楊進(jìn)

（貴州電網(wǎng)銅仁供電局，貴州 銅仁 554300）

1 研究背景和意義

220kV 油浸式電力變壓器高壓電氣試驗(yàn)的研究設(shè)計(jì)主要涉及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、變壓器的可靠性和使用壽命，能源利用效率等方面。作為電力系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備之一，220kV 油浸式電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于保障電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性至關(guān)重要，高壓電氣試驗(yàn)可以評(píng)估變壓器的絕緣性能，確保其在高電壓環(huán)境下能夠安全運(yùn)行，預(yù)防絕緣擊穿等安全事故的發(fā)生。

1.1 高壓電氣試驗(yàn)的原理

高壓電氣試驗(yàn)是指對(duì)電力設(shè)備或電力系統(tǒng)中的電氣元件進(jìn)行一系列測(cè)試和檢查，以驗(yàn)證其安全性、穩(wěn)定性和可靠性的過(guò)程。它主要通過(guò)施加高電壓、高電流、高頻率或高耐受能力的條件，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行電氣性能的評(píng)估、故障診斷和耐受能力的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷或損壞，并及時(shí)采取措施進(jìn)行修復(fù)或更換，確保設(shè)備在正常工作條件下具有良好的絕緣性能。高壓電氣試驗(yàn)可以模擬設(shè)備在額定工作電壓下的工作條件，通過(guò)持續(xù)施加高電壓和持續(xù)運(yùn)行，驗(yàn)證設(shè)備的工作穩(wěn)定性和安全性。這有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如溫升過(guò)高、局部放電、絕緣老化等，從而及時(shí)采取預(yù)防措施，提高設(shè)備的可靠性和壽命。高壓電氣試驗(yàn)是對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制的重要手段，通過(guò)對(duì)出廠設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)，可以確保設(shè)備符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，達(dá)到一定的安全和性能要求，這可以有效減少不合格設(shè)備流入市場(chǎng)，提高設(shè)備的質(zhì)量和可靠性。

常用高壓試驗(yàn)有：絕緣試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、變比試驗(yàn)、直阻試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、短路阻抗試驗(yàn)、局部放電量試驗(yàn)、繞組變形試驗(yàn)、變壓器絕緣油試驗(yàn)等，高壓電氣試驗(yàn)是確保電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。不同類型的試驗(yàn)可以幫助檢測(cè)潛在的故障、確定設(shè)備性能，并提供改進(jìn)和維護(hù)的方向。具體選擇何種試驗(yàn)取決于設(shè)備類型、規(guī)格和特定需求。

1.2 變壓器的繞組變形測(cè)試

電力變壓器在運(yùn)輸過(guò)程中很可能受到各種物理撞擊或在運(yùn)行中受到絕緣故障短路電流的沖擊。在強(qiáng)大的外物撞擊或故障電流作用下，變壓器繞組可能會(huì)出現(xiàn)局部變形，這將對(duì)變壓器的安全運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重影響。根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911-2004，可使用頻率響應(yīng)分析法來(lái)測(cè)量變壓器的繞組變形。變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性等效于圖1，當(dāng)我們連續(xù)改變外施正弦波激勵(lì)源Us 的額率f，測(cè)量對(duì)應(yīng)的的響應(yīng)端電壓U2 和激動(dòng)端電壓U1的信號(hào)幅值之比，就會(huì)獲得電力變壓器的幅頻響應(yīng)曲線（即變形曲線）。

圖1 繞組變形測(cè)試原理圖

1.3 變壓器的變比測(cè)試

變壓器的變比測(cè)試是一種常見的高壓電氣試驗(yàn)方法，用于測(cè)量變壓器的變壓比，主要作用是檢測(cè)分接頭是否接錯(cuò)，繞組是否匝、層、餅、相間短路，是否斷線。變壓比是指變壓器初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)匝數(shù)之間的比例關(guān)系，也可以理解為輸入電壓與輸出電壓之間的比值。如圖2，通過(guò)變比電橋法，在高壓側(cè)依次加單相交流電源，低壓側(cè)測(cè)量電阻，電阻之比即為電壓之比。

