500 k V主變壓器繞組及套管絕緣電阻的屏蔽測量方法

羅贊琛,韋 宇

(1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司南寧局,廣西 南寧 530021;2.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司百色局,廣西 百色 533000)

0 引言

500 k V主變壓器(簡稱“主變”)大都為自耦變結(jié)構(gòu)。測量500 k V主變繞組、套管絕緣電阻,一般拆除主變各側(cè)繞組一次引線,主變外殼及非被測繞組接地,然后按有關(guān)規(guī)范接入兆歐表測量。500 k V主變?nèi)萘看?其500 k V、220 k V側(cè)一次引線安裝位置高,引線長且重,拆除引線的工作量大,且存在恢復(fù)接線時線夾損壞或接觸不良造成過熱等風(fēng)險。

目前有關(guān)預(yù)防性試驗規(guī)程提出,可開展500 k V主變繞組絕緣電阻不拆引線試驗方法的研究,并規(guī)定條件成熟者按規(guī)定程序批準(zhǔn)后可采用不拆線的試驗方法[1]。文獻[2-4]提出了采用屏蔽法不拆高壓引線測量變壓器繞組絕緣電阻,但只簡單論述了其基本方法及優(yōu)缺點,未提出如何在屏蔽法的基礎(chǔ)上全面檢測、判斷變壓器主絕緣性能,未從原理上說明數(shù)字兆歐表屏蔽測量的基本原理。DL/T 1331-2014《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗導(dǎo)則》規(guī)定了330～750 k V自耦變壓器不拆高壓引線進行繞組絕緣電阻試驗的方法,該方法是現(xiàn)場常用試驗方法,但會造成測量結(jié)果小于實際值。

本文首先介紹了2種屏蔽方式的數(shù)字兆歐表的電路結(jié)構(gòu),詳細(xì)闡述了數(shù)字兆歐表屏蔽法測量主變繞組絕緣電阻的原理。在500 k V主變繞組絕緣電阻試驗項目中,基于變壓器主絕緣結(jié)構(gòu),分析了屏蔽測量主變繞組各部分絕緣電阻的試驗方法,提出采用屏蔽法測量主變繞組各部分絕緣電阻,再輔以其他指標(biāo)進行分析、判斷。在500 k V主變套管絕緣電阻試驗項目中,闡明了應(yīng)采用屏蔽法準(zhǔn)確測量套管絕緣電阻。

1 500kV主變繞組絕緣電阻試驗方法

1.1 絕緣電阻常規(guī)試驗方法

500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)試驗主要用于檢測主變的主絕緣性能,對變壓器主絕緣的整體絕緣狀況有較高的靈敏性,能有效查出變壓器整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的缺陷,當(dāng)兩極之間的絕緣體呈貫穿性劣化時,絕緣電阻會明顯降低[5]。

500 k V主變絕緣電阻試驗主要測量其高、低壓繞組對外殼(地)以及繞組間的絕緣電阻,常規(guī)試驗方法見表1[6]。

表1 500 k V主變繞組絕緣電阻常規(guī)試驗方法

采用常規(guī)測量方法時,宜拆除主變各側(cè)一次引線。若不拆除,在進行表1的2、3項試驗時,主變高、中壓側(cè)的外接絕緣支柱、CVT、避雷器等設(shè)備的絕緣電阻就會與主變高、中壓繞組對地絕緣電阻并聯(lián)測量,導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)偏小,不能真實反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況。如果試驗過程中空氣濕度偏大,主變高、中壓側(cè)外接設(shè)備的表面泄漏電流會增大,此時測得的絕緣電阻將遠(yuǎn)小于實際值,甚至可能出現(xiàn)絕緣電阻、吸收比不合格的情況。

1.2 不拆高壓引線試驗方法

DL/T 1331-2014提出了330～750 k V自耦變壓器不拆高壓引線測量繞組絕緣電阻的試驗方法:拆除變壓器中性點、低壓繞組一次引線,保留高、中壓繞組一次引線,采用屏蔽法測量高、中壓繞組與低壓繞組之間的絕緣電阻,同時,宜再采用常規(guī)法測量高、中壓繞組與低壓繞組及地的絕緣電阻作為參考[7]。

