自耦變壓器雷電沖試驗控制支撐電壓的方法

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、概述

變壓器在電力系統運行中要受到持續工頻電壓、暫時過電壓、操作過電壓及雷電過電壓的作用。為了保證電力系統安全可靠的運行，要求變壓器有足夠的沖擊絕緣強度，國家標準對變壓器的不同的電壓等級作了明確規定。雷電在輸電線路或電力設備上，有可能造成幅值和陡度都很高的過電壓，對設備的絕緣破壞較大。工程上，為了考驗電力設備耐受雷電過電壓的能力，使用沖擊電壓發生器進行模擬雷擊的試驗，這就是雷電沖擊電壓試驗。雷電沖擊試驗分為雷電全波沖擊試驗和雷電截波沖擊試驗，即外絕緣不發生閃絡時為全波電壓，發生閃絡為截波電壓。

二、參考標準

GB/T 1094.1-2013 電力變壓器 第1部分：總則

JB T 501-2006電力變壓器 試驗導則

GB/T 1094.1-2017 電力變壓器 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙

GB/T 1094.1-2013 電力變壓器 第4部分：電力變壓器和電抗器的雷電沖擊和操作沖擊試驗導則

三、試驗要求

在電力系統中,雷電擊中架空線路導線或戶外變電站將產生雷電過電壓,其波形變化范圍是很大的。為了模擬這種瞬態電壓,以研究和考驗電氣設備的絕緣強度,世界各國標準和國際標準都把沖擊電壓定義為一種單極性波形。現在包括我國在內的世界各國均采用國際電工委員會(IEC)標準中定義的沖擊電壓波形作為自己的標準沖擊電壓波形。國家標準(CB1094.3-2017)《電力變壓器第3部分:絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》規定變壓器只進行標準雷電全波沖擊和標準雷電截波沖擊。標準雷電沖擊是具有一定極性的非周期性脈沖電壓波。

?試驗標準波形：波前時間1.2±30%μs 半峰值時間50±20%μs

?中性點波前時間 不大于13μs

四、試驗原理

沖擊電壓發生器由一組并聯的儲能高壓電容器，經過并聯充電，串聯放電的過程，在試品上形成陡峭上升前沿的沖擊電壓波形。通常對于雷電波形的調節是通過設備的波前電阻Rf，控制波前時間1.2±30%μs，但是對電壓等級比較高，試品容量比較的情況，保證全波波形過沖不大于5%的前提，波前時間不大于2.5μs；全波波尾時間由波尾電阻Rt調節，也可以增加主電容C1進行調節，采用沖擊設備并聯使用情況，在試品接線回路電感非常小的情況，試驗接線需要引入支撐電阻來增加波尾時間，與此同時會引起繞組末端支撐電壓，對于半絕緣的變壓器，末端的支撐電壓可能高于其沖擊絕緣要求的75%的沖擊電壓，這種情況在自耦變壓器試驗比較常見。

雷電沖擊試驗原理圖

五、對于自耦變壓器的沖擊試驗支撐電壓的控制

圖1 圖2 圖3

當對自耦變壓器公共繞組即中壓繞組進行雷電沖擊試驗時，由于高壓繞組與中壓繞組接線為并聯連接，則試驗回路電感較小，首先在沖擊設備增加波尾電阻，設備主電容進行并聯使用，當試品電感非常小的情況，上述方法均不能滿足波尾時間要求的情況，則應考慮設法加大試品的等效電感,否則可能較難調出滿足標準要求的半峰值時間50±20%μs。通常采取在中性點側串聯無感電阻，并且考慮無感電阻的容量是否滿足要求，可以增加試品回路阻抗值，進而達到增加波尾時間的問題。如果產品中性點雷電沖擊絕緣水平較低，在支撐電阻后，經測量中性的側電經常超過其要求值的75%，甚至更高，這樣必然給中性點絕緣產生不必要的破壞。經過分析，支撐電壓過高，是由于雷電沖擊波尾電壓產生的電感電流，流經繞組后，在支撐電阻出產生的電壓，通常的雷電沖擊試驗接線采取圖1的方式，流過高壓繞組電感電流I1與流過中壓繞組的電感電流I2同時流過支撐電阻，中性點側支撐電壓必然會增加很高，試驗過程可以通過測量繞組的示傷電流，與支撐電阻可以估算支撐電壓大小，也可以通過電容分壓器準確測量支撐電的幅值如圖3接線方式，如果支撐電壓確實超過中性的沖擊絕緣水平的75%，必須要改變接線方式，降低支撐電壓，根據自耦變壓器繞組電感分析，高壓繞組電感足夠大，而中壓繞組電感值比較小，試驗就可以將高壓繞組直接接地，高壓繞組的電感電流不會流經支撐電阻，從而降低了中性點側的支撐電壓，再次經電容分壓器測量電壓會降低很多，進而滿足中性點側的絕緣水平，并且電壓輸入波形也能滿足半峰值時間的要求，試驗接線方式如圖2。在這種接線方式選擇上，應增加高壓繞組的示傷電流的測量，用以判斷高壓繞組沖擊后繞組的示傷情況。

六、總結

電力行業的不斷發展，變壓器產品結構不斷變化，在試驗過程中一定要仔細分析每一處電壓，不能為了達到試驗標準，而忽視產品試驗安全。在制定試驗方案同時也要考慮到，試驗過程中可能遇到的各種問題，同時對試驗人員技術能力，預判能力要求越來越高。