李 晨，王文浩，孫 翔，谷小博，于 淼

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

特大型變壓器現(xiàn)場局部放電試驗的設(shè)備配置及工程實踐

李 晨，王文浩，孫 翔，谷小博，于 淼

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

隨著變壓器工藝的不斷進步，變壓器的重量不斷增加，額定電壓逐步提高，容量持續(xù)擴大，這給現(xiàn)場安裝及試驗，特別是局部放電（ACLD）試驗提出了更高的要求。介紹了特大型變壓器的典型結(jié)構(gòu)，給出了進行現(xiàn)場ACLD試驗的設(shè)備配置；分析了ACLD試驗中變壓器故障的發(fā)現(xiàn)過程及驗證結(jié)果，證明了這套試驗設(shè)備在現(xiàn)場進行特大型變壓器ACLD試驗的可行性。

特大型；變壓器；局部放電；試驗設(shè)備

特大型變壓器對制造工藝和現(xiàn)場交接過程提出了更高的要求。特大型變壓器所有交接試驗項目中，ACLD（帶局部放電測量的長時感應(yīng)耐壓試驗）是難度最大、考核最嚴(yán)格、對變壓器內(nèi)部絕緣缺陷反應(yīng)最靈敏的試驗，也是衡量電力變壓器質(zhì)量的重要檢測手段[1]。

特大型變壓器電壓高、容量大、質(zhì)量重，進行ACLD試驗時，在背景干擾的抑制和試驗裝備的配置上更為困難和復(fù)雜。對特大型變壓器進行ACLD試驗時的干擾抑制，已經(jīng)有較多的研究和實踐，而在試驗設(shè)備配置方面較少提及[2-4]。為此，研究并提出了特大型變壓器ACLD試驗設(shè)備配置，調(diào)試工作證明能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境，順利完成現(xiàn)場ACLD試驗。

1 變壓器結(jié)構(gòu)及設(shè)計特點

某特大型變壓器為單相三繞組自耦變壓器，受制于運輸條件和絕緣性能等方面的約束，與普通500 kV或220 kV電壓等級的自耦變壓器相比，在結(jié)構(gòu)上有著較明顯的區(qū)別，內(nèi)部繞組接線方式見圖1。

變壓器本體器身采用單相三芯柱加兩旁軛結(jié)構(gòu)，從而有效降低主變壓器（簡稱主變）高度。高壓繞組采用中部出線，變壓器調(diào)壓方式為中性點變磁通調(diào)壓，并設(shè)置補償繞組。中性點調(diào)壓方式降低了調(diào)壓開關(guān)的絕緣水平，采用變磁通調(diào)壓及設(shè)置補償繞組能，有效地抑制了調(diào)壓時對中壓出線端Am點的電壓波動[5]。此外，為了滿足運輸?shù)男枰?，變壓器的調(diào)壓部分單獨組成調(diào)壓補償變壓器與本體分離，降低了單件運輸重量。圖1中各出線套管名稱見表1。

2 現(xiàn)場ACLD試驗設(shè)備配置

2.1 試驗系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 變壓器內(nèi)部繞組接線方式

表1 出線端子名稱

合理配備現(xiàn)場ACLD試驗設(shè)備，在滿足裝置本身局部放電量要求的前提下，尚應(yīng)達到以下2個目標(biāo)：試驗電源容量盡可能小，防止受限于變電站所用變或施工變?nèi)萘?；便于現(xiàn)場更改試驗接線和移動試驗裝置位置，提高現(xiàn)場試驗的安全性和效率。

現(xiàn)場ACLD試驗設(shè)備由補償電抗器、勵磁變壓器、變頻電源、試驗電纜、局部放電測試裝置等組成，試驗系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。局部放電測試裝置對特大型變壓器局部放電測試結(jié)果的影響，已有專門研究結(jié)論，此處不作詳述。

圖2 試驗系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 補償電抗器

補償電抗器并聯(lián)于試品兩端，用于補償變壓器的容性電流。特大型變壓器低壓側(cè)入口電容大約為0.2～0.24 μF，最高試驗電壓170 kV左右，為了避免試驗中鐵心飽和，對變壓器進行局部放電試驗時試驗頻率大致在100～200 Hz之間為宜，電感量L滿足：