屏蔽法試驗接線為:高、中壓繞組與中性點繞組短接后接絕緣電阻測試儀L端鈕,低壓繞組短接后接絕緣電阻測試儀E端鈕,絕緣電阻測試儀G端鈕接地,變壓器的鐵心、夾件及外殼保持在接地狀態(tài)如圖1所示。

圖1 屏蔽法測量高、中壓繞組與低壓繞組絕緣電阻接線

2 數(shù)字兆歐表屏蔽法測量方法

2.1 數(shù)字兆歐表基本原理

現(xiàn)場一般使用數(shù)字兆歐表測量大型變壓器繞組絕緣電阻。數(shù)字兆歐表采用電壓、電流法的測量原理,主要由直流測試電源和采樣電路串聯(lián)而成。根據(jù)測量電源和采樣電路串聯(lián)的相對位置,數(shù)字兆歐表可分為高電位屏蔽和低電位屏蔽2種組構(gòu)制式[8],目前現(xiàn)場使用的數(shù)字兆歐表大多為高電位屏蔽組構(gòu)制式,2種兆歐表的測量原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字兆歐表原理

圖2中Us為直流電源電壓,Ra為采樣電路附加電阻,R0為采樣電阻,Rx為被試品絕緣電阻,Ra、R0、Rx的阻值大小關(guān)系為:Ra+R0?Rx(Ra+R0電阻值一般為歐姆級,Rx電阻值為兆歐級或更大)。數(shù)字兆歐表的測量回路電流在采樣電阻R0產(chǎn)生電壓U0,通過U0可衡量被試品絕緣電阻的大小。數(shù)字兆歐表有L、E、G 3個輸出端鈕,L端輸出負(fù)極高壓。E端輸出正極高壓,因被試品一端常在接地狀態(tài),故測試過程中E端鈕一般接地。G端為屏蔽端,因Ra+R0?Rx,對于高電位屏蔽組構(gòu)制式的兆歐表,G端電位與L端電位一致,對于低電位屏蔽組構(gòu)制式的兆歐表,G端電位為0。

2.2 數(shù)字兆歐表屏蔽法測量原理

2.2.1 數(shù)字兆歐表常用屏蔽法

兆歐表具有屏蔽功能,可屏蔽與被試品并聯(lián)且一端接地的雜散電阻。兆歐表屏蔽測量的常用接線方式為:L端鈕接被試品,E端鈕接地、G端鈕接入雜散電阻內(nèi)部,如圖3所示。如用于屏蔽被試品表面泄漏電流時,可在試品表面加金屬護環(huán)或用裸導(dǎo)線纏繞后再接入兆歐表G端鈕[9]。

圖3 數(shù)字兆歐表常用屏蔽法接線原理

圖3中,R11+R12為與試品并聯(lián)的雜散電阻,對于高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表,其電流不會流過兆歐表采樣電阻R0,因此R11+R12被屏蔽。對于低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表,同樣R11+R12被屏蔽。

2.2.2 屏蔽法測量主變繞組絕緣(不拆高、中壓引線)的試驗原理

不拆高、中壓引線,屏蔽法測量主變高、中壓繞組與低壓繞組之間絕緣電阻(圖1)的等效電路如圖4所示。圖4中R＇x為主變高、中壓側(cè)外接設(shè)備的絕緣電阻。

圖4 屏蔽法測量主變繞組絕緣電阻(不拆高、中壓引線)試驗原理

高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表:兆歐表G端鈕接 地,則R0+Ra與R＇x并 聯(lián),UL=US,因R0+Ra?R＇x及Rx,工程上 可 認(rèn) 為:則同理可認(rèn)為=0,故UL=0,因此無試驗電流流過R＇x,主變高、中壓側(cè)的外接設(shè)備絕緣電阻被屏蔽。

低電位屏蔽組構(gòu)制式數(shù)字兆歐表:兆歐表G端鈕接地,R＇x與Ra+R0+Rx為相互并聯(lián)的2個支路,故R＇x支路的電流不會流入Ra+R0+Rx支路,R＇x被屏蔽。

需要說明的是,目前有部分低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表(如AI-6000 M型介質(zhì)損耗儀附帶的數(shù)字兆歐表),只有2個輸出端鈕,一端為高壓輸出端(L端),另一端電位為0(E端),儀器內(nèi)部R0與電源正極之間位置接地,即“G”端在儀器內(nèi)部接地。這類儀器也可以實現(xiàn)屏蔽法測量主變繞組絕緣電阻(不拆高、中壓引線),其測量原理與圖4(b)一致。

