變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性試驗(yàn)技術(shù)研究

黃炫磊，馬 斌，陳 光，王文淵

（1.保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071050；2.河北省輸變電裝備電磁與結(jié)構(gòu)性能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071050）

目前電力變壓器絕緣是衡量變壓器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其安全可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)有著重要的意義。電磁瞬態(tài)過(guò)程造成的絕緣故障是變壓器各種故障中比較常見(jiàn)的一種，其中就包括雷擊輸電線路產(chǎn)生的雷電入侵波。當(dāng)雷電入侵波進(jìn)入變壓器高壓繞組時(shí)，若其絕緣強(qiáng)度不夠，就會(huì)造成絕緣擊穿，發(fā)生絕緣事故。通常設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)比較重視在雷電沖擊下變壓器繞組的電壓分布，實(shí)際上除了高壓繞組本身產(chǎn)生振蕩過(guò)電壓外，通過(guò)電容性和電感性耦合，在中壓繞組、低壓繞組上也會(huì)產(chǎn)生較高的沖擊電壓。因此開(kāi)展變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性測(cè)量試驗(yàn)技術(shù)研究工作具有重要的意義。

1 試驗(yàn)平臺(tái)搭建

電力變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性測(cè)量試驗(yàn)原理為模擬雷電波入侵高壓繞組時(shí)，測(cè)量其他繞組傳遞電壓值，因此應(yīng)該在高壓繞組端頭施加標(biāo)準(zhǔn)雷電波形，測(cè)量中、低壓對(duì)應(yīng)端頭電壓值，根據(jù)該原理搭建試驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)。

1.1 試驗(yàn)平臺(tái)的組成

本次研究測(cè)試平臺(tái)由3個(gè)系統(tǒng)組成，分別是雷電沖擊信號(hào)輸出系統(tǒng)、被試變壓器和測(cè)量系統(tǒng)。其中雷電沖擊信號(hào)輸出系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波形，測(cè)量系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量輸出波形參數(shù)、輸出電壓和傳遞電壓。測(cè)量平臺(tái)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性測(cè)定試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)圖

1.2 雷電沖擊電壓信號(hào)輸出系統(tǒng)選擇

國(guó)標(biāo)規(guī)定變壓器暫態(tài)電壓傳輸測(cè)定試驗(yàn)，可采用低電壓循環(huán)沖擊發(fā)生器或在沖擊試驗(yàn)期間降低電壓進(jìn)行，本次研究選用雷電沖擊重復(fù)脈沖信號(hào)發(fā)生器，該設(shè)備最高可輸出電壓1 000 V，通過(guò)調(diào)節(jié)儀器參數(shù)進(jìn)行波形調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)雷電波形輸出。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)選擇

測(cè)量系統(tǒng)由示波器和可調(diào)電容器組成，具體如下。

1.3.1 示波器選擇

本次變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性測(cè)量試驗(yàn)研究測(cè)量示波器選用泰克示波器。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)電容選擇

實(shí)際變壓器運(yùn)行過(guò)程低壓繞組連接了一部分設(shè)備及母線，形成低壓波阻抗，模擬該波阻抗的方法可以選擇電阻也可以選擇電容，本次研究選擇低壓側(cè)繞組測(cè)量上采用不同的電容來(lái)模擬低壓側(cè)線路電容值。

2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)量原理對(duì)幾種典型結(jié)構(gòu)變壓器試驗(yàn)接線方法提出建議。

