李學(xué)恭

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)重要的輸電設(shè)備，其自身絕緣效果的好壞對(duì)電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行起關(guān)鍵性作用。文章通過(guò)對(duì)局部放電的基本含義及產(chǎn)生原因進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并著重對(duì)大容量變壓器局部放電試驗(yàn)方法進(jìn)行了深入的探討，以期能夠?yàn)榻窈蟮淖儔浩骶植糠烹娫囼?yàn)提供可參考的依據(jù)，以便進(jìn)一步完善現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，為變壓器的正常、安全運(yùn)行提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：變壓器；局部放電；試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）32-0001-03

變壓器內(nèi)部的局部放電是促使絕緣劣化并發(fā)展到擊穿的重要原因，因此局部放電量的檢測(cè)也越來(lái)越受到重視，測(cè)量變壓器局部放電水平，是評(píng)定變壓器絕緣性能的有效方法。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，變壓器的額定電壓越來(lái)越高，容量越來(lái)越大，這便對(duì)電力變壓器的絕緣性能提出了更高的要求。局部放電試驗(yàn)更成為大型變壓器交接試驗(yàn)或者預(yù)防試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目中的重點(diǎn)。

1 局部放電的基本含義

在絕緣結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過(guò)程中，由于絕緣材料在制作上不可避免地出現(xiàn)一些不均勻的地方或是一些小的缺陷，這便成為絕緣結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)電力施加于這些絕緣結(jié)構(gòu)上時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，這些薄弱的環(huán)節(jié)將會(huì)造成局部超負(fù)荷的現(xiàn)象，而這是導(dǎo)致變壓器局部放電的主要原因。

這種局部放電實(shí)際上是絕緣介質(zhì)中的一種電氣放電，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

第一，放電量相對(duì)較小，短時(shí)間內(nèi)的放電不影響電氣設(shè)備的整體絕緣強(qiáng)度；

第二，對(duì)絕緣性的危害將逐漸增大，具有一定的累計(jì)效應(yīng)。

第三，對(duì)絕緣系統(tǒng)壽命的評(píng)估分散性較大，這與局部放電類(lèi)型、絕緣種類(lèi)及產(chǎn)生的位置有關(guān)。

第四，局部放電試驗(yàn)并不會(huì)對(duì)變壓器的絕緣性造成損傷，屬于一類(lèi)非破壞性試驗(yàn)。

2 局部放電產(chǎn)生的原因

2.1 造成放電的因素

變壓器的局部放電主要是由于電場(chǎng)的不均勻所導(dǎo)致的，但在實(shí)際操作過(guò)程中，造成電場(chǎng)不均勻的因素主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1.1 設(shè)備電極的不對(duì)稱

若在變壓器套管的出線端或其內(nèi)部的套管導(dǎo)體連接處出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，電場(chǎng)便很容易在這些部位集中，形成局部電流。這便需要及時(shí)采取措施加以解決，若未能對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理，則很容易引起尖端或表面放電。

2.1.2 絕緣介質(zhì)的不均勻

變壓器的內(nèi)部制造過(guò)程中，除了絕緣油外，還需要樹(shù)脂類(lèi)、云母類(lèi)、塑料類(lèi)等不同的固體介質(zhì)。氣體的介電常數(shù)相對(duì)于液體和固體來(lái)說(shuō)較小，因此若在絕緣油中存在些許氣泡，或是其它固體絕緣材料在制作中存在空隙時(shí)，這些氣體在交變場(chǎng)中便要承受較大的場(chǎng)強(qiáng)，但是耐壓程度卻相對(duì)較低。因此，在存在氣體的部位首先引起放電現(xiàn)象。對(duì)于絕緣油來(lái)說(shuō)，若未處理得當(dāng)，很容易在其中產(chǎn)生氣泡。

此外，絕緣材料的老化也會(huì)引起氣泡的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致局部放電的發(fā)生。

2.2 變壓器安裝工藝對(duì)局部放電的影響

變壓器的內(nèi)部環(huán)境對(duì)于局部放電現(xiàn)象也產(chǎn)生一定的影響。由于變壓器內(nèi)部完全暴露在空氣中，很容易因?yàn)槭艹倍档推浣^緣性，若空氣中的一些浮塵進(jìn)入其中，也會(huì)引起場(chǎng)強(qiáng)的升高。因此，在變壓器的安裝過(guò)程中需要注意不要將工具或零件等物質(zhì)遺落在變壓器內(nèi)部，使內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。

3 局部放電試驗(yàn)方法分類(lèi)