圖2 變壓器的變比測(cè)試原理圖

1.4 變壓器的直流電阻測(cè)試

變壓器繞組直流電阻測(cè)量是簡(jiǎn)單常規(guī)的試驗(yàn)項(xiàng)目，是確保變壓器生產(chǎn)質(zhì)量的一個(gè)重要手段。因?yàn)榧尤腚娏鲙譇-幾十A，所以檢測(cè)接觸/焊接情況靈敏，主要作用是檢測(cè)繞組、分接頭、引線、導(dǎo)電桿的接觸/焊接情況。如圖3，根據(jù)被試品的容量，在被測(cè)繞組中通以適當(dāng)?shù)暮愣ㄖ绷鳎娏髦岛屠@組橫截面有關(guān)），然后測(cè)量目標(biāo)繞組中的電流和電壓降，再根據(jù)歐姆定律，即可計(jì)算出的直阻值，但需要注意接頭處可能產(chǎn)生氧化膜，當(dāng)試驗(yàn)不合格時(shí)，需要試驗(yàn)員去排除接頭氧化膜干擾的問(wèn)題。

圖3 電壓-電流表法測(cè)量直阻原理圖

1.5 變壓器的有載分接開關(guān)測(cè)試

有載分接開關(guān)（OLTC）可以在不斷電的情況下調(diào)節(jié)變壓器檔位，是一種重要的開關(guān)裝置，用于為變壓器在負(fù)載變化時(shí)提供相對(duì)穩(wěn)定的電壓。它通過(guò)切換電壓取樣點(diǎn)改變變壓器繞組的匝數(shù)，無(wú)須中斷負(fù)載電流，對(duì)供電可靠性有很大的保障，實(shí)現(xiàn)變壓器在負(fù)載狀態(tài)下的電壓調(diào)節(jié)。調(diào)整開關(guān)位置可以測(cè)量OLTC 的過(guò)渡時(shí)間、過(guò)渡波形、過(guò)渡電阻以及三相同步等電氣參數(shù)。此外，需要檢查OLTC 連接點(diǎn)是否存在接觸不良、內(nèi)部斷路或短路，并評(píng)估過(guò)渡接觸件的電氣壽命（圖4）。

圖4 有載分接開關(guān)三相波形圖

1.6 變壓器絕緣電阻試驗(yàn)

變壓器的絕緣油、固體絕緣材料等是不導(dǎo)電的物質(zhì)，但并不是絕對(duì)的不導(dǎo)電，如圖5，其在直流電壓的作用下，會(huì)有微小電流流過(guò)，可視為由三部分電流組成：Ia 為吸收電流，指有損極化對(duì)應(yīng)的電流，隨時(shí)間衰減至0；Ib為電容電流，加壓瞬間套管中的無(wú)損極化所引起的電流，也隨時(shí)間衰減至0；Ig 為泄漏電流，離子定向移動(dòng)形成的電導(dǎo)電流，數(shù)值基本恒定。當(dāng)K1合上后，套管絕緣電阻R=U/I=I=U/(Ia+Ib+Ig)=U/Ig。

圖5 絕緣電阻試驗(yàn)原理圖

1.7 變壓器介質(zhì)損耗試驗(yàn)

變壓器介質(zhì)損耗試驗(yàn)的目的主要是檢查變壓器內(nèi)外部整體、變壓器套管是否進(jìn)水受潮、油紙絕緣是否劣化等缺陷。變壓器介質(zhì)損耗試驗(yàn)主要使用QS 西林電橋來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6，調(diào)節(jié)R3 和C4電檢流計(jì)Ip 為0，此時(shí)a、b 兩點(diǎn)的電壓相等，即R3 和C4 的兩端電壓相等，可得到介質(zhì)損耗因數(shù)tanɑ=ωR4C4，實(shí)測(cè)電容量CX=R4×CN/R3。

圖6 QS 西林電橋原理圖

1.8 變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓試驗(yàn)