式中：L為試驗回路電感量；C為變壓器加壓側(cè)入口電容。

根據(jù)試驗頻率可以得到電抗器提供的補償電流I滿足：

式中：U為試驗電壓。

若入口電容為0.24 μF，則有電感量及補償電流與試驗頻率（100～200 Hz之間）的關(guān)系如圖3與4所示。

圖3 電感量與試驗頻率關(guān)系

圖4 不同電壓下補償電流與試驗頻率關(guān)系

圖4中U1為預(yù)加電壓，U2及U3為測量電壓。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和被試變壓器技術(shù)參數(shù)，可確定補償電抗器額定參數(shù)為：額定電壓100 kV；額定電流30 A；電感量3 H。

試驗時，補償電抗器采用兩串、兩并結(jié)構(gòu)，總電感量為3 H，額定電壓200 kV，額定補償電流60 A。

2.3 勵磁變壓器

進行ACLD試驗時，變壓器的電容電流被電抗器補償，完全補償時勵磁變壓器僅提供有功電流。在試驗頻率下，主變勵磁側(cè)有功電流Ir滿足：

式中：P為試品在試驗頻率下空載損耗；U為勵磁繞組試驗電壓，170 kV左右。

目前生產(chǎn)的特大型變壓器現(xiàn)場ACLD試驗有功電流可達2 A。試驗中，電容電流有時無法完全補償，此時勵磁變壓器還需提供部分無功電流，設(shè)計時為確保勵磁變壓器在50%補償下仍能正常試驗，將勵磁變壓器額定電壓及電流定為200 kV，4 A。

2.4 變頻電源

變頻電源為試驗系統(tǒng)供電，應(yīng)滿足試驗系統(tǒng)各設(shè)備的功耗需要。圖2中被試變壓器空載損耗滿足：

式中：K為感應(yīng)電壓倍數(shù)；fN為額定頻率，取50 Hz；fs為試驗頻率；P0為被試變壓器額定空載損耗。

由于變頻電源轉(zhuǎn)換效率約為75%，因此變頻電源輸入功率滿足：

在最大負(fù)荷下，考慮到試驗系統(tǒng)其他損耗，試驗總損耗可基本確定超過400 kW，因此在進行試驗時采用2臺容量為400 kVA的變頻電源并聯(lián)的方式，總?cè)萘?00 kVA。

2.5 試驗電纜

試驗電纜用于連接站內(nèi)系統(tǒng)或施工電源和試驗使用的變頻電源，其電流計算如下：

式中：k3為壓降系數(shù)，取1.1；Id是電纜電流；Ud是變頻電源輸入電壓，為400 V。

已知試驗系統(tǒng)總損耗超過400 kW，因此試驗電流可達600～700 A，此外考慮到電纜接頭的電壓降，參考電力電纜載流量標(biāo)準(zhǔn)，變頻電源輸入電纜宜選擇6根導(dǎo)體截面為185 mm2的銅芯電纜并聯(lián)（每相2根并聯(lián)）[6]。

2.6 試驗參數(shù)估算及驗證

經(jīng)過分析，總結(jié)出該特大型變壓器ACLD試驗時主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)和配置如表2所列。

上述配置可行性在對某變電站7臺同一型號的特大型變壓器ACLD試驗中得到了驗證，該型變壓器入口電容計算值為0.24 μF，額定空載損耗200 kW左右。通過計算式（1）—（6）可得到試驗設(shè)備參數(shù)估算值，將估算值與7臺變壓器ACLD試驗中測到的平均值（7臺主變型號一致，最大、最小值相比差別不超過10%）比較如表3所示。

表2 主要試驗設(shè)備配置方案及技術(shù)參數(shù)

表3 試驗參數(shù)對照表

可以看出，總體上估算值與實際值較為接近，補償電流、變頻電源功耗、有功電流及電纜電流等參數(shù)的最大誤差分別為3.7%、11.2%、5.4%和7.9%。由于試驗初期受到鐵心剩磁道影響，電纜輸入電流、有功電流和系統(tǒng)損耗等參數(shù)的誤差隨著電壓上升而下降。整套試驗系統(tǒng)額定電壓、電流及容量等技術(shù)參數(shù)均能滿足試驗要求，能夠保證現(xiàn)場試驗的需要。