局部放電試驗(yàn)的主要目的是為了檢驗(yàn)變壓器是否存在放電現(xiàn)象，以及放電量是否超標(biāo)等，從而確定設(shè)備的故障及原因。局部放電的試驗(yàn)方法主要包括電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類(lèi)。

3.1 電測(cè)法

局部放電會(huì)引起電極間的電荷移動(dòng)，并會(huì)引起外部電極上的電壓變化。同時(shí)，由于每次放電持續(xù)的時(shí)間較短，放電脈沖容易產(chǎn)生高頻的電磁信號(hào)向外輻射，而電測(cè)法正是基于這兩個(gè)原理對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)。電測(cè)法包含脈沖電流法、無(wú)線干擾電壓法、超高頻法、介質(zhì)損耗法等

其中高頻脈沖電流法是檢驗(yàn)變壓器局部電流的方法中最普遍適用的一種方法，主要測(cè)量的是局部放電過(guò)程中，試樣兩端產(chǎn)生的瞬間電壓變化或脈沖電流變化，從而獲得視在放電量。但脈沖電流法在使用過(guò)程中仍存在很多問(wèn)題，如抗干擾能力較差，很容易受到周?chē)姶诺母蓴_，因此變壓器在投入使用之后無(wú)法利用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

3.2 非電測(cè)法

非電測(cè)法包含化學(xué)檢測(cè)法、聲測(cè)法、光測(cè)法、紅外熱像法等。 其中化學(xué)檢測(cè)法也稱為油色譜分析法，在變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，產(chǎn)生的能量能夠使部分的絕緣材料進(jìn)行分解，分解后產(chǎn)生的氣體會(huì)溶解在變壓器里的絕緣油中。因此，通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)氣體的變化情況，便可以判斷出變壓器內(nèi)部的局部放電情況。在油氣分析過(guò)程中，最常用的方法是氣相色譜檢測(cè)法，這是一類(lèi)可以根據(jù)局部放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，對(duì)局放程度和局放模式進(jìn)行判斷的有效方法。

由于諸多外在因素的影響及檢測(cè)方法的區(qū)別，現(xiàn)場(chǎng)常用的變壓器局部放電檢測(cè)方法為脈沖電流法和化學(xué)檢測(cè)法。下面就以電測(cè)法為例作簡(jiǎn)要介紹。

4 大容量變壓器局部放電試驗(yàn)方法

我司自2008年以來(lái)所面對(duì)的是750～1 000 MVA三相一體電大型力變壓器的局部放電試驗(yàn)，此項(xiàng)試驗(yàn)帶來(lái)的問(wèn)題是試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)電源的容量都需要較大，特別是施工現(xiàn)場(chǎng)很難滿足長(zhǎng)時(shí)間使用高達(dá)600 kW的試驗(yàn)電源。為解決這一問(wèn)題公司成立了課題小組；經(jīng)過(guò)課題小組的調(diào)查研究制定了采用“變頻電源雙機(jī)并聯(lián)獲得試驗(yàn)電壓的方法”，從而解決了問(wèn)題，在 500 kV惠歷變、500 kV龍海變等變電站進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

4.1 工法特點(diǎn)

①試驗(yàn)采用雙套無(wú)局放變頻電源、雙套中間勵(lì)磁變壓器并聯(lián)，對(duì)被試變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行對(duì)稱加壓勵(lì)磁。利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路。通過(guò)調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率和電壓，使得回路中的電抗器電感L和被試品電容C發(fā)生諧振，從而在試品上獲得所需要的試驗(yàn)電壓。用無(wú)局放分壓器對(duì)勵(lì)磁變高壓側(cè)電壓（被試變壓器低壓側(cè)）進(jìn)行監(jiān)視，高壓端感應(yīng)出所需的試驗(yàn)電壓。在高、中壓套管測(cè)量端（末屏）處取信號(hào)并經(jīng)檢測(cè)阻抗接入局部放電檢測(cè)儀對(duì)放電量進(jìn)行測(cè)量。

②雙變頻試驗(yàn)系統(tǒng)并機(jī)運(yùn)行方法。充分體現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的靈活性和適應(yīng)性，解決了大型試驗(yàn)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)布置、吊裝困難、使用不靈活的問(wèn)題。

③技術(shù)關(guān)鍵。兩套變頻電源柜通過(guò)智能控制箱可設(shè)置為主機(jī)和從機(jī)，從而達(dá)到一臺(tái)控制箱同時(shí)控制兩套變頻電源勵(lì)磁系統(tǒng)同步輸出，使其兩套變頻電源勵(lì)磁系統(tǒng)平均負(fù)擔(dān)負(fù)載電流，從而獲得試驗(yàn)設(shè)備容量的增倍效果。

