大容量變壓器局部放電試驗方法探討

李學恭

摘 要：變壓器是電力系統重要的輸電設備，其自身絕緣效果的好壞對電力系統能否正常運行起關鍵性作用。文章通過對局部放電的基本含義及產生原因進行簡要的分析，并著重對大容量變壓器局部放電試驗方法進行了深入的探討，以期能夠為今后的變壓器局部放電試驗提供可參考的依據，以便進一步完善現場試驗工作，為變壓器的正常、安全運行提供有力的保障。

關鍵詞：變壓器；局部放電；試驗

中圖分類號：TM835 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0001-03

變壓器內部的局部放電是促使絕緣劣化并發展到擊穿的重要原因，因此局部放電量的檢測也越來越受到重視，測量變壓器局部放電水平，是評定變壓器絕緣性能的有效方法。隨著科學技術的迅速發展，變壓器的額定電壓越來越高，容量越來越大，這便對電力變壓器的絕緣性能提出了更高的要求。局部放電試驗更成為大型變壓器交接試驗或者預防試驗測試項目中的重點。

1 局部放電的基本含義

在絕緣結構的生產過程中，由于絕緣材料在制作上不可避免地出現一些不均勻的地方或是一些小的缺陷，這便成為絕緣結構上的薄弱環節。當電力施加于這些絕緣結構上時，在電場的作用下，這些薄弱的環節將會造成局部超負荷的現象，而這是導致變壓器局部放電的主要原因。

這種局部放電實際上是絕緣介質中的一種電氣放電，具有以下幾個特點：

第一，放電量相對較小，短時間內的放電不影響電氣設備的整體絕緣強度；

第二，對絕緣性的危害將逐漸增大，具有一定的累計效應。

第三，對絕緣系統壽命的評估分散性較大，這與局部放電類型、絕緣種類及產生的位置有關。

第四，局部放電試驗并不會對變壓器的絕緣性造成損傷，屬于一類非破壞性試驗。

2 局部放電產生的原因

2.1 造成放電的因素

變壓器的局部放電主要是由于電場的不均勻所導致的，但在實際操作過程中，造成電場不均勻的因素主要包括以下幾個方面。

2.1.1 設備電極的不對稱

若在變壓器套管的出線端或其內部的套管導體連接處出現接觸不良的現象，電場便很容易在這些部位集中，形成局部電流。這便需要及時采取措施加以解決，若未能對其進行及時的處理，則很容易引起尖端或表面放電。

2.1.2 絕緣介質的不均勻

變壓器的內部制造過程中，除了絕緣油外，還需要樹脂類、云母類、塑料類等不同的固體介質。氣體的介電常數相對于液體和固體來說較小，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，這些氣體在交變場中便要承受較大的場強，但是耐壓程度卻相對較低。因此，在存在氣體的部位首先引起放電現象。對于絕緣油來說，若未處理得當，很容易在其中產生氣泡。

此外，絕緣材料的老化也會引起氣泡的產生，最終導致局部放電的發生。

2.2 變壓器安裝工藝對局部放電的影響

變壓器的內部環境對于局部放電現象也產生一定的影響。由于變壓器內部完全暴露在空氣中，很容易因為受潮而降低其絕緣性，若空氣中的一些浮塵進入其中，也會引起場強的升高。因此，在變壓器的安裝過程中需要注意不要將工具或零件等物質遺落在變壓器內部，使內部場強發生變化，從而產生局部放電現象。

3 局部放電試驗方法分類

局部放電試驗的主要目的是為了檢驗變壓器是否存在放電現象，以及放電量是否超標等，從而確定設備的故障及原因。局部放電的試驗方法主要包括電測法和非電測法兩大類。

3.1 電測法

局部放電會引起電極間的電荷移動，并會引起外部電極上的電壓變化。同時，由于每次放電持續的時間較短，放電脈沖容易產生高頻的電磁信號向外輻射，而電測法正是基于這兩個原理對局部放電進行檢測。電測法包含脈沖電流法、無線干擾電壓法、超高頻法、介質損耗法等

其中高頻脈沖電流法是檢驗變壓器局部電流的方法中最普遍適用的一種方法，主要測量的是局部放電過程中，試樣兩端產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程中仍存在很多問題，如抗干擾能力較差，很容易受到周圍電磁的干擾，因此變壓器在投入使用之后無法利用在線監測設備。

3.2 非電測法

非電測法包含化學檢測法、聲測法、光測法、紅外熱像法等。 其中化學檢測法也稱為油色譜分析法，在變壓器出現故障時，產生的能量能夠使部分的絕緣材料進行分解，分解后產生的氣體會溶解在變壓器里的絕緣油中。因此，通過檢測變壓器內氣體的變化情況，便可以判斷出變壓器內部的局部放電情況。在油氣分析過程中，最常用的方法是氣相色譜檢測法，這是一類可以根據局部放電過程中產生的氣體，對局放程度和局放模式進行判斷的有效方法。

