半絕緣電壓互感器三倍頻耐壓試驗研究

趙海燕

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司供電分公司，山西 晉城 048006）

0 引 言

三倍頻感應耐壓裝置是考核繞組絕緣水平是否符合要求的一個重要指標[1]，目前已廣泛用于對電壓互感器作倍頻感應耐壓試驗。它是利用磁路的飽和特性采用三次諧波電作為發生器的電源，用來測試電壓互感器、變壓器等線圈的縱絕緣感應耐壓試驗。

1 三倍頻感應耐壓試驗目的

按絕緣類型，電磁式電壓互感器可分為主絕緣和縱絕緣。主絕緣主要是指一、二次繞組間和對地絕緣，縱絕緣是指繞組匝間和層間的絕緣。工頻耐壓試驗僅僅考驗的是繞組的主絕緣，無法對電壓互感器的縱絕緣進行測試。同時，半絕緣電壓互感器的一次繞組只引出一個接線柱，另一個尾端N接在內部接殼內，一般和二次端子在一起引出，并且直接接地；受電端向尾端絕緣強度逐漸減低，最后到尾部基本上也就沒有什么絕緣，無法在一次加工頻交流耐壓試驗，所以只能在二次側做感應耐壓試驗[2]。因為PT是一種功能和結構都比較特殊的變壓器，它的鐵芯被制作得容易飽和，一般施加1.2倍的額定電壓，此時鐵芯磁通將達到飽和，勵磁電流將急劇增加。如果工頻電壓逐漸升壓，鐵芯會迅速飽和并急劇發熱，最后導致PT燒毀，因而行不通。從感應電勢公式可以得出，要施加比額定電壓更高的試驗電壓又不會使鐵心飽和，必須使用提高電源頻率的方法作為電源發生器，從而達到電壓互感器繞組內部線匝間、層間、線段間的絕緣考核目的。通常采用3倍頻或5倍頻的目的均可降低鐵芯的磁飽和度，使得PT在試驗過程中不至于燒壞。工程中選擇三倍頻變壓器一般可以滿足電壓互感器的感應耐壓試驗的要求。

2 三倍頻耐壓裝置原理

三倍頻耐壓裝置由三臺單相變壓器組成，電源側為星形接線，負載側為開口三角接線。正常情況下，三相電源電壓對稱，二次開口三角電壓為零。但是，在一次側加上50 Hz正弦波電源，電壓升高，鐵芯磁路會出現飽和現象。當鐵心飽和時，二次側的感應電勢為含有零序諧波的平頂波[3]，磁通出現平頂波形。平頂波形的磁通可分解出基波和三次諧波，基波磁通感應產生的基波三相電動勢之和為零，而三次諧波的三相向量和是同相相加，并在開口三角處串聯相加，由此得出零序諧波中的三次諧波分量最大。于是，有150 Hz電壓輸出作為三倍頻試驗電壓。

實際操作中，在電源側接一臺三相調壓器逐漸升高電壓，使單相變壓器超過額定電壓過勵磁。當所加電壓達到變壓器額定電壓的140%以上時，鐵心進入深度飽和，二次開口三角有電壓輸出，這個電壓就是150 Hz三倍頻電壓。隨著電源側調壓器繼續升壓，飽和加重，開口三角輸出的三倍頻電壓也升高。圖1中在開口三角輸出回路串聯電容器C，用來補償帶電負荷后二次側繞組回路上的壓降。

3 試驗方法

3.1 試驗接線及步驟

（1）電壓互感器外殼、二次繞組、輔助繞組及一次繞組尾端接地，一般35 kV電壓互感器可從二次繞組加壓，110 kV以上電壓互感器可從輔助繞組施加電壓。

（2）將試驗所需的三倍頻、操作箱、互感器按圖2方法連接好，仔細檢查，確保輸入、輸出、儀表接地線準確無誤后，方可通電操作。此時，三倍頻的次級輸出即為150 Hz的三倍頻電源。

