變壓器現場局部放電試驗實例及故障分析

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摘要：本文主要針對變壓器現場局部放電的試驗實例及故障展開了分析，通過結合具體的試驗實例，對對局部放電的現場試驗電壓、試驗接線、加壓程序、補償估算等要點作了詳細闡述，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：局部放電；變壓器；試驗實例；故障分析

引言

所謂的變壓器，是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，而變壓器在電網安全中有著重要的作用。因此，保障變壓器的正常運行十分必要。基于此，本文就變壓器現場局部放電的試驗實例及故障進行了分析，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1 變壓器局部放電試驗實例及故障分析

1.1變電所主變局部放電試驗實例

1.1.1 主變壓器銘牌技術參數

某變電站建于2011年，是全省電網樞紐變電站，在電網的運行中起著非常重要的作用。該站遠景規劃主變容量4×1000MVA，本期建設2×1000MVA主變，主變壓器選用單相自耦變壓器。

1.1.2試驗接線、加壓程序、分接開關位置選擇及試驗電壓計算

試驗接線：以A相為例，局部放電試驗接線如圖1所示，B、C相接線類同。

圖1 A相局部放電試驗接線圖

圖2 局部放電試驗加壓程序

被試變壓器高、中壓繞組中性點接地，低壓側加壓，按圖2的加壓程序進行試驗。試驗前確保被試變壓器中壓繞組分接開關處于第3分接位置。在被試變壓器低壓側監測試驗電壓，依據變比折算高壓側試驗電壓，試驗加壓程序如下。

圖2中，U1為1.7Um/；U2為1.5Um/；U3為1.1Um/；Um為設備最高電壓（方均根值），其中Um只與系統標稱電壓有關，與變壓器高壓側最高電壓無關。施加試驗電壓時，在不大于U2/3的電壓下接通電源并增加至Ua，持續5分鐘，讀取放電量值；無異常則增加電壓至U2，持續5分鐘，讀取放電量值；無異常再增加電壓至U1，保持試驗時間t（t的單位為“秒”，試驗時間t=120×額定頻率/試驗頻率），然后立即將電壓從U1降低至U2，保持60分鐘，進行局部放電觀測。在此過程中，每5分鐘記錄一次放電量值；60分鐘滿，則降電壓至U3，持續5分鐘，記錄放電量值；降電壓，當電壓降低到U2/3以下時切斷電源，加壓完畢。

分級開關位置選擇及試驗電壓計算，高壓側：Um=550kV；

中壓側（220kV系統）：Um=252kV

在有一個或多個分級絕緣繞組的變壓器中，由于感應耐受試驗電壓及操作沖擊試驗（如果采用）電壓是按具有最高Um值的繞組確定的，因而Um值較低的繞組可能承受不到與其相應的試驗電壓，這種差異一般是可以接受的。如果繞組間的匝數比是靠分接改變時，應利用合適的分接，使Um值較低繞組上的試驗電壓值盡可能接近其耐受電壓值。因此Um選擇設備最高電壓，中壓繞組分接開關選擇在第3分接進行試驗，此時高低壓繞組的變比是KHL=8.179，高中壓繞組的變比KHL=2.217（3分接），中壓繞組各階段試驗電壓下感應的電壓為：高壓繞組試驗電壓為U1時，中壓繞組電壓U1/KHM=539.8/2.217=243.4kV；高壓繞組試驗電壓為U2時，中壓繞組電壓U2/KHM=476.3/2.217=214.8kV；高壓繞組試驗電壓為U3時，中壓繞組電壓U3/KHM=349.3/2.217=157.6kV。

低壓繞組各階段試驗電壓下需施加的電壓為：高壓繞組試驗電壓為U1時，低壓繞組電壓U1/KHM=539.8/8.179=66kV；高壓繞組試驗電壓為U2時，低壓繞組電壓U2/KHM=476.3/8.179=58.23kV；高壓繞組試驗電壓為U3時，低壓繞組電壓U3/KHM=349.3/8.179=42.70kV。

1.1.3 電抗器的補償估算

電源容量可分為有功部分和無功部分。有功部分主要是磁滯損耗和渦流損耗，無功部分主要是電容電流。被試變壓器空載損耗72.1kW，進行局部放電試驗時，采用單相加壓法，則試驗中當電壓加至1.5Um/時，變頻電源柜應輸出的有功容量是：

式中K—感應電壓倍數；fs—額定頻率，50Hz；fs—試驗頻率，Hz。

電源容量的無功部分主要取決于試品電容電流的大小，按照產品出廠試驗數據，高、中

壓繞組對地電容量為9391pF，低壓繞組對地的電容量為8958pF，高壓套管對地電容量為550pF，中壓套管對地的電容量為500pF。在1.5Um/試驗電壓下進行估算，計算如下。

