220kV變壓器局部放電試驗分析

王士鑫 任小花 繆志農

（1. 西華大學電氣信息學院，成都 610039；2. 攀枝花學院電氣信息學院，四川 攀枝花 617000）

電極之間在高電場強度作用下未貫穿電極的放電現象即局部放電，它在液體絕緣氣泡中、固體絕緣的空穴中或是不同介質特性絕緣的分界面上均可能發生。一般情況下，此種放電的能量是很小的，短時的存在不會對電氣設備的絕緣強度造成影響。但是，如若在電氣設備絕緣運行中不斷出現局部放電，則這些微弱的放電產生累積效應，使設備的絕緣性能逐漸劣化并使局部放電缺陷擴大，最終導致整個絕緣擊穿[2]。

傳統的絕緣試驗方法很難發現局部放電缺陷，隨著電壓等級的提高，這個問題越來越嚴重?，F場局部放電測量[4]，是變壓器絕緣性能評定的一種有效的方法。現場局部放電試驗不僅靈敏、有效地檢測出了絕緣中的微小缺陷，而且是檢驗變壓器能否在工作電壓下長期運行的手段。新安裝和大修后的220kV及以上電壓等級變壓器現場進行局部放電試驗近年來得到廣泛應用。這項試驗在很大程度上保證了變壓器投入運行后的安全穩定。

1 試驗電源的獲取[5]

如今，局部放電試驗常用的電源類型有以下幾種。

1）工頻電源方式。此種加壓方式不易發現變壓器縱絕緣的局部放電缺陷，但大量的現場試驗表明，當變壓器絕緣內部存在較嚴重的局部放電缺陷時，通過這種試驗判斷故障、分析絕緣狀況還是有效的，并能得出正確的結果。此種方式目前已很少用，僅在現場測量不具備其他電源時，而又認為有必要進行局部放電試驗驗證缺陷查找故障的情況下。

2）中頻發電機方式。通常由電動發電機組生產試驗所需頻率的電源，具有輸出電壓穩定、維護方便、結實耐用、安全性好、高可靠性等優點。但設備的體積大，重量相對較重，同時由于發電機定子容性電流的助磁作用，在被試品容性負載較大時可能引起自激現象，對補償電抗容量的設計要準確。幾乎所有電壓等級和容量的變壓器試驗均使用發電機方式，它是目前應用最廣泛的電源方式。

3）變頻電源方式。采用電力半導體變頻電路將50Hz的工頻變換成中頻交變電源。此電路較為復雜，對元件參數要求苛刻，帶無功負載能力差，但這種方式的突出優點是設備體積小，重量輕，運輸方便且輸出頻率可連續調節。因此，它可輸出不同頻率的交流電壓，變頻電源可輸出50Hz交變磁通進行退磁，可減小局放試驗時引起的高壓電壓升高和減小沖擊合閘時保護動作的機率。利用適當的補償電抗器可使試驗回路在接近并聯諧振工況下工作，所需電源的容量較小，目前常在220kV及以下電壓等級的變壓器局放試驗中使用。隨著電子技術的不斷進步，變頻電源的應用范圍正逐步擴大。

2 試驗接線[3]

220kV變壓器局部放電試驗接線如圖1所示，用變頻電源作為試驗電源，供給一臺多繞組中間變壓器，中間變壓器高壓側接補償電抗器組，補償高壓變壓器容性無功，用電容分壓器直接測量中被試變壓器的輸出電壓，即高壓變壓器低壓電壓值。

圖1 220kV變壓器局部放電試驗接線圖

試驗時，預先將頻率調節至100Hz左右；合閘后，升壓至20V左右；然后調節頻率，觀察輸出電流的變化。先進行“頻率粗調”，當輸出電流減小時，表明頻率調節的方向正確，則按照這個方向調節，在接近試驗頻率時，可以進行“頻率細調”，直至電流最小，此時的頻率就是試驗頻率。然后升壓到試驗電壓，在升壓過程中緩慢進行，防止電流激增。適當時，可以微調頻率，接近試驗電壓時，禁止調節頻率，防止調節頻率時產生過高電壓損壞被變壓器。

3 被試變壓器試驗參數

型號：有載調壓變壓器 SSZ10-150000/220額定容量：150000/150000/75000kVA

額定電壓：2301.25%/121/10.5kV

額定電流：376.5/715.7/4123.9A

額定頻率：50Hz

連接組別：YN/yn0/d11

冷卻方式：ONAN

絕緣水平：

220kV變壓器進行現場局放試驗時，采用變壓器低壓側單邊加壓方式。

4 現場干擾及抑制措施[1]