絕緣電阻等非破壞性試驗(yàn)對(duì)局部缺陷反應(yīng)不靈敏，為了防止變壓器喪失絕緣性能發(fā)生擊穿現(xiàn)象，需要在出廠前、投運(yùn)前、必要時(shí)做交流耐壓試驗(yàn)，可以幫助我們準(zhǔn)確判斷變壓器的絕緣狀態(tài)。如圖7，從左至右分別為交流部分、調(diào)壓部分、保護(hù)部分、測(cè)量部分。交流部分的容量需要滿足需求，調(diào)壓部分應(yīng)平滑調(diào)節(jié)，少畸變，容量與試驗(yàn)變壓器相同。保護(hù)部分通過(guò)限流、擊穿短接來(lái)保護(hù)電容型套管、試驗(yàn)變壓器。連接試驗(yàn)變壓器與調(diào)壓器的接線，將變壓器空升，確保自身性能正常。參考出廠耐壓值來(lái)選擇本次耐壓的數(shù)值，勻速升壓到耐壓值，計(jì)時(shí)60s，期間應(yīng)無(wú)放電、閃絡(luò)、冒煙、過(guò)流跳閘現(xiàn)象。

圖7 工頻交流耐壓試驗(yàn)

2 繞組變形測(cè)試的數(shù)據(jù)分析判斷方法以及相關(guān)注意事項(xiàng)（圖8）

圖8 繞組變形的判斷方法

2.1 繞組變形測(cè)試的相關(guān)注意事項(xiàng)

有載開關(guān)應(yīng)在最大分接下測(cè)試（一般是1 擋，直阻最大），無(wú)載開關(guān)應(yīng)在運(yùn)行檔位測(cè)試；繞組底部激勵(lì)發(fā)信號(hào)，頂部響應(yīng)接信號(hào)；應(yīng)先測(cè)繞組變形，防止直阻、絕緣電阻、介損等試驗(yàn)產(chǎn)生剩磁，影響繞組變形結(jié)果。

2.2 變壓器的直流電阻測(cè)試的數(shù)據(jù)分析判斷方法以及相關(guān)注意事項(xiàng)

（1）變壓器的直流電阻測(cè)試的數(shù)據(jù)分析判斷方法。各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%；無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組，線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。

（2）變壓器的直流電阻測(cè)試的相關(guān)注意事項(xiàng)。變壓器低壓側(cè)直流電阻測(cè)量應(yīng)使用大電流恒流源。因?yàn)樽儔浩魅萘吭酱?，額定電流必然越大，低壓繞組截面積必然要做大，電阻也就更小，繞組是感性元件，電感因?yàn)樽愿幸柚闺娏魃仙?，充電平衡時(shí)間（即外加電流的時(shí)間）與時(shí)間常數(shù)L/R 成正比，與電流大小成反比，故通過(guò)增加電流才能縮短測(cè)量時(shí)間。

3 變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法以及注意事項(xiàng)

（1）變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓。試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析判斷方法試驗(yàn)?zāi)褪茈妷簶?biāo)準(zhǔn)為出廠試驗(yàn)值的80%，期間應(yīng)無(wú)放電、閃絡(luò)、冒煙、過(guò)流跳閘現(xiàn)象。

（2）變壓器繞組連同套管的工頻交流。耐壓試驗(yàn)的相關(guān)注意事項(xiàng)。試驗(yàn)電壓波形應(yīng)接近正弦，試驗(yàn)電壓值應(yīng)為測(cè)量電壓的峰值除以√2，頻率不應(yīng)低于40Hz，全電壓下耐受時(shí)間應(yīng)為60s；大型變壓器一般為半絕緣變壓器，繞組短接試驗(yàn)電壓必須以該繞組中心點(diǎn)耐壓值為準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文旨在設(shè)計(jì)和研究220kV 油浸式電力變壓器的高壓電氣試驗(yàn)。首先，我們?cè)敿?xì)描述了變壓器的工作原理和重要參數(shù)，包括鐵芯、繞組、額定電壓、變比等。接下來(lái)，我們介紹了高壓電氣試驗(yàn)的背景和意義，高壓電氣試驗(yàn)是評(píng)估變壓器絕緣耐受能力和安全性的重要手段，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的故障或缺陷。

通過(guò)設(shè)計(jì)適用于220kV 油浸式電力變壓器的高壓電氣試驗(yàn)方案，可以全面評(píng)估變壓器的絕緣性能、耐壓能力和工作穩(wěn)定性。這有助于確保變壓器的安全運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在實(shí)施試驗(yàn)時(shí)，需要遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)過(guò)程和安全措施。