β20；

(3)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组端子a1、x1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1及馈电绕组端子b2、y2开路，对变压器1高压侧绕组施加额定电流，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器1牵引绕组温升为θ_w,α1；

(4)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2牵引绕组端子b1、y1短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1及馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加额定电流，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器2牵引绕组温升为θ_w,β1；

(5)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1馈电绕组端子a2、x2短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1及馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器1馈电绕组温升为θ_w,α2；

(6)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2馈电绕组端子b2、y2短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1及馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1开路，对高压侧绕组施加额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器2馈电绕组温升为θ_w,β2；

(7)其中，上述过程中提到的热电阻法具体过程如下：当高压侧施加规定额定电流达到14h，且稳定时间4h后，切断电源及断开短路接线，并立即将待测电阻的绕组两端接入直流测量电路中，经过一段延时时间后，持续测量并记录此时的电阻值，做出绕组电阻随时间冷却的热电阻冷却曲线，根据热电阻冷却曲线并通过下式可反推出测量绕组的平均温度曲线：

式中，R₀和θ₀对应短路实验之前的绕组冷电阻和温度，R(t)对应直流电路测量过程中的绕组热电阻随时间变化函数，则上述中得到的绕组温升θ_w＝θ(0)；

(8)对θ_w,α10、θ_win,β10及θ_w,α20、θ_w,β20修正得到新的判定指标：

其中，

所测量计算得到的指标应分别满足以下关系：

θ_w,α1-θ_oil＜45K，θ_w,β1-θ_oil＜45K，θ_w,α2-θ_oil＜45K，θ_w,β2-θ_oil＜45K

θ₂＜45K，θ₃＜45K。

本发明提供一种VX接线牵引变压器的试验方法，其核心是考虑由于不同容量的牵引绕组和馈电绕组之间互相影响而导致的测试误差，对测量得到的参数进行修正来实现对性能的评估。本发明能够更加可靠、有效地对VX接线牵引变压器的性能进行评估。

附图说明

图1为本发明试验流程示意图。

图2为VX接线牵引变压器绕组端口示意图。

图3为VX接线牵引变压器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施流程作进一步的详述，图1为整个试验过程流程图，主要针对空载试验、短路试验、温升试验，并对测试过程中受干扰的测量结果进行了修正。

所述VX接线牵引变压器包括变压器1和变压器2两台单相变压器；变压器1接线端子包括：高压绕组端子A、B，牵引绕组端子a1、x1，馈电绕组端子a2、x2；变压器2接线端子包括：高压绕组端子B、C，牵引绕组端子b1、y1，馈电绕组端子b2、y2，如图2所示；变压器1容量S₁，高低压变比N₁，铁轭间中心距离H₁，心柱间中心距离W₁，心柱截面积A₁；变压器2容量S₂，高低压变比N₂，铁轭间中心距离H₂，心柱间中心距离W₂，心柱截面积A₂；变压器主要结构示意图如图3所示，基于该类变压器的试验方法包括以下步骤：

步骤一：进行VX接线牵引变压器空载电流和空载损耗测量试验，包括：

(1)测量变压器1空载损耗，将a1、x1与外部供电电路连接，其他各接线端子之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，使其达到变压器1中牵引绕组的额定电压，读取瓦特表和电流表的数值，分别记为P_o1和I_o1；

(2)测量变压器2空载损耗，将a2、x2与外部供电电路连接，其他各接线端子之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，使其达到变压器2中牵引绕组的额定电压，读取瓦特表和电流表的数值，分别记为P_o2和I_o2；

(3)对测量得到的空载损耗进行修正，得到牵引变压器的空载损耗P_o＝k_o(P_o1+P_o2-P_m)，其中，P_m为测量系统自身的损耗，k_o为空载损耗修正系数；

其中，空载损耗修正系数k_o计算方式如下：

若|k₁-k₂|＞3％，则认为变压器设计可能存在问题。

步骤二：进行VX接线牵引变压器短路阻抗和负载损耗测量试验，包括：

(1)测量得到变压器1高压绕组电阻R_H1，牵引绕组电阻R_T1，馈电绕组电阻R_F1，变压器2高压绕组电阻R_H2，牵引绕组电阻R_T2，馈电绕组电阻R_F2；

(2)将变压器1中牵引绕组端子a1与x1短接，高压绕组端子A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线端子A和B之间的负载损耗P_k1、短路阻抗Z_k1；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k4、短路阻抗Z_k4；

(3)将变压器1中馈电绕组端子a2与x2短接，高压绕组端子A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线端子A和B之间的负载损耗P_k2、短路阻抗Z_k2；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k5、短路阻抗Z_k5；

