三相干式電力變壓器局部放電試驗(yàn)的研究

楊生澤，吳永洋，曲翔

（甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅 天水 741018）

按照 GB／T1094．11-2022 標(biāo)準(zhǔn)要求，三相干式變壓器的局部放電測(cè)試為常規(guī)實(shí)驗(yàn)，是測(cè)試變壓器參數(shù)好壞和絕緣狀態(tài)的主要手段，是評(píng)價(jià)變壓器在正常的工作電壓下，是否安全、有效地工作的一種主要測(cè)試方法。

近年來(lái)，隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的改變，測(cè)試工作者們對(duì)干式變壓器局部放電測(cè)量的技術(shù)也有了不同的認(rèn)識(shí)，但仍然停留在按照原有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作方法上。本章擬就干式變壓器局部放電測(cè)量的加壓、檢測(cè)電路的校準(zhǔn)方法及其對(duì)局部放電量的計(jì)算等技術(shù)問(wèn)題加以研究。

1 局部放電試驗(yàn)測(cè)量方法及分析

目前試驗(yàn)站大部分采用100Hz-200Hz發(fā)電機(jī)作為電源。采用感應(yīng)加壓的方式，將所需要的試驗(yàn)電壓加到被試變壓器的低壓側(cè)。對(duì)于三相干式電力變壓器而言，應(yīng)當(dāng)使用三相的電源，而不得使用單相電源直接加壓。若使用單相電源加壓，則變壓器高壓試驗(yàn)電壓不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。下圖1是試驗(yàn)站采用的200Hz中頻發(fā)電機(jī)電源及試驗(yàn)系統(tǒng)一次回路接線(xiàn)圖。

圖1 200Hz中頻發(fā)電機(jī)電源及試驗(yàn)系統(tǒng)一次回路接線(xiàn)圖

1．1 測(cè)試回路校正

在變壓器的繞組內(nèi)和測(cè)試回路中，都會(huì)發(fā)生放電波形的減弱情況。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB／T7354，電源回路校正通常是在實(shí)驗(yàn)前或試品不帶電的時(shí)刻進(jìn)行，把由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)放電校正器所形成的模擬脈沖信號(hào)[1]，加在電力變壓器被測(cè)繞組端子和連接端子之間，來(lái)確定視在放電量qa與儀器測(cè)出的讀數(shù)之間的定量關(guān)系。

并聯(lián)測(cè)試校正回路如圖2所示，脈沖信號(hào)電壓U0（方波電壓）與試品的視在放電量q0成正比關(guān)系。即U0／q0＝X（回路常數(shù)）。校正回路中，在校正電容C0相對(duì)于試品電容量CX特別小的條件下，同樣有U0＇（校準(zhǔn)脈沖電壓）／U0C0＝X的關(guān)系。對(duì)于固定的測(cè)試回路，當(dāng)試品和各元件參數(shù)不變后，X值為定值。所以，當(dāng)U0＝U0＇時(shí)，則 qa＝q0＝U0C0。為了使變壓器局部放電試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果有效和準(zhǔn)確，試驗(yàn)主回路能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB／T1094．11中規(guī)定的最小允許放電量。方波校準(zhǔn)時(shí)需要注意以下幾方面問(wèn)題：

圖2 并聯(lián)測(cè)試校正回路

（1）方波發(fā)生器的距離要盡量接近樣品的檢測(cè)端，且耦合電容到檢測(cè)端的試驗(yàn)電纜要盡可能近。

（2）考慮到方波發(fā)生器對(duì)地和高壓引線(xiàn)雜散電容的影響，C0又不能選的太小，通常按照10pF＜C0≤0．1CX選取[2]。

1．2 局部放電試驗(yàn)方法

局部放電試驗(yàn)與一般試驗(yàn)方法有所不同，因?yàn)樗鼘?duì)電壓變化特別靈敏，而且只有在變壓器內(nèi)缺陷的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)起始的放電場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，才能觀(guān)測(cè)到放電情況。據(jù)此，規(guī)范中具體地規(guī)定了干式變壓器局部放電實(shí)驗(yàn)的加壓頻率、時(shí)間以及測(cè)量接線(xiàn)方式，試驗(yàn)中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn) GB／T1094．11 和 JB／T501 的要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)接線(xiàn)示意圖如圖3所示。

圖3 三相干式電力變壓器局部放電試驗(yàn)的接線(xiàn)圖

三相干式電力變壓器采用三相電源在低壓側(cè)對(duì)稱(chēng)加壓。對(duì)于帶有分接的繞組，除非用戶(hù)特別指定或同意，一般是在主分接上進(jìn)行。局部放電測(cè)試一般是在整個(gè)絕緣測(cè)試項(xiàng)目全部完成后進(jìn)行，其測(cè)試頻率適當(dāng)?shù)乇阮~定的頻率高一些。由于使用的工頻測(cè)試電源并不能夠從繞組中感應(yīng)出1．8Ur的試驗(yàn)電壓，一般當(dāng)電壓大于1．2Ur的額定電壓時(shí)，變壓器鐵心磁通密度飽和，因此勵(lì)磁電流和鐵磁損耗都將會(huì)大幅度上升，所以要相應(yīng)地增加電源頻率，以避免在測(cè)試期間的勵(lì)磁電流過(guò)大。

