典型電力變壓器感應(yīng)耐壓試驗(yàn)電位分布分析

薛繼印，劉 永，韓克俊

（山東電力設(shè)備制造有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

對于220 kV及以上電壓等級電力變壓器，出于電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際和制造經(jīng)濟(jì)性考慮，絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)為分級絕緣結(jié)構(gòu)，其中各部位絕緣強(qiáng)度要通過多種不同的試驗(yàn)組合進(jìn)行考核。例如高、中壓線端絕緣強(qiáng)度用短時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)（ACSD）考核，中性點(diǎn)絕緣強(qiáng)度用工頻耐壓試驗(yàn)考核，電力變壓器內(nèi)部整體絕緣狀況，利用長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)（ACLD）同時監(jiān)測局放指標(biāo)來考核。

根據(jù)典型電力變壓器繞組結(jié)構(gòu)，實(shí)際試驗(yàn)時的勵磁電壓，計算出器身內(nèi)部電位分布，以得到此兩項試驗(yàn)時器身內(nèi)部各部位的電位分布，結(jié)合絕緣距離、絕緣結(jié)構(gòu)布置等對變壓器器身各部位的絕緣裕度進(jìn)行分析。

1 實(shí)例參數(shù)

以常規(guī)220 kV有載調(diào)壓電力變壓器為例，具體參數(shù)見表1。

表1 常規(guī)220 kV電力變壓器型號、額定電壓比以及各線端額定短時感應(yīng)或耐受電壓水平

其中，高、中壓中性點(diǎn)以及低壓繞組，均通過外施工頻耐壓試驗(yàn)進(jìn)行考核，試驗(yàn)時，被試?yán)@組與非被試?yán)@組及地的電位分布相對簡單，本文不再闡述。以下主要對ACSD和ACLD試驗(yàn)時，各繞組及端子部位的電位分布進(jìn)行闡述。

2 ACSD勵磁電壓計算及各部位電位計算及分析

2.1 勵磁電壓及繞組各部位電位計算

按照GB 1094.3的相關(guān)規(guī)定，在進(jìn)行單相短時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時，需同時使高壓線端達(dá)到395 kV、中壓線端達(dá)到200 kV，試驗(yàn)接線如圖1。

圖1 短時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)試品接線圖

接線采用非被試相支撐法，利用非被試相接地支撐，使被試相線端達(dá)到考核電壓的目的,各繞組向量如圖 2（c）。

圖2 短時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)向量分布圖及各繞組電位分布

中壓額定電壓固定為121 kV，高壓電壓可以調(diào)節(jié)，以中壓線端達(dá)到200 kV計算，高壓調(diào)整至合適分接位置。

相關(guān)計算如下：

式中，UMAC為中壓額定短時感應(yīng)或耐受電壓水平，為200 kV；UMN為中壓額定電壓，為121 kV。

式中，UHAC為高壓額定短時感應(yīng)或耐受電壓水平，為395 kV；UHN為高壓選定額定電壓，此處為調(diào)整分接后電壓。

可以計算得出UHN＝239 kV。因此，高壓分接位置選擇6分接較合適。

此時低壓勵磁電壓

ULV=ULN×k=10.5 kV×1.908 6=20.04 kV

又依據(jù)非被試相支撐法向量圖，知道中壓繞組尾端 XM電壓為 1/3UMAC，為67 kV。

對于高壓繞組尾端K線，在1/3UHAC基礎(chǔ)上，還要增加3個分接的試驗(yàn)相電壓梯度：

由此，可以依據(jù)典型220 kV變壓器結(jié)構(gòu)，畫出沿繞組高度方向電位梯度分布圖，見圖2（b）所示，在圖中，可以方便的得出各繞組之間、線端之間的電位差，從而方便了絕緣裕度分析、工藝過程控制等工作。

2.2 繞組各部位電位及絕緣分析

由圖2（b）可以看出，在此試驗(yàn)中，有以下幾點(diǎn)電位梯度較高：

1）高壓中部線端與調(diào)壓線圈的縱絕緣結(jié)構(gòu)，電位差約為250 kV。此處高壓出線有小護(hù)筒，與調(diào)壓線圈之間存在紙筒與撐條，形成爬距。