由于諸多外在因素的影響及檢測方法的區別，現場常用的變壓器局部放電檢測方法為脈沖電流法和化學檢測法。下面就以電測法為例作簡要介紹。

4 大容量變壓器局部放電試驗方法

我司自2008年以來所面對的是750～1 000 MVA三相一體電大型力變壓器的局部放電試驗，此項試驗帶來的問題是試驗設備和試驗電源的容量都需要較大，特別是施工現場很難滿足長時間使用高達600 kW的試驗電源。為解決這一問題公司成立了課題小組；經過課題小組的調查研究制定了采用“變頻電源雙機并聯獲得試驗電壓的方法”，從而解決了問題，在 500 kV惠歷變、500 kV龍海變等變電站進行推廣和應用。

4.1 工法特點

①試驗采用雙套無局放變頻電源、雙套中間勵磁變壓器并聯，對被試變壓器的低壓側進行對稱加壓勵磁。利用勵磁變壓器激發串聯或并聯諧振回路。通過調節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發生諧振，從而在試品上獲得所需要的試驗電壓。用無局放分壓器對勵磁變高壓側電壓（被試變壓器低壓側）進行監視，高壓端感應出所需的試驗電壓。在高、中壓套管測量端（末屏）處取信號并經檢測阻抗接入局部放電檢測儀對放電量進行測量。

②雙變頻試驗系統并機運行方法。充分體現了現場試驗的靈活性和適應性，解決了大型試驗設備在現場布置、吊裝困難、使用不靈活的問題。

③技術關鍵。兩套變頻電源柜通過智能控制箱可設置為主機和從機，從而達到一臺控制箱同時控制兩套變頻電源勵磁系統同步輸出，使其兩套變頻電源勵磁系統平均負擔負載電流，從而獲得試驗設備容量的增倍效果。

4.2 試驗系統設備的主要技術要求

①變頻電源柜：容量相等（400 kW/臺），同一生產廠家。

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

4.3 試驗接線原理

變頻電源、勵磁變并列運行接線方式，如圖1所示。

4.4 試驗加壓程序

試驗加壓程序如圖2所示。

4.5 試驗實例

以500 kV惠歷變容量為1 000 MVA的變壓器為例進行分析。

①被試設備主要銘牌參數，見表1，中壓線圈聯接方式，見表2。

②局部放電試驗參數計算（A相為例）。

試驗時被試品分接檔位： 置1檔

試驗分接檔位電壓比：525/■/241.5/■/36 kV

中壓側：241.5■=139.434 kV

高壓側：525■=303.118 kV

高壓側應加的試驗電壓計算：

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■時的電壓計算關系為：

假設被試品低壓側施加試驗電壓為X；根據變比關系列式 303.118 /539.838=36/X。

解得X=64.114 kV；

由于被試品低壓側為對稱加壓方式，所以分壓器一次監視值為X/2=32.057 kV；根據現場電壓校核，該設備我們取5%～8%的容升系數，故被試品低壓側監視電壓取29.492 kV。變頻輸出電壓實際計算結果見表3。

以此可得出，1.5Um■時被試品低壓側監視電壓電壓為26.023 kV；1.1Um■時被試品低壓側監視電壓電壓為 19.082 kV。由于變頻電源柜單柜最多只能輸出350 V變頻電壓。為了防止過壓損壞試驗設備，通過以上計算我們可以確定勵磁變壓器取分壓比取 35/0.32=109.375最為理想。試驗容量的初步計算：試驗容量大約為2倍的空載損耗，即 2×258.6 kW =517.2 kW；根據S=■UI 可以初步算出低壓側工頻試驗電流為 785.827 A左右，考慮到并機單根電纜上電流在392.91 A左右，從而可以確認我試驗保護空開容量，初略確認試驗電源容量。考慮到試驗電纜的長度影響，被試容量特大情況試驗電壓可能有所下降，電流可能會超過800 A。

③試驗相關實測數據（以A相時的試驗數據為例），見表4。表5和表6。

通過以上試驗數據對比可以看出，根據以上試驗原理和計算方法來進行大型變壓器局部放電試驗是完全可行的。如果采用600 kW的變頻電源柜及配套的勵磁變壓器，購置費過高，并且設備體積大、運輸吊裝難度加大、現場擺放困難。采用增加一臺400 kW的變頻勵磁系統與原來的同型號的變頻勵磁系統并機使用，使用靈活，針對750 MVA及以下的主變壓器可分開同時做試驗，增加了試驗設備的使用頻率，提高了效益。

5 結 語

局部放電試驗是檢測變壓器內部放電情況及故障位點的重要手段，同時也是判斷變壓器絕緣情況的有效方法。雖然目前人們已經逐漸對變壓器局部放電試驗提高了重視，但是仍沒有很好地將局部放電檢測結果與變壓器的實際運用情況相結合，需要在局放試驗方法上不斷改進與創新，從而真正地實現對變壓器絕緣壽命的評估與預測工作。

參考文獻：

[1] 梁釗，楊曄聞，葉彥杰.電力變壓器局部放電檢測方法探討[J].南方電

網技術，2011，（1）.