電力變壓器感應耐壓試驗關鍵參數和設備的確定

王和忠，謝鵬林，趙建網，朱如勇

（1 浙江電力變壓器有限公司，浙江 溫州 325000）

（2 國網溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

（3 溫州電力設計有限公司,浙江 溫州 325000）

（4 溫州電力建設有限公司，浙江 溫州 325000）

1 感應耐壓試驗的原理

根據GB 1094.1-2013《電力變壓器 第1部分：總則》中規定，每臺變壓器出廠都要做例行試驗，其中包括例行絕緣試驗。在GB 1094.3-2017《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》對絕緣試驗做出詳細規定。其中感應耐壓試驗就是一項例行絕緣試驗。標準在第7節指出，該試驗用來驗證線端和它所連接的繞組對地及對其他繞組的交流耐受強度，同時也驗證相間和被試繞組縱絕緣的交流耐受強度試驗接線按照變壓器運行工況進行，試驗中對稱電壓出現在線端和匝間，中性點沒有電壓。三相變壓器采用三相電壓進行試驗。為何要進行感應耐壓試驗呢？由于其變壓器剛出廠時，沒有經過在長時間實際電網環境中運行，沒有外施其額定電壓和頻率的電源作長期的試驗，以致繞組匝間、層間和段間的電壓不足以達到電介質缺陷處的擊穿電壓，難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，存在這種絕緣隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故而難以發現這些隱患。感應耐壓試驗給變壓器施加兩倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場強，繞組匝間、層間和段間的電壓達到并超過電介質缺陷處的擊穿電壓，使缺陷暴露。感應耐壓試驗給變壓器施加的頻率在兩倍的額定頻率以上，較高的頻率又可大大降低固體電介質的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿。感應耐壓試驗所規定的外加電壓的作用時間亦可保證絕緣缺陷的擊穿，故感應耐壓試驗可以可靠地檢測變壓器縱絕緣性能的好壞。

圖1 激磁電流與主磁通振幅的關系

因感應耐壓試驗一般采用單相電壓在低壓側勵磁，變壓器試驗相和非試驗相在試驗時，感應的電壓值不一樣，高、低壓繞組對地及高、低壓之間的容性功率的總和是總的容性功率。

2 試品基本參數

試品為一臺三相油浸式電力變壓，其額定容量：80MVA，額定電壓：110±8×1.25%/21kV，額定電流：420/2199A，空載損耗：39kW；空載電流：0.1%，聯結組別：YNd11，高壓一相繞組對地容量為11000pF，低壓一相繞組對地容量為18000pF，高壓一低壓繞組之間容量為14000pF,中性點為66kV級絕緣。按照標準要求，110kV級按國家標準絕緣試驗電壓Um值為200kV，中性點試驗電壓為140kV，匝間絕緣感應耐壓倍數不大于2倍。

3 試驗參數估算

圖2 感應耐壓試驗接線原理圖

以A相單相感應試驗為例，聯結組別為YNd11的三相雙繞組變壓器，其A相繞組感應耐壓(同長時局放試驗接線方式相同)試驗接線如圖1所示。中性點接地，在低壓側ac相施加42kV電壓，試驗頻率為200Hz,則匝間感應電壓倍數為2倍。試驗電源提供有功損耗，主要為變壓器鐵心損耗。

3.1 試驗電壓

（1）UA=Um=200KV（按國標規定值），UA-E=200/1.732=115kV,該變壓器高壓分接開關在5分接與UA-E相同。

（2）在200Hz試驗頻率下，有功損耗及有功電流計算：Po∝f1.3×B2m，有功損耗：P200=(200/50)1.3×(K/B200/ B50)2×P50，式中，K=2；P200、P50分別為變壓器在試驗頻率、試驗電壓下和額定頻率、額定電壓下的空載損耗。

感應耐壓試驗時單相總體有功損耗為：P=59kW。

有功電流：I=59/42=1.4A。

3.2 電容功率計算

（1）如被試相高、低繞組的試驗電壓為UH、UL，則各繞組的首端電壓分別為：

（2）繞組對地及繞組間容性功率的估算

A相高壓繞組對地的容性功率：

同理，B、C相高壓繞組對地容性功率為：

低壓繞組對地的容性功率分別為：

高、低壓繞組之間的容性功率分別為：

（3）總容性功率為上述式（1）至式（6）之和,即

此時被試變壓器的低壓側試驗電流為：

4 試驗關鍵設備的選擇和參數確定

4.1 試驗電源容量估算

三相發電機單相運行時，考安全系數1.1及中間變電壓變換因數1.1，其容量：

為了避免自勵磁問題，應該考慮選擇1.5～2倍的容量，才能確保安全試驗。因此可采用輸出容量400KVA，輸出電壓0.8kV，COSФ＝0.2，頻率200Hz發電機組。

4.2 試驗設備及參數的選取

中頻發電機選取：

容量：400KVA，額定頻率：200Hz，電壓0.8kV，功率因數0.2。

中間變壓器：

中變采用容量S中=400×1.2=480≈500KVA,額定電壓為4×5.8×1.732＝40.2 kV/0.69kV，高壓4繞組可串可并，高、中、低壓可Y、D接。

5 電抗器補償參數的確定

為了突破試驗機組容量的限制，實現即減小試驗機組的出力，又防止發電機機組出現自勵磁，采用電抗器來補償被試變壓器的容性功率的方法，使總的無功功率略呈感性，也可在被試變壓器低壓側（中變高壓側）采用電壓為20kV、150kvar容量并聯電抗器進行補償。

補償后：

折算到發電機出口電流為：

發電機容量為400kVA，輸出電壓0.8kV,最大輸出電流為289A,以上補償方案能滿足發電機電源配置要求。

6 結語

通過文中各試驗參數計算確定，筆者歸納為功率求和法反映了變壓器在感應耐壓試驗中的容性功率分布，根據繞組的幾何電容與電壓發布可快速估算繞組的容性功率，利用計算所得的容性功率可以估算發電機組容量配置。如果現有發電機機組有功功率滿足的情況下，可利用容性功率計算值，采用電抗器補償的方法滿足試驗要求。