電廠特高壓變壓器現場局放試驗技術研究

王貽平， 王慶軍， 朱太云， 楊道文， 秦金飛

(國網安徽省電力公司電力科學研究院，安徽 合肥 230022)

電廠特高壓變壓器現場局放試驗技術研究

王貽平， 王慶軍， 朱太云， 楊道文， 秦金飛

(國網安徽省電力公司電力科學研究院，安徽 合肥 230022)

介紹了在現場進行電廠1 000 kV特高壓變壓器局放測量試驗技術與實施情況，采用變頻電源裝置加補償電抗器的方法能很好地解決現場進行試驗所需電源容量大的難題，針對現場不同干擾采取相應抗干擾措施，效果明顯。

特高壓變壓器；局部放電；抗干擾；測量

0 引 言

隨著我國特高壓電網的發展,我省特高壓電網也進入快速發展時期,發電廠的發電機出口電壓直接升至特高壓也在我省實現。我省某電廠DFP-400000/1100升壓變是國內外首臺由發電機出口電壓27 kV直接升至1 000 kV的特高壓大容量變壓器,與常規特高壓站用1 000 kV變壓器相比,其繞組變比更大。變壓器現場進行局放測量試驗是變壓器現場交接試驗中最為復雜和難度最大的試驗[1]。采用變頻電源裝置加補償電抗器對變壓器進行局放測量試驗,因具有重量輕、體積小、試驗所需電源容量小等優點而得到了廣泛的應用[2]。近年來隨著無局放變頻諧振裝置技術的發展及檢測儀器抗干擾能力的提高,為現場局放檢測實施提供了有利條件。

1 變壓器局放檢測試驗現場方案設計

1.1 被試變壓器基本參數

額定電流:629.8/14 814.8 A; 額定空載損耗:157 kW; 額定空載電流:0.09%。

1.2 試驗相關參數的估算

該變壓器出廠試驗時,補償電感為0.2 H,試驗頻率為200 Hz,從而得到被試變壓器低壓端的入口電容[3]為

(1)

現場局放試驗時,選擇6只5 H,100 kV/22 A的電抗進行補償,將6只電抗全部并聯,則其等效電感為L=0.83 H。

忽略變壓器本身的感性無功補償,則試驗頻率為

(3)

流過電抗器的電流值13 A,小于其額定電流22 A,容量滿足要求。

滿足諧振條件時,無功電流基本被電抗器補償,主要的損耗為變壓器空載損耗,變壓器的鐵心采用冷軋硅鋼片時[5],其空載損耗為

P∝=f1.6B1.9

(4)

(5)

此時,變壓器低壓側所需的有功電流為

(6)

1.3 試驗裝置的選擇

根據估算的有功損耗、無功損耗情況,同時考慮一定裕量[6]。試驗時,電源采用2臺450kW變頻電源裝置并聯使用,輸出功率為900kW,輸出電壓范圍為0～350V,總輸出最大電流為1 285A,頻率變化范圍為20～300Hz。勵磁變壓器采用2臺250kVA勵磁變并聯運行,高壓側額定電壓40kV,額定總電流12.5A,低壓側額定電壓320V,額定總電流1 562A,滿足有功功率和有功電流的需要。補償電抗器采用6臺電感量為5H的100kV/22A空心電抗器并聯的方式,能夠承受的最高電壓為100kV,最大電流為132A。試驗設備的基本參數如表1所列。

表1 試驗裝置基本參數

2 試驗接線及加壓程序

2.1 試驗接線

試驗采用單邊加壓的方式,試驗接線原理圖[7]如圖1所示。

圖1 試驗接線原理示意圖

2.2 加壓程序

根據文獻[8]中的有關技術要求,試驗加壓程序如圖2所示。

圖2 被試變壓器局部放電試驗加壓程序示意圖

系統最高電壓Um=1 100 kV

T=6 000/試驗頻率,但不小于15 s。

3 現場抗干擾措施

現場進行局放放電測試中,干擾是一個突出的問題。各種干擾通過測試回路反映到示波器和測試儀表中,干擾信號和局放信號混雜在一起,給局放信號的觀察和測量帶來困難,干擾的存在會降低檢測靈敏度,影響測量結果的正確性。抑制干擾的措施有消除干擾源、切斷干擾途徑和干擾的后處理等方法[9]。

各種各樣的干擾很多,其放電圖譜也各不相同。如接觸噪音、懸浮電位、尖端電暈、可控硅元件、異步電機、無線電干擾等都可能對局放測量產生影響[10]。僅對這次局放試驗中遇到的幾個比較突出的問題采取了如下措施:

(1) 首先控制試驗電源本身的局放量在額定電壓下小于20 PC。

(2) 勵磁變壓器、電抗器和被試變壓器連接導線采用高壓絕緣導線或無暈擴徑導線,盡量縮短各高壓引線的長度,減少引線本身的電暈干擾。

(3) 被試變壓器高、低壓套管頂部裝上試驗專用均壓罩,均壓罩與導電桿可靠連接,防止套管尖端電暈放電。

(4) 被試變壓器全部套管式電流互感器二次端子均短接接地。

(5) 局放試驗前,放掉被試變壓器各側套管法蘭及散熱器頂端等處沉積的氣體。

(6) 為消除接地網中雜散電流對測試的影響,要檢查地線連接,堅持局部放電試驗測試回路一點接地的原則。同時,所有的接地線采用帶有絕緣護套的地線,并將試驗電源、勵磁變壓器和補償電抗器外殼接地線分別引至被試變壓器油箱的接地引下線上,防止地線環流產生干擾[11]。

(7) 被試變壓器附近的圍欄、油箱等可能電位懸浮的導體均應可靠接地,防止因雜散電容耦合而產生懸浮電位放電。

(8) 仔細檢查試驗回路,對可能引起電場較大畸變的部位,進行適當處理。

4 現場實施及結果

變壓器內部的放電信號會通過不同的途徑傳輸,可以在變壓器每一個出線端子和地之間均接上大小不同的阻抗來抽取信號進行測量。盡管可以進行多端測量,但局放儀是不能直接給出視在放電量大小的,所以必須進行多端校正。

用已知大小的脈沖注入被試品測量端子的兩端,在試品每個出線端與地之間分別校正。在此值得注意的是:

(1) 當在被試品兩端進行校正時,注入電容與高壓出線端子的連線應盡可能短,否則引線太長,其雜散電容的影響會使注入電容值發生改變,從而改變了注入脈沖電荷量。

(2) 各測點的測量阻抗應根據耦合電容量的大小,阻抗允許流過的電流值合理選擇,以提高測量靈敏度以及避免燒壞測量阻抗。

(3) 變壓器內部的局放信號經各種途徑傳輸到測量位置,其局放信號已有所衰減,所以在測量位置測得的局放量,往往已不是其內部放電點的真實放電量水平[12]。因此,在局放試驗前后,都取油樣進行色譜分析,綜合判斷變壓器的狀態。

現場試驗過程中,經過仔細調諧,試驗回路實際諧振頻率在108.9 Hz附近,大于估算的98 Hz,這是因為出廠試驗采用發電機組,被試變壓器處于過補償狀態。

5 結束語

采用兩臺大功率變頻電源裝置并聯,選擇合適的補償電抗器作為試驗電源,不但可以滿足電廠1 000 kV特高壓變壓器現場局放試驗,而且還可以進行其他需要大容量試驗電源裝置的現場試驗項目。

利用變頻電源柜頻率大小連續可調的特性能實現完全的無功補償,使得變頻電源裝置僅輸出有功功率,充分發揮了變頻電源的輸出能力。

表2 電廠1 000 kV特高壓升壓變壓器的局部放電測量試驗結果

采用多端校正,多端測量法和一系列行之有效的抗干擾措施能很好地解決現場局部放電測量干擾大的難題。

[1] 趙永志,劉克民,馮爭人,等.用變頻電源完成1 000 kV特高壓發電機變壓器感應耐壓及局部放電試驗[J].變壓器,2013,50(8):29～32.

[2] 江蘇省電力公司.電氣試驗技能培訓教材[M].北京:中國電力出版社,1998.

[3] 西南電業管理局試驗研究所.高壓電氣設備試驗方法[M].北京:水利水電出版社,1984.

[4] Q/GDW 1966-2013. 1 000 kV交流特高壓變壓器局部放電現場測量導則[S].

[5] 朱太云,楊道文,丁國成,等.500 kV超大容量變壓器現場局部放電試驗技術研究[J].變壓器,2012,49(7):35～37.

[6] 胡曉岑,賀 虎,連建華,等.1 000 kV變壓器帶局部放電測量的長時感應耐壓現場試驗[J].電網技術,2009,33(10):34～37.

[7] 張永躍.變壓器現場局放試驗的幾種接線方式[J].上海電力,2001,38(9):26～30.

[8] DL/T 309-2010，1 000 kV交流系統電力設備現場試驗實施導則[S]．

[9] 呂家圣,吳德貫,余忠田,等.閥側角接換流變壓器現場長時感應耐壓帶局放試驗[J].南方電網技術,2014,8(5):15～19.

[10] 周錫忠.大型電力變壓器現場局放試驗中新技術的運用[J].電力設備,2003,4(6):75～76.

[11] 李麗君,薄長處,張崇德.電力變壓器現場局放試驗技術研究[J].電工技術,2012,23(3):22～23.

[12] 伍志榮,聶德鑫,陳江波.特高壓變壓器局部放電試驗分析[J].高電壓技術,2010,36(1):54～61.

2016-10-28；修改日期：2016-10-31

王貽平(1965-)，男，安徽岳西人，碩士，國網安徽省電力公司電力科學研究院高級工程師．

TM406

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1673-5781(2016)05-0656-03