(4)将变压器1中牵引绕组a2与x2短接，馈电绕组a2与x2短接，高压绕组A和B与外部供电电路连接，其他各接线柱之间保持断开状态，在额定频率下调整电源的输出，高压侧绕组流通相应额定电流的分接电流，测量并标准化高压接线柱A和B之间的负载损耗P_k3、短路阻抗Z_k3；以相同的方法对变压器2进行试验，测量并标准化高压绕组端子B和C之间的负载损耗P_k6、短路阻抗Z_k6；

(5)对测量得到的短路阻抗及负载损耗进行修正，修正后的短路阻抗及负载损耗如下：

其中，短路阻抗及负载损耗修正系数l_t1、l_t2、l_t3计算方式如下：

步骤三：进行VX接线牵引变压器顶层油温升测量试验，包括：

(1)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1和变压器2牵引绕组接线端子a1、x1，b1、y1分别短接，馈电绕组端子a2、x2，b2、y2分别开路，对高压侧绕组施加变压器规定总损耗P，此时，令变压器1与变压器2铁心柱正上方区域油温为顶层油温，分别记为θ_oil,α1与θ_oil,β1；

(2)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组接线端子a1、x1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组与馈电绕组端子b1、y1，b2、y2分别开路，对变压器1高压侧绕组施加变压器1规定总损耗P₁，此时，令变压器1铁心柱正上方区域油温为顶层油温，记为θ_oil,α；

(3)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2牵引绕组接线端子b1、y1短路，变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，变压器1牵引绕组与馈电绕组端子a1、x1，a2、x2分别开路，对变压器2高压侧绕组施加变压器2规定总损耗P₂，此时，令变压器2铁心柱正上方区域油温为顶层油温，记为θ_oil,β；

(4)对θ_oil,α1与θ_oil,β1修正得到新的判定指标：

其中，θ_amb是试验时外部环境温度，测试指标应满足如下条件：

θ_oil,α-θ_amb＜45K；θ_oil,β-θ_amb＜45K；θ₁＜45K

步骤四：进行VX接线牵引变压器绕组温升测量试验，主要试验过程如下：

(1)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组端子a1、x1短接，变压器2牵引绕组端子b1、y1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2和变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加变压器额定电流，利用热电阻法反推此时绕组温度，分别记变压器1、变压器2牵引绕组温升为θ_w,α10和θ_w,β10；

(2)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1端子牵引绕组端子a1、x1和变压器2牵引绕组端子b1、y1开路，变压器1馈电绕组端子a2、x2短接，变压器2馈电绕组端子b2、y2短接，对高压侧绕组施加变压器额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，分别记变压器1、2馈电绕组温升为θ_w,α20和θ_w,β20；

(3)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1牵引绕组端子a1、x1短接，变压器1馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1及馈电绕组端子b2、y2开路，对变压器1高压侧绕组施加额定电流，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器1牵引绕组温升为θ_w,α1；

(4)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2牵引绕组端子b1、y1短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1及馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加额定电流，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器2牵引绕组温升为θ_w,β1；

(5)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器1馈电绕组端子a2、x2短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1及馈电绕组端子b2、y2开路，对高压侧绕组施加额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器1馈电绕组温升为θ_w,α2；

(6)采用短路接线法，对高压侧绕组施加电压进行供电，分接位置按额定电流最大时连接；变压器2馈电绕组端子b2、y2短接，变压器1牵引绕组端子a1、x1及馈电绕组端子a2、x2开路，变压器2牵引绕组端子b1、y1开路，对高压侧绕组施加额定电流的一半，利用热电阻法可反推此时绕组温度，记变压器2馈电绕组温升为θ_w,β2；

(7)其中，上述过程中提到的热电阻法具体过程如下：当高压侧施加规定额定电流达到14h，且稳定时间4h后，切断电源及断开短路接线，并立即将待测电阻的绕组两端接入直流测量电路中，经过一段延时时间后，持续测量并记录此时的电阻值，做出绕组电阻随时间冷却的热电阻冷却曲线，根据热电阻冷却曲线并通过下式可反推出测量绕组的平均温度曲线：

式中，R₀和θ₀对应短路实验之前的绕组冷电阻和温度，R(t)对应直流电路测量过程中的绕组热电阻随时间变化函数，则上述中得到的绕组温升θ_w＝θ(0)；

(8)对θ_w,α10、θ_win,β10及θ_w,α20、θ_w,β20修正得到新的判定指标：

其中，

所测量计算得到的指标应分别满足以下关系：

θ_w,α1-θ_oil＜45K，θ_w,β1-θ_oil＜45K，θ_w,α2-θ_oil＜45K，θ_w,β2-θ_oil＜45K；

θ₂＜45K，θ₃＜45K。