4.2 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的主要技術(shù)要求

①變頻電源柜：容量相等（400 kW/臺(tái)），同一生產(chǎn)廠家。

②勵(lì)磁變壓器：容量相等（350 kVA/臺(tái)），輸入、輸出電壓相同，短路阻抗偏差小于1% 同一生產(chǎn)廠家。

4.3 試驗(yàn)接線原理

變頻電源、勵(lì)磁變并列運(yùn)行接線方式，如圖1所示。

4.4 試驗(yàn)加壓程序

試驗(yàn)加壓程序如圖2所示。

4.5 試驗(yàn)實(shí)例

以500 kV惠歷變?nèi)萘繛? 000 MVA的變壓器為例進(jìn)行分析。

①被試設(shè)備主要銘牌參數(shù)，見(jiàn)表1，中壓線圈聯(lián)接方式，見(jiàn)表2。

②局部放電試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算（A相為例）。

試驗(yàn)時(shí)被試品分接檔位： 置1檔

試驗(yàn)分接檔位電壓比：525/■/241.5/■/36 kV

中壓側(cè)：241.5■=139.434 kV

高壓側(cè)：525■=303.118 kV

高壓側(cè)應(yīng)加的試驗(yàn)電壓計(jì)算：

U1=1.1Um■=1.1×550■=349.307 kV

U2=1.5Um■=1.5×550■=476.328 kV

U3=1.7Um■=1.7×550■=539.838 kV

1.7Um■時(shí)的電壓計(jì)算關(guān)系為：

假設(shè)被試品低壓側(cè)施加試驗(yàn)電壓為X；根據(jù)變比關(guān)系列式 303.118 /539.838=36/X。

解得X=64.114 kV；

由于被試品低壓側(cè)為對(duì)稱加壓方式，所以分壓器一次監(jiān)視值為X/2=32.057 kV；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電壓校核，該設(shè)備我們?nèi)?%～8%的容升系數(shù)，故被試品低壓側(cè)監(jiān)視電壓取29.492 kV。變頻輸出電壓實(shí)際計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

以此可得出，1.5Um■時(shí)被試品低壓側(cè)監(jiān)視電壓電壓為26.023 kV；1.1Um■時(shí)被試品低壓側(cè)監(jiān)視電壓電壓為 19.082 kV。由于變頻電源柜單柜最多只能輸出350 V變頻電壓。為了防止過(guò)壓損壞試驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)以上計(jì)算我們可以確定勵(lì)磁變壓器取分壓比取 35/0.32=109.375最為理想。試驗(yàn)容量的初步計(jì)算：試驗(yàn)容量大約為2倍的空載損耗，即 2×258.6 kW =517.2 kW；根據(jù)S=■UI 可以初步算出低壓側(cè)工頻試驗(yàn)電流為 785.827 A左右，考慮到并機(jī)單根電纜上電流在392.91 A左右，從而可以確認(rèn)我試驗(yàn)保護(hù)空開(kāi)容量，初略確認(rèn)試驗(yàn)電源容量?？紤]到試驗(yàn)電纜的長(zhǎng)度影響，被試容量特大情況試驗(yàn)電壓可能有所下降，電流可能會(huì)超過(guò)800 A。

③試驗(yàn)相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（以A相時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例），見(jiàn)表4。表5和表6。

通過(guò)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，根據(jù)以上試驗(yàn)原理和計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行大型變壓器局部放電試驗(yàn)是完全可行的。如果采用600 kW的變頻電源柜及配套的勵(lì)磁變壓器，購(gòu)置費(fèi)過(guò)高，并且設(shè)備體積大、運(yùn)輸?shù)跹b難度加大、現(xiàn)場(chǎng)擺放困難。采用增加一臺(tái)400 kW的變頻勵(lì)磁系統(tǒng)與原來(lái)的同型號(hào)的變頻勵(lì)磁系統(tǒng)并機(jī)使用，使用靈活，針對(duì)750 MVA及以下的主變壓器可分開(kāi)同時(shí)做試驗(yàn)，增加了試驗(yàn)設(shè)備的使用頻率，提高了效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

局部放電試驗(yàn)是檢測(cè)變壓器內(nèi)部放電情況及故障位點(diǎn)的重要手段，同時(shí)也是判斷變壓器絕緣情況的有效方法。雖然目前人們已經(jīng)逐漸對(duì)變壓器局部放電試驗(yàn)提高了重視，但是仍沒(méi)有很好地將局部放電檢測(cè)結(jié)果與變壓器的實(shí)際運(yùn)用情況相結(jié)合，需要在局放試驗(yàn)方法上不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，從而真正地實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器絕緣壽命的評(píng)估與預(yù)測(cè)工作。

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