3 主變繞組絕緣電阻屏蔽測量試驗方法

表2為500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)表。主變各級繞組對鐵心柱、鐵軛的絕緣,高、中壓繞組對低壓繞組的絕緣組成均為絕緣油-隔板絕緣,絕緣油-隔板絕緣屬多層電介質(zhì)的絕緣結(jié)構(gòu),此類絕緣吸收現(xiàn)象明顯,如果發(fā)生絕緣整體受潮或貫穿性絕緣劣化缺陷,絕緣電阻及吸收比會明顯降低。變壓器繞組及引線與外殼之間絕緣介質(zhì)為變壓器油,故繞組及引線對外殼間的絕緣電阻主要取決于變壓器油的性能[10-11]。

表2 500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)

500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)分布如圖5所示(圖中主變外殼為接地狀態(tài),主變鐵心為不接地狀態(tài),主變中性點及低壓引線被拆除,主變高、中壓引線不拆除)。可見,500 k V主變繞組絕緣電阻試驗中需要測量的是高壓繞組對低壓繞組絕緣電阻(RHL)、高壓繞組對鐵心絕緣電阻(RHC)、低壓繞組對鐵心絕緣電阻(RLC)、高壓繞組對外殼絕緣電阻(RHT)、低壓繞組對外殼絕緣電阻(RLT)[12]。應(yīng)以屏蔽法為主,常規(guī)法為輔進行測試,試驗方法見表3。

圖5 500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)分布

表3 測量500 k V主變繞組絕緣電阻(不拆高壓引線)試驗方法

需要說明的是,屏蔽法不能測量高、中壓繞組對外殼的絕緣電阻(RHT),RHT由繞組及引線對外殼、分接開關(guān)對外殼兩部分絕緣并聯(lián)組成,繞組及引線對外殼的絕緣狀態(tài)可通過絕緣油介質(zhì)損耗,油耐壓等指標(biāo)進行判斷考察。分接開關(guān)對外殼的絕緣為固體絕緣,這部分絕緣不能直接測量,常規(guī)法測量包含了這部分絕緣電阻,故常規(guī)法試驗數(shù)據(jù)具有一定的參考性。

綜上,采用屏蔽法測量主變繞組絕緣電阻(不拆主變高、中壓引線),采用常規(guī)法的試驗結(jié)果作為參考,再結(jié)合絕緣油試驗數(shù)據(jù),除了主變分接開關(guān)對外殼這一小部分絕緣電阻的檢測較為粗略外,能夠全面、準(zhǔn)確的檢測500 k V主變的主絕緣性能。

某變電站1臺500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比試驗中,常規(guī)法及屏蔽法測量數(shù)據(jù)如表4所示,可見,常規(guī)法測量并入了主變高、中壓側(cè)的其他外接設(shè)備,絕緣電阻測量數(shù)據(jù)明顯偏小,吸收比數(shù)據(jù)也不合格,采用屏蔽法能夠準(zhǔn)確測量主變繞組絕緣,由屏蔽法試驗數(shù)據(jù)可判斷該主變絕緣電阻合格。

表4 某500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比試驗試驗數(shù)據(jù)(不拆高壓引線)

4 主變套管絕緣電阻屏蔽測量試驗方法

500 k V主變套管主絕緣電阻試驗一般不拆主變高、中壓引線,DL/T 1331-2014提出的試驗方法是:與被測套管相連的所有繞組短接、與被測套管不相連的所有繞組短接后接地,其它非被測套管末屏接地,被測套管導(dǎo)電桿部位(即套管首屏)接兆歐表L端鈕,套管末屏接兆歐表的E端鈕,這是套管主絕緣電阻試驗的常用接線方法,同時適用于主變高、中壓引線不拆除的情況。500 k V主變高壓套管主絕緣電阻常用試驗方法接線如圖6所示。