（3）接通電源，合上空開，將調壓器的手輪旋轉至零位處，從零開始升壓。試驗過程中，密切觀察電流表和電壓表的變化情況以及電壓波形是否平滑，升壓速度在75%試驗電壓前可以是任意的，在75%試驗電壓開始時，以每秒2%試驗電壓的速率升壓至試驗電壓，開始計時[4]。

（4）耐壓時間到發出報警聲音迅速降壓到零，然后切斷電源，使用放電棒對被試品電壓互感器進行放電，拆除試驗接線，試驗結束。

3.2 注意事項

（1）注意發生器外殼、操作箱外殼、繞組尾端地線必須良好接地，不允許隨意扎在自來水管道上，否則將危及人身與設備的安全。

（2）由于是高壓試驗，接線時應特別注意線、設備、試品之間的安全距離應符合電力試驗規定[5]。

圖1 三倍頻電源裝置接線圖

圖2 三倍頻感應耐壓試驗接線圖

（3）設過流保護，應根據負載實際情況整定，不致使三倍頻電源發生裝置受到損壞。

（4）為了防止鐵芯飽和，試驗電源頻率f≥100 Hz，但不宜高于400 Hz，以免鐵芯過熱。

4 案例分析

公司某35 kV站一臺電壓互感器型號為JDZX9-35W2，額定電壓比為35/；0.1/；0.1/3 kV。出廠檢驗報告顯示，出廠工頻為一次繞組末端N對二次繞組及地5 kV、3 min，二次繞組間及地3 kV、60 s；出廠倍頻耐壓為二次271 V，一次95 kV、150 Hz、40 s。現采用型號為FHT-10E的三倍頻耐壓試驗裝置進行感應耐壓試驗。

4.1 試驗標準及要求

倍頻感應耐壓試驗電壓應為出廠試驗電壓的80%進行耐壓。試驗電源頻率為150 Hz以上時，試驗時間為t=2fn/fs×60，其中t為試驗時間（單位s），fn為額定頻率（單位Hz），fs為試驗頻率（單位Hz）。試驗電源頻率不大于400 Hz，試驗電壓持續時間不小于20 s。在倍頻感應耐壓升壓時應考慮容升電壓。倍頻耐壓試驗時，由于容升性電流實際在繞組上產生的漏抗電壓，電壓互感器一次繞組上產生的電壓值要超過變比計算所輸出的電壓值，產生容升電壓。

電壓互感器感應耐壓試驗容升修正系數，如表1所示。

表1 電壓互感器感應耐壓試驗容升修正系數

4.2 試驗結果分析

4.2.1 試驗電壓

實際高壓側試驗電壓UX為：

不考慮容升輔助繞組施加電壓：

考慮容升輔助繞組施加電壓（其中K1為修正系數）：

4.2.2 試驗時間

試驗時間的計算公式為：

現場試驗，二次繞組施加倍頻電壓217 V、頻率150 Hz、試驗時間40 s，一次高壓側感應耐壓76 kV。試驗過程中仔細觀察電流、電壓的變化情況，無電壓突降、電流突升的現象，無破壞性放電發生，說明未發生絕緣擊穿。電壓互感器順利通過感應耐壓試驗，判斷絕緣沒有問題。如果發現被試品有“呲呲呲”斷斷續續的放電響聲，或有冒煙、閃絡現象應立即停止升壓，并查明原因。如果是絕緣部分放電產生，則認為被試品耐壓測試不合格。

5 結 論

由于耐壓試驗試驗電壓高，容易在打壓時損壞被試設備，有時雖然耐壓通過了，但對被試設備造成了傷害。因此，現場試驗人員最好再進一步進行絕緣電阻測試，測試耐壓試驗后的被試設備的絕緣情況。絕緣電阻合格，判斷耐壓試驗通過，電壓互感器絕緣合格。