大型變壓器局部放電測量及注意事項探討

劉鑫 徐哲 剛郡謠

摘 要：隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，對市民的日常生活影響越來越大。因此，保證其穩(wěn)定運行的工作量更大，要求也更嚴格。變壓器絕緣損傷是影響電網(wǎng)穩(wěn)定的重要因素之一。我們有必要進行有效的預(yù)訪?？梢钥吹骄植糠烹姕y量的重要性。本文分析了大型變壓器局部放電測量的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：大型變壓器；局部放電；測量；注意事項

1 引言

大型變壓器的工作條件比較復(fù)雜，在內(nèi)部原因和外部原因下容易產(chǎn)生局部放電。一旦出現(xiàn)局部放電，無論強度或弱點，都會對絕緣層造成一定的破壞，發(fā)展會導(dǎo)致絕緣的惡化和高壓擊穿。局部放電檢測可以幫助我們發(fā)現(xiàn)變壓器中容易出現(xiàn)局部放電的結(jié)構(gòu)或元件。同時，對變壓器的長期可靠性進行評估具有重要的現(xiàn)實意義。通過實例說明如何有效地檢測局部放電。

2 試驗電壓和試驗程序

我國電力系統(tǒng)中大功率變壓器繞組的絕緣通常為110kV。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)生絕緣事故的變壓器中，匝間絕緣占43%，主絕緣占23%。因此，為了有效評估變壓器的主絕緣和匝間絕緣，GB1094-2003《電力變壓器》提供了在感應(yīng)壓力下分級絕緣的高壓繞組的變壓器局部放電測量。局部放電試驗是一種非常靈敏的電壓試驗。只有當內(nèi)部缺陷的場強達到初始放電場時，才能觀察到脈沖的放電。試驗標準嚴格規(guī)定了加壓的幅度、持續(xù)時間和布線。標準測試電壓及其加壓程序。

3 需要注意的相關(guān)問題研究

3.1 測量電源的選擇

由于磁芯的磁通密度是飽和的，激發(fā)電流和鐵磁損耗將急劇增加。用工頻測試電源來誘導(dǎo)繞組的高測試電壓是不可能的。為了保證所需要的測試電壓能夠被提供，電源的頻率是唯一可行的方法。試驗電源的頻率選擇是根據(jù)現(xiàn)場變壓器的具體情況進行的。通過選擇合適的功率頻率，測試變壓器在測試電壓條件下不能飽和，也有利于降低補償電感的容量。廣泛使用的測試電源是頻率為125Hz的中頻發(fā)電車輛。由于采用特殊設(shè)計的同步感應(yīng)發(fā)電機，輸出波形良好，過載能力強。同時，由于電網(wǎng)電源只作用于電機驅(qū)動和勵磁直流系統(tǒng)電源，隔離了測試電源和50Hz電源，基本消除了電力干擾。

隨著電力、電子技術(shù)和變頻技術(shù)的成熟，一種新型的電源技術(shù)逐漸應(yīng)用于大型變壓器的局部放電試驗中，即利用變頻電源的方式進行大變壓器局部放電試驗。這類電源采用一級連續(xù)，頻率幅可調(diào)，標準正弦信號通過三級放大輸出單相正弦信號。由于頻率可以在0～300Hz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，所以在大多數(shù)情況下測試電流中的容性元件都能得到很好的補償，所以對電源的容量要求較少。對于大型變壓器，變壓器的容量和結(jié)構(gòu)不同，入口的電容也不同。當變頻電源頻率對電容電流分量沒有有效補償時，并聯(lián)電抗器可在低壓側(cè)進行補償。一般來說，現(xiàn)場試驗的要求是可以滿足的。該方法特別適用于現(xiàn)場供電容量。此外，由于采用了電力電子變頻技術(shù)，這類電源的重量和體積都大大降低，也便于遠距離運輸和現(xiàn)場測試。

3.2 安全風險的識別與預(yù)控

通過對測量過程的調(diào)查，結(jié)合實際情況，將安全風險歸納為11項，除常規(guī)設(shè)備問題、現(xiàn)場安全措施不到位、交接不清、電源選擇不到位等外。它還包括高空墜落、設(shè)備火災(zāi)、無關(guān)人員入侵、感應(yīng)電傷害、遺留工具等。針對各種風向，采取了有效的防治措施。其中特別值得一提的是，交接問題是基于團隊缺乏實踐經(jīng)驗。這種測量特別邀請了合作企業(yè)的優(yōu)秀測量師來協(xié)助，所以在測量過程的設(shè)計與實施之間可能存在著不明確的交接問題。為了有效解決這一問題，我們嚴格要求負責人在工作開始前召開動員大會。詳細介紹了現(xiàn)場、工作任務(wù)、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、安全圍欄、公告板的具體情況，重點介紹了致命帶電設(shè)備的安全距離。針對高空作業(yè)的危險，我們還專門引進了高空作業(yè)車輛，以保護高空作業(yè)人員的人身安全。