被試相高壓側套管的容性負載：

被試相中壓側套管的容性負載：

被試相高中壓繞組的容性負載：

低壓容性一般都比較小可忽略。試品總容性負載為QC=QTH+QTM+QH=4.273fs（kVA）。

可以看出，有功部分的損耗隨試驗頻率的增加而減少，無功部分的損耗隨試驗頻率的增

加而增加，當試驗頻率增加時，有功容量減小而無功容量增加。利用變頻試驗裝置進行試驗就是要尋找合適的試驗頻率，使中試驗容量達到最小。因為該變壓器電容電流是比較大的，占試驗電源的主要部分，所以在考慮試驗方案時選擇采用電抗器并聯諧振補償的方式將無功容量完全補償，只剩下有功容量。同時盡可能多并聯電抗器，減小電感量，從而提高并聯諧振試驗頻率，以使有功容量也達到最小。該方案采用兩臺35kV-3.72H-525kVA的電抗器進行并聯補償，則電抗器實際補償容量為：

QL=U2/2πfsL×2=（58.23÷2）2/（6.28×fs×3.72）×2=72570/fs（kVA）

考慮到QL≥（1.2～1.4）QC，330kV～500kV變壓器一般選擇1.4，則試驗頻率在110Hz左右。

1.1.4 試驗過程

（1）試驗接線以及局部放電試驗過程中的故障分析及處理

在進行試驗之前，應合理布置試驗設備，特別注意高壓引線與周圍設備的安全距離。待完成試驗接線后，試驗負責人應再次對其進行詳細檢查，避免出現接線錯誤。

2011年6月3日下午天氣晴朗，帶有3級微風，空氣濕度不超過60%，進行2號主變局放試驗。在完成A相、B相試驗，數據正常后，進行C相局放試驗，當試驗電壓升至1.5Um/后，局部放電波形發生變化，如圖3所示。

圖3 C相局部放電故障波形

試驗人員將試驗電壓降低至零，進行檢查。由于升壓設備狀態與A相、B相試驗時的狀態一致，故排除升壓系統問題。從局部放電的波形看，排除變壓器內部放電的可能，懷疑由外部懸浮造成的，逐個進行排除。將外部一些無明顯接地的設備，如消防管道、架空線等都進行接地，重新進行試驗，問題還是未消除，排除外部設備懸浮放電的可能后，對變壓器局部放電用均壓帽進行檢查，發現高壓側均壓帽安裝后，均壓帽與套管導電桿間連接不可靠，處理后再次進行試驗。在試驗電壓升至1.5Um后，局部放電波形如圖4所示，波形正常，數據合格。

圖4 C相局部放電正常波形

（2）方波校準

變壓器局部放電試驗時，由于采用變壓器高壓側套管作為局放試驗的耦合電容，而套管的電容量為400pF～500pF，所以試驗選用4號阻抗單元。校準脈沖根據局部放電量的水平要求決定，按照規程要求，變壓器局放要求在1.5Um/下的連續水平不大于500pC，所以局放校準脈沖一般選擇500pC。注意試驗回路每改變一次（包括更換試品、更換耦合電容器、改變試驗回路接線等）必須重新進行校準，來確定試驗回路新的刻度因數。

根據局部放電信號功率譜密度的分析表明，典型窄脈沖局部放電信號的能量主要集中在≤10MHz頻帶范圍內，所以試驗時測量回路所用的檢測頻帶一般放在40kHz～300kHz。對于干擾比較大的地方，檢測頻帶可放在80kHz～200kHz，但頻帶變化后，需重新進行方波校準。本試驗檢測頻帶采用40kHz～300kHz。

（3）電壓校準

電壓校準應在測量電壓的一半以下進行，主要是為了檢查分接頭接觸是否良好，容升比例是多少。被試變壓器的高壓側和加壓側電壓比和銘牌電壓比的誤差應控制在3%以內。校正時應確認分壓器采用的是變頻分壓器，目前使用的分壓器部分采用工頻下校準，在進行局放校準時，該部分分壓器是不適用的。

（4）補償調整

將勵磁變壓器高壓輸出與電抗器并聯來完成補償，在低電壓下進行頻率調整，盡量將無功部分補償掉。當電壓升高后，由于變壓器容性負載會發生微弱改變，因此在測量電壓的一半以下，應進行頻率微調，盡量使變頻源的輸出電流達到最小，即處于無功完全補充狀態。

（5）按照加壓程序進行局部放電測量

按照圖2的加壓程序進行加壓，并在不同階段進行局部放電監測，現場實測2號主變局部放電數據如表1所示。

表1 2號主變局部放電數據

通過表1可以看出，變壓器局部放電量在1.5Um/的時候，放電量均小于或者等于500pC，因此可以得出結論，被試的變壓器是合格的。

2 結論

綜上所述，變壓器對電網的安全運行有著極為重要的作用，因此，為了保證電網的安全，我們就需要進行局部放電過程中的故障控制，保證裝配工藝體系的健全，并進行各個工序的協調及其優化，保證高壓試驗模塊中的制造工藝的優化，實現制造工藝的整體合格性。

參考文獻：

[1]李世濤.關于變壓器局部放電試驗中的故障應用分析[J].科技創新與應用.2014（07）.

[2]羅拓.關于變壓器局部放電試驗中的故障應用分析[J].廣東輸電與變電技術.2008（02）.