3 工程實踐

采用表2的配置方案，對某1—7號特大型變壓器進行ACLD現(xiàn)場試驗，試驗原理接線如圖5。

圖5所示SB為勵磁變壓器，CF高壓分壓器，L為補償電抗器，JFD為四通道局部放電分析儀，Zm1-Zm3為高、中、低壓檢測阻抗。試驗采用低壓勵磁、單邊加壓和并聯(lián)諧振方式，并在高壓，中壓，低壓以及鐵心處監(jiān)測局部放電。試驗加壓程序見圖6所示，圖中Um為變壓器最高運行電壓。

圖5 特大型變壓器ACLD試驗接線

圖6 變壓器ACLD試驗加壓程序

1—6號變壓器試驗合格，在進行7號變壓器ACLD試驗過程中，試驗電壓加至高壓側(cè)電壓約主變?nèi)齻?cè)同時出現(xiàn)放電信號，高中低壓放電幅值分別約為9 500 pC，3 000 pC，2 500 pC，詳見圖7。圖7左上、右上及下方圖形分別為高、中及低壓放電圖譜。重復(fù)加壓數(shù)次，放電起始及熄滅電壓逐次下降，如圖8所示。試驗后變壓器上、中、下部48 h內(nèi)油色譜變化規(guī)律分別如圖9—11所示。

可以看出試驗后隨著靜置時間增加，油中出現(xiàn)乙炔并在48 h內(nèi)總體呈上升趨勢。前24 h各氫氣、乙炔及總烴增長均較為緩慢，而24 h過后油中溶解的各特征氣體迅速增加，上升趨勢明顯，比對發(fā)現(xiàn)變壓器下部油中乙炔量遠大于中、上部。由此可見，對于特大型變壓器，須靜止24 h以上方可對其取油樣進行ACLD試驗后色譜分析，如果取樣時間過早，則不能反映內(nèi)部真實油中溶解氣體的情況。

圖7 故障放電波形

圖8 起始電壓和熄滅電壓隨加壓次數(shù)的變化規(guī)律

圖9 試驗后油中氫氣變化曲線

圖10 試驗后油中乙炔變化曲線

該變壓器返廠解體發(fā)現(xiàn)，位于高壓繞組下半段絕緣紙板內(nèi)側(cè)放電。其繞組結(jié)構(gòu)及放電痕跡如圖12所示，其中（左上圖中深色痕跡為放電通道）。

圖11 試驗后油中總烴變化曲線

圖12 紙板內(nèi)層的放電通道

4 結(jié)論

（1）利用上述試驗設(shè)備配置方案構(gòu)成的試驗系統(tǒng)，順利完成了特大型變壓器ACLD試驗，能及時有效發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部缺陷。

（2）特大型變壓器重量、體積龐大，其絕緣油自然循環(huán)時間較長，因此特大型變壓器進行ACLD試驗后，被試品須靜止24 h以上方可對其油進行取樣，否則油中溶解氣體檢測結(jié)果存在失真的可能性。

（3）ACLD試驗設(shè)備額定電壓高，容量充足，可通用于其他1 000 kV及以下電壓等級變壓器的現(xiàn)場ACLD試驗。

[1]李光范，王曉寧，李鵬，等.1 000 kV特高壓電力變壓器絕緣水平及試驗研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（3）∶1-6.

[2]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001∶274-275.

[3]沈群武，駱賢華，陶文華.變壓器現(xiàn)場局部放電試驗干擾波形的判斷[J].浙江電力，2008，27（3）∶63-65，75.

[4]孫多.1 000 kV變壓器調(diào)壓方式選擇及運行維護[J].中國電力，2010，43（7）∶29-33.

[5]IEC 60364-5-523電線電纜載流量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國電力出版社，1998.

[6]GB 50150-2006電氣設(shè)備安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國電力出版社，2006.

（本文編輯：楊 勇）

Equipment Configuration for Field Partial Discharge Test of Oversize Transformers and Engineering Practice

LI Chen，WANG Wenhao，SUN Xiang，GU Xiaobo，YU Miao
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310004，China）

With the progress of transformer technique，weight of transformer is increased，the rated voltage is raised and the capacity is enlarged，which puts up higher requirement on field installation and test，especially on partial discharge test.The paper introduces typical structure of oversize transformer and gives equipment configuration for field partial discharge test；it analyzes detection and validation of transformer failure and demonstrates that the test equipment is feasible in field partial discharge test of oversize transformers.

oversize；transformer；partial discharge；test equipment

TM406

B

1007-1881（2015）05-0027-05

2014-12-12

李 晨（1986），男，工程師，從事變壓器高壓試驗及研究工作。