高壓變壓器現場感應耐壓及局放測量試驗技術

趙云濤

【摘 要】闡述了電廠1 000 kV特高壓變壓器現場感應耐壓及局放測量試驗技術，詳細介紹了試驗電源的頻率、試驗時有功損耗和無功損耗的估算方法，計算了補償電抗的數值，進而選擇了試驗所需的勵磁變壓器和變頻電源，制定了試驗方案，并通過實例說明該方法能很好地解決現場試驗所需電源容量大的難題。

【關鍵詞】特高壓變壓器；感應耐壓；局部放電；變壓器

隨著我國特高壓電網的快速發展，發電機出口電壓直接升至特高壓也成為現實。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，對試驗設備的要求更高。

變壓器現場感應耐壓及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，也是對變壓器絕緣考核最為嚴格的試驗。現場采用變頻電源加補償電抗器對變壓器進行感應耐壓及局放測量試驗，其因具有重量輕、體積小、試驗所需電源容量小等優點而得到了廣泛的應用，基本原理是根據經驗或計算方法正確估算變壓器低壓側的入口等效電容，依據試驗頻率范圍，確定所需的補償電抗器的大小，當入口等效電容與補償電抗器滿足并聯諧振條件時，試驗所需的無功全由補償電抗器提供，大大減小了對試驗裝置容量的要求，且被試變壓器在試驗電壓和頻率下的空載損耗為試驗中主要的功率損耗，根據有功損耗大小，即可選擇所需變頻電源與勵磁變壓器的容量。

1 試驗電源及補償電抗器的選擇

1.1 被試變壓器基本參數

被試變壓器基本參數如下：

變壓器型號：DFP-400000/1100；

額定電壓： ；

額定電流：629.8/14 814.8 A；

額定空載損耗：157 kW；

額定空載無功功率：330 kVar；

高壓繞組對地的電容CH-E：7.269 nF；

低壓繞組對地的電容CL-E：33.659 nF；

高壓繞組對低壓的的電容CH-L：9.251 nF；

高壓套管的電容CT：0.771 nF。

1.2 試驗相關參數計算

1.2.1 變壓器感性功率的計算

在變壓器鐵心不飽和的情況下，變壓器的空載感性功率與磁場強度成正比關系，所以感應耐壓試驗時，被試變壓器的感性功率為：

. （1）

式（1）中：UL為試驗電壓；f為試驗頻率。

1.2.2 變壓器容性功率的計算

感應耐壓試驗時，采用單邊加壓，利用功率積分法可以求得變壓器容性功率：

式（2）中：w=2πf .

1.2.3 變壓器低壓側入口電容

從功率的角度，將變壓器模型等效為可變電阻R和可變電容C并聯。則被試變壓器低壓側的等效入口電容為：

1.3 試驗電源及補償電抗的選擇

感應耐壓試驗時，將被試變壓器低壓側的等效電容量代入

諧振頻率計算公式 ，可以得到諧振頻率與補償電感

的關系：

式（4）中：L為補償電感；UL為試驗電壓。

當L固定時，諧振頻率隨著電壓的增加而單調遞減，所以如果在UL達到最大試驗電壓40.5 kV時的諧振頻率滿足要求，則其他施加電壓時的諧振頻率都能滿足要求。為了使被試變壓器隨著試驗電壓的增加不發生磁飽和，根據頻率與磁感應強度成反比這一規律，在最大試驗電壓下，要使變壓器鐵心不發生飽和，試驗頻率必須滿足f≥1.5×50=75 Hz，所以補償電感應滿足：0<="" p="">

選擇電感值5 H，額定電壓100 kV，額定電流22 A的電抗器6臺并聯使用，可以得到電抗器并聯后的補償電感值為0.83 H。

在UL=40.5 kV時，試驗頻率 Hz。

感應耐壓試驗時，根據有功功率公式 ，

取m=1.6，n=1.9，在UL=40.5 kV時，有功功率P=280 kW。

所以考慮裕量電源采用2臺450 kW變頻電源裝置并聯使用，輸出功率為900 kW，輸出電壓范圍為0～350 V，輸出最大電流為1 285 A，頻率變化范圍為30～300 Hz。中間變壓器采用2臺250 kVA勵磁變，兩臺并聯運行，高壓側額定電壓40 kV，額定電流12.5 A；低壓側額定電壓320 V，額定電流1 562 A。

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，試驗接線原理圖如圖1所示。

2.2 加壓程序

根據《1 000 kV交流系統電力設備現場試驗實施導則》（DL/T 309—2010）中的有關技術要求，試驗加壓程序如圖2所示。

系統最高電壓Um=1 100 kV，預加電壓U1=1.5Um/ =1.5×1 100/ =952.6 kV。測量電壓U2=1.3Um/ =1.3×1 100/ =825.6 kV，U3=1.1Um/ =1.1×1 100/ =698.6 kV。T=6 000/試驗頻率，但不小于15 s。

3 局放測量方法及結果

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。這就是變壓器局放的多端測量法。盡管我們可以進行多端測量，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，應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，合理選擇阻抗允許流過的電流值，以提高測量靈敏度，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，所以我們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。因此，我們不但要進行多端測量，而且要在局放試驗前后截取油樣進行色譜分析，綜合判斷被試變壓器狀況。

經過現場實測，該電廠特高壓升壓變壓器A，B，C三相局部放電量分別為70 pC、95 pC和86 pC。

4 結束語

通過對電廠1 000 kV特高壓變壓器現場感應耐壓及局放測量技術的介紹，可以得出以下結論：①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，不但可以滿足現場1 000 kV變壓器感應耐壓及局放測量試驗需求，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；②利用調節頻率的大小來達到完全的無功補償，使得變頻電源柜僅提供有功輸出，充分發揮了變頻電源的輸出能力，在現場是可行的好辦法；③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。