圖6 500 k V主變高壓套管主絕緣電阻常用試驗方法接線

采用此法測量500 k V主變高壓套管主絕緣電阻,其電阻分布如圖7所示,圖中Rb為高壓套管主絕緣電阻,Re為末屏對地絕緣電阻,R＇為主變高壓繞組對低壓繞組及外殼(地)的絕緣電阻,R＇x為外接設(shè)備絕緣電阻。由圖7可見,實際測量的絕緣電阻為Rb∥(R＇X∥[R＇)+Re],顯然測量結(jié)果是偏小的。若高壓引線已拆除,實際測量的絕緣電阻值則為Rb∥(R＇+Re),仍小于實際值。

圖7 高壓套管主絕緣電阻試驗(不拆高、中壓引線接線)的電阻分布

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,多數(shù)電容型套管末屏絕緣電阻的阻值都很大(可達(dá)10 GΩ至數(shù)百GΩ),試驗過程中空氣濕度較低時,主變高、中壓側(cè)的外接設(shè)備的絕緣電阻也較大,此時的套管主絕緣電阻測量值雖小于實際值,但仍遠(yuǎn)大于其規(guī)程規(guī)定值(10 GΩ),故一般不會引起注意。倘若套管末屏絕緣電阻偏低,同時試驗過程空氣濕度偏大,套管主絕緣電阻的測量結(jié)果就會遠(yuǎn)低于實際值,甚至不合格。

宜采用屏蔽法準(zhǔn)確測量主變套管主絕緣電阻。高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表接線方法為:兆歐表L端鈕接套管首屏、E端鈕接套管末屏,G端鈕接地;內(nèi)部為接地結(jié)構(gòu)的低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表接線方法為:兆歐表高壓輸出端鈕接套管首屏,低壓端鈕接套管末屏。圖8為屏蔽法測量套管主絕緣電阻的等效電路圖,圖中R＇表示Rt或Rt∥R＇。圖8(a)中:兆歐表G端鈕接地,則L端電位為0,無試驗電流通過R＇,末屏絕緣電阻Re雖通過試驗電流,但不會流經(jīng)兆歐表采樣電阻R0,因此Re及R＇均被屏蔽。圖8(b)中:兆歐表G端鈕接地,則E端電位為0,無試驗電流通過Re,R＇通過電流,但不流經(jīng)R0,故Re及R＇被屏蔽。

圖8 屏蔽法測量套管主絕緣電阻等效電路

表5為某500 k V主變高、中壓套管主絕緣電阻測量數(shù)據(jù)(不拆高、中壓引線)。可見采用屏蔽法可大大提高試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

表5 某500 k V主變高、中壓套管主絕緣電阻測量數(shù)據(jù)(不拆高、中壓引線)

現(xiàn)場試驗中,因套管末屏絕緣電阻規(guī)程規(guī)定值為不小于1 GΩ,而正常套管的主絕緣電阻都大于10 GΩ,所以測量誤差常被忽略。建議根據(jù)現(xiàn)場實際,選擇采用屏蔽法測量,測量接線為:斷開主變繞組接地,兆歐表L端鈕接套管末屏,E端鈕接地,G端鈕接套管首屏。

5 結(jié)論

不拆主變高、中壓引線采用常規(guī)試驗方法測量500 k V主變繞組絕緣電阻,測得的絕緣電阻值會偏小,不能真實反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況。為了真實反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況又不拆除主變高、中壓引線,可選擇采用屏蔽法測量。500 k V主變套管主絕緣、末屏電阻試驗中,無論高壓引線拆除與否,若按DL/T 1331-2014提出的接線方法測量,試驗結(jié)果都會小于實際值。不拆主變高、中壓引線,采用屏蔽法測量500 k V主變繞組絕緣電阻,能夠消除主變高、中壓繞組外接設(shè)備的影響,準(zhǔn)確測量繞組絕緣電阻。根據(jù)500 k V主變的主絕緣結(jié)構(gòu),以屏蔽法測量繞組各部分的絕緣電阻為主,以常規(guī)法測量及主變絕緣油試驗數(shù)據(jù)為輔,可以實現(xiàn)主變繞組絕緣電阻試驗及診斷。屏蔽法測量套管主絕緣電阻,能夠屏蔽套管末屏絕緣電阻、主變繞組及主變外接設(shè)備絕緣電阻對試驗結(jié)果的影響,試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,故建議采用屏蔽法測量。而測量套管末屏絕緣電阻時,也建議根據(jù)現(xiàn)場情況采用屏蔽法測量,以得到更準(zhǔn)確的測試結(jié)果。