大型電力變壓器不拆引線試驗方法探索

南方電網紅河供電局 余云光 岳倩倩 李茂兵 譚智斌

變壓器是電網的心臟，其重要性不言而喻，為保證其安全可靠運行需定期開展預防性試驗，及時消除設備隱患。大型電力變壓器引線粗重，引線接線板應力大，尤其是邊相引線曲率大，接線板應力更大，裝拆引線難度極大，增加了作業風險，若引線恢復不當還會造成接頭部位發熱，嚴重影響設備運行。在此背景下，電力行業制訂了行業標準《交流變電設備不拆高壓引線試驗導則》[1]，各設備運維單位在不拆引線試驗方法上都有一定的嘗試，然而收效甚微。原因是被測繞組引線鄰近站內帶電設備由于靜電感應在引線上產生幾千甚至上萬伏的工頻感應電壓[2,3]，影響測試設備正常工作。

根據本單位企業標準《電力設備檢修試驗規程》，大型電力變壓器預防性試驗項目主要包括繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻、電容型套管介損及電容量[4]。本單位此前開展過大型電力變壓器不拆引線試驗方法的研究，借助于新一代介損儀變頻測試功能可有效消除工頻干擾，完成電容型套管介損及電容量的測試；但受工頻感應電壓的影響，繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻兩個項目無法完成。

在某500kV變電站主變預防性試驗工作中，在不拆引線情況下進行繞組連同套管絕緣電阻測試時，高壓繞組由于工頻感應電壓過大，兆歐表讀數波動很大，無法讀數；進行繞組直流電阻測試時直流電阻測試儀蜂鳴報警器動作，從而不得不拆除高壓側引線方能完成試驗工作。因此，要完全實現大型電力變壓器不拆引線進行預防性試驗，關鍵在于工頻感應電壓下繞組連同套管絕緣電阻、繞組直流電阻試驗方法的突破，消除工頻感應電壓對測試設備的影響，同時不影響測試的準確性。

1 工頻感應電壓

運行中的變電站內設備停電檢修時，停電設備及其引線處于鄰近帶電設備的交變電場中，在電容耦合作用下產生的感應電壓為一工頻電壓，其幅值為鄰近帶電設備與其耦合產生的感應電壓的向量和，與停電設備及其引線與鄰近帶電設備的距離成反比，與耦合長度成正比，且與停電設備及其引線與鄰近帶電設備的空間位置關系有關[5]。垂直跨越三相母線或其他三相對稱帶電設備時，各相在停電設備上產生的工頻感應電壓向量幅值相等，角度相差120度，向量和為零，感應電壓最小；停電設備及其引線與帶電設備三相平行時工頻感應電壓最大。

圖1為某220kV變電站#2主變高壓側引線，#2主變高壓側引線與帶電的220kV母聯212斷路器間隔D平行，其中#2主變高壓側引線A相與220kV母聯212斷路器間隔C相水平距離最近，約5米。現場測量#2主變高壓側引線感應電壓，A相7090V、B相2303V、C相870V。可預見在500kV變電站主變停電時，高壓側引線與500kV帶電設備平行鄰近時其感應電壓可達上萬伏。

2 絕緣電阻試驗

根據行業標準《交流變電設備不拆高壓引線試驗導則》，測量繞組連同套管絕緣電阻，被試繞組應短接與地絕緣，非被試繞組短接接地[1]。因此被試繞組上的工頻感應電壓不能通過繞組直接接地來消除，只能借助工頻感應電壓抑制電路來實現。

2.1 抑制電路

圖2為本單位設計的一種工頻感應電壓抑制電路，該電路由四級濾波電路組成，其中R1、R2、R3、R4取值為100kΩ，電容 C1、C2、C3、C4取值為0.3μF。對于工頻感應電壓，電容的容抗為式（1），對于各級濾波電路，當電阻與電容串聯后接在工頻電壓回路時，根據歐姆定律電容分壓比為式（2）。

圖2中I為輸入端，當選擇開關S置于S1、S2、S3、S4時，該工頻感應電壓抑制電路的輸出端O的工頻電壓分壓比，即工頻感應電壓抑制能力分別為0.1、0.01、0.001、0.0001。

2.2 測試電路

圖3為繞組連同套管絕緣電阻試驗測試電路，將工頻感應電壓抑制電路的G端接地，被試繞組A、B、C、O相短接接入工頻感應電壓抑制電路輸入端I，非被試繞組短接接地。根據感應電壓的大小選擇合適的抑制擋位，兆歐表L端接工頻感應電壓抑制裝置輸出端O，E端接地。

以工頻感應電壓10000V為例，選擇S3擋即可將O端感應電壓抑制在10V左右，滿足普通兆歐表的測試要求。對測試回路而言，只增加了電阻R1、R2、R3、帶來300kΩ附加誤差。由于繞組連同套管的絕緣電阻通常在10000MΩ以上，與附加誤差相差5個數量級以上，因此工頻感應電壓抑制電路的電阻對測試結果的影響可忽略不計。測試時，兆歐表電流支路還包括由負極L經工頻抑制電路電容C流往正極E的電流，但由于電容的設計絕緣電阻在100000MΩ以上，比繞組連同套管絕緣電阻大得多，對測試結果的影響可忽略。綜上，本工頻感應電壓抑制電路對變壓器不拆線進行繞組連同套管絕緣電阻試驗可行。

為驗證本方法可行性，對某220kV變電站#2主變進行了測試，在相同條件下分別采用拆引線、不拆引線兩種方法進行絕緣電阻測試。表1中測試數據為同一時間段內測試所得，大氣條件及油溫相同，其中高壓繞組不拆引線測試時采用工頻感應電壓抑制電路，而中壓繞組、低壓繞組感應電壓較小，未采用工頻感應電壓抑制電路，兩組數據表明該抑制電路是有效的。

3 直流電阻測試

大型電力變壓器高、中壓繞組均為中性點引出的星形接線，參照行業標準《交流變電設備不拆高壓引線試驗導則》，進行直流電阻測試時，非被試繞組懸空，測試線一端接中性點套管引線，另一端接被測相套管引線，逐相進行測試[1]。要消除工頻感應電壓對直流電阻測試儀的影響，可拉開中性接地開關使之懸空，被試相套管引線接地，非被試相懸空。被試相接地感應電壓衰減為零，中性點遠離帶電體不會產生感應電壓，因此被試相繞組兩端感應電壓均為零，從而消除了感應電壓對測試結果的影響。

4 結語

針對繞組連同套管絕緣電阻試驗，采用工頻感應電壓抑制電路可實現不拆引線。所測的絕緣電阻數據與相同條件下拆引線所測數據無明顯差別。為提高試驗數據有效性及可對比性，應盡量在晴朗干燥條件下進行。必要時應結合引線連接設備絕緣電阻測試值對測試數據進行修正；對于繞組直流電阻試驗，在行業標準《交流變電設備不拆高壓引線試驗導則》推薦接線基礎上，將中性點懸空、被試相接地即可消除感應電壓的影響；綜上所述，大型電力變壓器不拆線試驗存在的問題全部解決，可實現不拆引線進行預防性試驗。