3.3 容性分量補償

在大變壓器局部放電試驗中，由于采用變頻壓力，當勵磁電抗不能補償繞組的雜散電容時，測試產(chǎn)品將變?yōu)殡娙葚撦d。在對這種電容性負載進行部分放電試驗時應(yīng)注意兩個問題。

（1）如何有效地補償回路中的電容分量。

（2）在現(xiàn)場試驗中，應(yīng)充分考慮回路中電容性上升的現(xiàn)象，高電壓下電容性上升的問題不容忽視。

為了補償回路中的容性元件，在低壓端安裝并聯(lián)電抗器，以補償回路中的容性反應(yīng)元件，同時，調(diào)節(jié)電源的頻率，使回路的容性負載最小化。這種方法不僅有利于降低試驗電源的容量，而且有效地避免了容性過電壓。補償通常采用固定電抗進行。為了避免部分放電試驗中對變壓器絕緣造成不必要的損傷，現(xiàn)場試驗通常采用以下兩種方法。

（1）測試電壓降低2%～10%。高壓側(cè)試驗電壓按變壓器比轉(zhuǎn)換為低壓側(cè)，低壓側(cè)加壓。

（2）在高壓側(cè)安裝一個標準分壓器，在60%的測試電壓下測量低壓側(cè)的電壓。在試驗中拆除了高壓分壓器，根據(jù)60%的低電壓線性計算100%的試驗電壓。

這兩種方法在現(xiàn)場測試中都有一定的誤差，但在現(xiàn)場應(yīng)用非常方便。同時，測試過程中發(fā)現(xiàn)的誤差對測試效果影響不大。為了準確測量，可采用高壓側(cè)并聯(lián)標準分頻器，或串聯(lián)標準分壓器電容器。這兩種方式的高壓側(cè)測量是準確的，但由于電容器的存在，尤其是高壓側(cè)電容及其引線的存在，會影響局部放電的測量，難以實現(xiàn)磁場。

3.4 現(xiàn)場抗干擾措施

局部放電的測量是一個非常敏感的測試。在使用變頻電源時，干擾比較復(fù)雜。從大量的現(xiàn)場試驗來看，雖然現(xiàn)象不同，但干擾具有一定的規(guī)律性。采用有針對性的抗干擾措施，仍能取得較好的現(xiàn)場試驗結(jié)果。現(xiàn)場干擾主要分為以下4種：

（1）懸浮勢的影響。在局部放電的情況下，變壓器的高、中、低側(cè)的導(dǎo)線被解鎖。如果在測試過程中引線處于懸掛電位，則可能由帶電端引起充放電。在現(xiàn)場試驗過程中，試驗前后的相關(guān)引線、停電設(shè)備應(yīng)可靠接地，特別是引線應(yīng)打開，與高壓端的距離應(yīng)是套管距離的一倍以上。

（2）地面電位的影響。被測產(chǎn)品的接地電勢為整個測量系統(tǒng)的接地電勢，測試電源和測試儀器必須通過接地線直接連接到接地點。不允許接地回路；在現(xiàn)場測試過程中，避免了焊機、電鋸等大電流設(shè)備，避免了外部干擾信號通過地電位進入測量電路。

（3）電暈對高電壓帶電端的影響。加壓時，試驗電壓高于正常工作電壓，高、中壓套管端子設(shè)有壓力平衡環(huán)。安裝均衡環(huán)時，應(yīng)注意定級環(huán)與套管高壓端子之間的連接，高壓端子不應(yīng)超過均衡環(huán)的屏蔽面積。

（4）測試功率干擾的影響。由于使用了變頻電源，變頻柜中的可控硅整流元件和放大元件在某些工作區(qū)域內(nèi)的脈沖可能較大。這些脈沖可以通過變頻或小幅度和向下的壓力自動消失。與此同時，波形的頻率也被發(fā)現(xiàn)是相對固定的，并且很少同時發(fā)生，在同一時間，相同的頻率，通過觀察可以消除。

4 結(jié)語

變壓器局部放電試驗是一種靈敏的大規(guī)模試驗，在現(xiàn)場試驗中遇到的現(xiàn)象是多種多樣、復(fù)雜的。但只要充分了解局部放電的各個環(huán)節(jié)，把握其規(guī)律，采取有效措施加以抑制，就能有效地提高大型變壓器局部放電評價的性能。

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