對(duì)于大容量的變壓器試驗(yàn)，為了減少補(bǔ)償電感的容量，在保證被試變壓器所加電壓不能使鐵心飽和的情況下，減少試驗(yàn)電源頻率[3]。

圖中C是無(wú)暈耦合電容器（其電容值與校準(zhǔn)發(fā)生器的電容相比較應(yīng)大很多），該電容器與測(cè)試電阻Zm相聯(lián)，且與各個(gè)被試的端子相連接。測(cè)量阻抗Zm在測(cè)量中把脈沖電流轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖電壓信號(hào)。常用的測(cè)量阻抗是RCL型，在測(cè)量阻抗上輸入階躍方波時(shí)，RCL阻抗上得到的電壓波形是一個(gè)衰減震蕩波，表示為：

上式中α為衰減系數(shù)，Cm為檢測(cè)阻抗兩端的總電容，Cx+Ck為被試電容和耦合電容。

測(cè)量阻抗輸出的信號(hào)很弱，經(jīng)過(guò)測(cè)量?jī)x器放大后達(dá)到所需的靈敏度。我們通常使用的放大器的頻率有3種，寬頻放大器靈敏度比較高，分辨力強(qiáng)，適合帶有屏蔽的實(shí)驗(yàn)室使用，不適宜現(xiàn)場(chǎng)使用，因?yàn)橐资芡饨绲母蓴_。窄頻放大器抗干擾能力強(qiáng)，但分辨率太差，易造成測(cè)量誤差。所以目前大多數(shù)儀器廠(chǎng)家都使用選頻放大器，它兼容了寬屏和窄頻的優(yōu)點(diǎn)，既滿(mǎn)足了分辨力差的問(wèn)題，又有一定的抗干擾能力。

標(biāo)準(zhǔn)GB／T1094-11嚴(yán)格規(guī)定了三相干式變壓器的試驗(yàn)方法，在變壓器低壓側(cè)相間預(yù)加電壓為1．8Ur（Ur為額定電壓），持續(xù)時(shí)間為30s。然后在不中斷測(cè)量電源的情況下，將測(cè)量電壓降到1．3Ur，這時(shí)應(yīng)保持3min為宜，如圖4所示，可進(jìn)行局部放電測(cè)量[4]。變壓器的高壓側(cè)三相分別接入耦合電容器，耦合電容器低壓端通過(guò)檢測(cè)阻抗接地，三相變壓器的三相應(yīng)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。如果局部放電測(cè)試儀的通道數(shù)不滿(mǎn)足要求，按照?qǐng)D3的接線(xiàn)形式，測(cè)完一相后通過(guò)三相轉(zhuǎn)換按鈕切換到其他任意一相進(jìn)行測(cè)量，這樣在一二次回路不動(dòng)的情況下，通過(guò)三相轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換測(cè)量通道，達(dá)到三相變壓器的測(cè)量。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：

圖4 局部放電施加電壓方式（例行試驗(yàn)）

（1）三相干式電力變壓器在進(jìn)行局部放電測(cè)試時(shí)，變壓器高壓測(cè)三相端子分別與三個(gè)無(wú)暈耦合電容器連接，并通過(guò)與無(wú)暈耦合電容器串聯(lián)的測(cè)量阻抗接地。

（2）試驗(yàn)前必須分清楚干式電力變壓器局部放電例行試驗(yàn)和特殊試驗(yàn)的區(qū)別。對(duì)于中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)，或中性點(diǎn)通過(guò)消弧線(xiàn)圈等高電阻接地系統(tǒng)中工作的變壓器，由于交流變壓器也可以在單相對(duì)地故障的狀況下持續(xù)工作，所以交流變壓器也可以在用戶(hù)的要求下進(jìn)行特殊測(cè)試。（特殊試驗(yàn)方法與上面不同，低壓側(cè)施加相間的預(yù)加電壓只有 1．3Ur，然后將電壓降低到 Ur，并維持 3min，進(jìn)行局部放電測(cè)試）。特殊試驗(yàn)的測(cè)量方式與例行試驗(yàn)不同之處在于，在對(duì)變壓器A相進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，B相和C相應(yīng)各接地一次，也就是說(shuō)每一相要測(cè)量?jī)纱巍?/p>

1．3 變壓器局部放電試驗(yàn)合格判定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于干式電力變壓器局部放電條件的最大值為10pC，如果生產(chǎn)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品沒(méi)有單獨(dú)要求時(shí)，局部放電量就按＜10pC判定。有要求時(shí)，就按產(chǎn)品技術(shù)條件判定，除了上述總的判斷局部放電試驗(yàn)是否合格外，我們還應(yīng)在試驗(yàn)的過(guò)程中，看被試變壓器的局部放電量在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是否發(fā)生很大的變化[5]，有沒(méi)有明顯向最大允許局部放電量增長(zhǎng)的趨勢(shì)。如果有，應(yīng)分析為什么會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)，可以適當(dāng)延長(zhǎng)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間等到局部放電量穩(wěn)定為止。

2 結(jié)論

變壓器局部放電量的多少，是標(biāo)志變壓器絕緣性能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，是評(píng)價(jià)變壓器在正常工作電壓下，是否長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的重點(diǎn)試驗(yàn)之一。干式電力變壓器在動(dòng)力系統(tǒng)中主要發(fā)揮穩(wěn)壓保流的功能，隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，在整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，功能將更加關(guān)鍵。所以干式電力變壓器進(jìn)行局部放電測(cè)量越來(lái)越受到行業(yè)的重視，在以后的工作中我們需要對(duì)影響變壓器局部放電試驗(yàn)的因素逐一研究[6]，進(jìn)一步提高對(duì)變壓器局部放電的檢測(cè)檢驗(yàn)水平。