2）中壓首端端部出線與低壓出線之間，電位差約為162 kV，見圖3。

圖3 典型220變壓器器身結(jié)構(gòu)圖

此處絕緣距離相對緊張，中壓線圈內(nèi)側(cè)采用成型角環(huán)絕緣結(jié)構(gòu)，但在出線處需要開出線槽，如果處理不當(dāng)，使角環(huán)受到機(jī)械力損傷或有折痕，也會大大降低角環(huán)的耐擊穿強(qiáng)度，造成絕緣缺陷。

另外，從中壓出線沿中壓角環(huán)上表面，跨過圍屏和撐條，此處若處理不當(dāng)（比如紙板高度不夠，未能起到隔斷作用），易于低壓首端形成通路。

試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明，在早期未重視產(chǎn)品潔凈化生產(chǎn)時，此處易出現(xiàn)絕緣擊穿。

3 ACLD勵磁電壓計算及各部位電位計算

3.1 勵磁電壓及繞組各部位電位計算

按照GB1094.3的規(guī)定，試驗(yàn)電壓需達(dá)到1.5Um/。試驗(yàn)接線采取直接勵磁法，中性點(diǎn)接地。

具體向量圖及繞組電位分布見圖4。

圖4 長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)向量分布圖及各繞組電位分布

長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的相關(guān)計算同短時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)方法類似，只不過采用了直接勵磁法，無須非被試相支撐。

高壓置于5分接，低壓勵磁倍數(shù)為1.56，電壓為16.4 kV，高、中壓線端分別為218 kV和109 kV，高壓K線為10.4 kV。由此可畫出沿繞組高度方向的各線圈電位分布圖。

3.2 繞組各部位電位及絕緣分析

由圖4（b）可以看出，在長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)中，有以下幾個部位電位差比較大，電場相對集中。

1）高壓中部線端與中壓線圈中部的主絕緣結(jié)構(gòu)，電位差約為163 kV。此處電極為線圈邊緣，曲率半徑大，電場相對均勻。但在之間的圍屏、撐條若是存在氣穴或雜質(zhì)，也會導(dǎo)致局部場強(qiáng)畸變，起始放電。

2）中壓首端出線部位，與低壓之間點(diǎn)位差為125 kV，與夾件肢板等地電位電位差為109 kV，如果此處中壓屏蔽不當(dāng)、絕緣距離處理不當(dāng)，或是中壓壓板出線孔內(nèi)落入異物等，易造成中壓局放超標(biāo)。

3）高壓中部線端與調(diào)壓線段之間電位差為207 kV，此處絕緣結(jié)構(gòu)為高壓小護(hù)筒內(nèi)部，經(jīng)過調(diào)壓雙層紙筒或撐條向調(diào)壓線段形成爬距。

此處若調(diào)壓雙層紙筒、撐條在粘接過程中存在封閉氣隙，易在電場作用下形成局放。

調(diào)壓線段靠近高壓出線側(cè)的上下屏蔽環(huán)，如果在制作過程中存在缺陷，也會出現(xiàn)局部放電。

4 結(jié)論

電力變壓器內(nèi)部絕緣強(qiáng)度的考核，主要有外施交流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊及操作波試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)等項目。而其中的短時感應(yīng)耐壓和長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)是考核變壓器內(nèi)部主絕緣、縱絕緣的重要手段，對器身內(nèi)各部位絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)考核全面、嚴(yán)格。

尤其是長時感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，在施加1.5Um/電壓的同時，檢測內(nèi)部局放，對變壓器內(nèi)部的電場分布，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度，器身干燥，裝配過程質(zhì)量以及產(chǎn)品的潔凈化程度，真空浸透程度都提出嚴(yán)格的要求。對試驗(yàn)過程中器身場強(qiáng)相對集中的地方，采取均勻電場、加強(qiáng)絕緣的方法，可以有效的通過感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的考核，保證產(chǎn)品質(zhì)量。