4.1 高壓電暈放電干擾

試驗過程中高壓套管端部將有很高的電壓，為防止電暈放電影響測試結果，必須對其進行有效的屏蔽。如果高壓引線設計不當，在引線上的尖端電場集中處也會出現電暈放電。因此，這些引線要用光滑的圓柱形或者直徑足夠大的蛇形管構成，以預防在試驗電壓下產生電暈。

4.2 懸浮電位放電引起的干擾

變壓器進行局部放電試驗時，周圍的不接地或虛接地金屬體在施加電壓達到一定值時將產生懸浮電位，可能出現懸浮放電現象，干擾局部放電測試。試驗時應保證所有試品及儀器接地可靠，設備接地點不能有生銹或漆膜，接地連接應用螺釘壓緊。

4.3 電磁輻射或磁感應引起的干擾

靜電或電磁感應以及電磁輻射引起的干擾均能被放電試驗線路耦合引入而誤認為是放電脈沖，所以為消除這些干擾，應對試驗線路加以屏蔽。

4.4 來自儀器電源的干擾

局部放電測試儀的電源應采取抗干擾措施。通過隔離變壓器、電容、電感濾波等措施，一般可以有效消除來自電源的高頻干擾信號。

4.5 地線干擾

來自地線的高頻干擾信號很復雜也難以消除。長期經驗告訴我們，局部放電試驗回路應采用可靠的單點接地，接地線盡量粗，而且要結成放射狀，避免形成回路和串接方式。此外，局部放電試驗電源、局部放電測試儀的接地要分開，必要時局部放電測試儀取消接地。

5 實例分析

目前，變壓器局部放電試驗的作用是：①考核內部絕緣情況；②考核變壓器的工藝；③考核安裝情況。尤其是新變壓器，絕緣缺陷可能性很小，多數是安裝問題。

下面對四川資陽220kV普安變電站一臺新安裝后的變壓器進行現場局部放電實驗過程中出現的情況進行分析。施加電壓到一定值時，出現較明顯的放電現象，繼續加壓，放電量越來越高。根據分析判斷可能試驗場周圍有未接地的金屬產生了懸浮電位而出現懸浮放電現象，經檢查發現一電抗器未接地；處理后重新加壓，當試驗電壓加到0.8UN時波形顯示出明顯的不規律的放電現象，分析可能是電源線路太長，導致回路中有放電；對絕緣桿進行處理后，重新加壓，接著發現當試驗電壓加到1.1UN時，波形顯示有偶然性放電且放電量很高；重新對絕緣桿進行處理，將電纜線提起距離地面一定的高度用絕緣膠布拴在絕緣桿上消除電磁干擾；然后重新加壓，經處理后，此干擾波消失。繼續加壓，當試驗電壓加到1.5UN時，波形顯示有局部放電，放電量仍超標，依次對接線中的各裝置進行檢查，未發現有任何問題，對變壓器多次加壓，靠近變壓器時，聽到有“嘶嘶嘶”的放電聲音，關閉照明燈，觀察火花放電部位，發現放電發生在變壓器的三個引出端，分析發現是由于端帽長時間未清理，周圍有灰塵，與引出端口接觸，邊緣產生放電所致。經處理，再次進行局部放電試驗，波形正常，放電量很小，在規定范圍內。

6 結論

局部放電可能是由于內部絕緣缺陷造成，也有可能是又由于外部一些干擾所引起，所以對被試變壓器出現局部放電時，應謹慎處理，根據波形圖仔細分析，逐步排除由于外部干擾所導致的局部放電，最后做出正確判斷。如果將內部絕緣缺陷誤判為外部干擾所致，在以后變壓器的長期運行中，可能導致變壓器絕緣的進一步擴大，甚至導致整臺變壓器的報廢，而將變壓器的外部缺陷誤判為是變壓器的內部缺陷，而將變壓器解體，兩者造成的損失都很巨大。

[1] 王永輝, 閻春雨, 高駿, 等. 變壓器現場局部放電測試中的抗干擾措施[J]. 河北電力技術, 2000(1).

[2] 葛景謗, 邱呂容, 謝恒坤. 局部放電測量[M]. 北京:機械工業出版社, 1984.

[3] 張永躍. 大型變壓器現場局部放電試驗的方法[Z].浙江省電力試驗研究所, 2006.

[4] 李建明, 朱康. 高壓電氣設備試驗方法[Z]. 四川省電力試驗研究院, 2001.

[5] 魏志雄, 付超, 等. 用變頻電源進行特高壓變壓器局部放電試驗[Z]. 武漢: 國網電力科學研究院.