2.1 試驗(yàn)線路

試驗(yàn)線路接線圖如圖2～圖6所示。

圖2 三相變壓器（YNd11）帶電容的試驗(yàn)接線圖

圖3 三相變壓器（YNd11）不帶電容的試驗(yàn)接線圖

圖4 三相變壓器（YNyn0d11）不帶電容的試驗(yàn)接線圖

圖5 單相變壓器的帶電容試驗(yàn)接線圖

圖6 單相變壓器的不帶電容試驗(yàn)接線圖

2.2 測(cè)量方法

無(wú)論三相變壓器或單相變壓器，每一相繞組都需要進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于單相及雙繞組變壓器高壓入波除了測(cè)量端子外其余端子均接地；對(duì)于三繞組變壓器和自耦變壓器要在高壓繞組施加標(biāo)準(zhǔn)波形時(shí)，同時(shí)測(cè)量中壓繞組及低壓繞組對(duì)應(yīng)端頭傳遞電壓。測(cè)量時(shí)先不接電容進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)量結(jié)果傳遞電壓不超低電壓繞組雷電沖擊耐受電壓80%，記錄此時(shí)測(cè)量值，存儲(chǔ)波形完成測(cè)量。如果超過(guò)低電壓繞組雷電沖擊耐受電壓80%，則在記錄實(shí)際測(cè)量值存儲(chǔ)波形后接可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電容，調(diào)節(jié)電容值使得低壓傳遞電壓不超80%雷電沖擊電壓耐受時(shí)，記錄此時(shí)電容值并存儲(chǔ)波形完成測(cè)量。

3 測(cè)量結(jié)果與討論

根據(jù)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，對(duì)不同型號(hào)的變壓器進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，測(cè)量時(shí)施加雷電波形需滿足波頭時(shí)間范圍T1：1.2μs±30%，波尾時(shí)間范圍T2：50.0μs±20%。輸入峰值電壓100 V，被測(cè)端頭電壓與輸入電壓的比值，即可表征被試品暫態(tài)電壓傳輸關(guān)系。下面分析幾種典型型號(hào)電力變壓器測(cè)量結(jié)果。

3.1 SZ11-20000/110型變壓器測(cè)量結(jié)果

SZ11-20000/110型變壓器測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，端子a電壓測(cè)量如圖7所示。

圖7 端子a電壓測(cè)量圖

表1 SZ11-20000/110型變壓器測(cè)量結(jié)果

3.2 SFP-280000/220型變壓器傳測(cè)量結(jié)果

SFP-280000/220型變壓器傳測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，測(cè)量端子a測(cè)量電壓如圖8所示。

圖8 端子a測(cè)量電壓圖

表2 SFP-280000/220型變壓器傳測(cè)量結(jié)果

3.3 ODFS-334000/500型變壓器傳測(cè)量結(jié)果

ODFS-334000/500型變壓器傳測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，相測(cè)量電壓如圖9所示。

圖9 相測(cè)量電壓圖

表3 ODFS-334000/500型變壓器傳測(cè)量結(jié)果

3.4 SFP-380000/500變壓器傳測(cè)量結(jié)果

SFP-380000/500變壓器傳測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4，測(cè)量端子a測(cè)量電壓如圖10所示。

圖10 端子a測(cè)量電壓圖

表4 SFP-380000/500變壓器傳測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)論和建議

開(kāi)展了變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性測(cè)定的研究，設(shè)計(jì)了變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性試驗(yàn)方法，在幾種典型結(jié)構(gòu)的變壓器上進(jìn)行了測(cè)量，得到如下結(jié)論：

變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性主要受到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響，與低壓側(cè)負(fù)載有關(guān)，因此在變壓器暫態(tài)電壓傳輸特性試驗(yàn)時(shí)，不帶負(fù)載直接測(cè)量的值，等同于產(chǎn)品在最惡劣情況下電壓傳遞情況。當(dāng)測(cè)量結(jié)果超過(guò)規(guī)定值的時(shí)候，通過(guò)接負(fù)荷電容的方式測(cè)量傳遞電壓臨界值的時(shí)候的變壓器負(fù)載電容值，將該測(cè)量結(jié)果提供給用戶作為低壓側(cè)阻抗設(shè)計(jì)的參考，可以為絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，具有較高的工程實(shí)踐價(jià)值。