變壓器雷電沖擊試驗波形調節方法

劉洋 汪斌 王麗丹

摘 要：變壓器在電力系統運行中要經常受到雷電過電壓的作用。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雷電沖擊試驗波形做出規定。因此本文主要通過介紹調節沖擊設備參數，調試試驗回路，以及引入調波試驗裝置，達到調節出標準的雷電沖擊波形的目的。

關鍵詞：變壓器試驗；雷電沖擊試驗；標準

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.175

1 概述

變壓器雷電沖擊試驗主要用于考核變壓器耐受雷電沖擊波絕緣水平，是變壓器絕緣試驗中的主要項目。變壓器雷電沖擊試驗時，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》規定了變壓器雷電全波沖擊和標準雷電截波沖擊試驗標準。試驗標準波形： 波前時間1.2±30%μs 半峰值時間50±20%μs。但是，在進行特高壓、大容量變壓器和換流變壓器雷電沖擊試驗時，由于電壓等級較高，試品入口電容較大，通常波前時間很難上述試驗標準要求；盡管標準上也允許在滿足過沖小于5%的情況下，有較長的波前時間，但是，試驗波形盡量接近標準雷電沖擊波形，對變壓器試品的絕緣水平考核越嚴格。

2 試驗回路分析

雷電沖擊試驗的主要設備是沖擊電壓發生器，電容分壓器和沖擊測量系統，沖擊電壓發生器是利用電容器的并聯充電和串聯放電的方式，而得到的高電壓雷電沖擊波形。雷電沖擊試驗等值回路圖1，C1為沖擊發生器的本體主電容，如果發生器有n級，每級電容為C，那么C1=C/n；C2為負載電容，它包括試品電容及沖擊電壓分壓器電容，沖擊電壓發生器雜散電容等。Rf為所有波前電阻之和，Rt為所有波尾電阻之和。

3 沖擊波形參數的調節

3.1 沖擊發生器本體電容對雷電沖擊波形的影響

沖擊發生器的本體電容決定了發生放電時的能量，當主體電容增大時，波前時間幾乎沒有變化，波前時間按1.67（T0.9-T0.3）計算，Um值變大，所以波前時間按略有變化，但變化不大。放電波形明顯抬高，放電時間增大。

沖擊發生器20級，每級電容0.9μF，調節主電容與波前時間，波尾時間關系。

3.2 波前電阻對雷電沖擊波形的影響

由可得，。

因此沖擊波形的波前時間，由沖擊發生器的波前電阻值決定，當波前電阻變大時，波前時間也明顯變大，下表為其他參數不變時不同波前電阻的波形的比較。當波前電阻增加時，沖擊波形過沖振蕩減小，因此波尾時間有所增加。

3.3 波尾電阻對雷電沖擊波形的影響

由，可得：其中。

因此沖擊波形的波尾時間，由沖擊發生器的波尾電阻值決定，改變波尾電阻Rt，能夠改變沖擊電壓發生器主電容的放電時間。下表為其他參數不變，改變波尾電阻的波形圖比較。

3.4 調波裝置的引入

由于回路電感的存在，對于的特高壓、大容量變壓器產品，如果按沖擊電壓波峰值處振蕩過沖不得超過基本幅值的5%，通過沖擊設備參數調整，波前時間無法滿足1.2μs±30%μs的試驗標準要求，若按波前時間調整，沖擊電壓波峰值處的震蕩過沖又達不到要求。因此引入調波試驗裝置，改善大負荷時的全波波形，減小峰值的過沖或振蕩，并且減小波前時間，在波前電阻處并聯調波電容，這樣試品入口電容的充電電流除通過波前電阻外，還通過調波電容，從而減小波前時間，同時調波電容還能抑制回路電感所引起的波形振蕩，減小過沖。由回路電感產生的波形振蕩得到抑制，同時由于峰值降低，波前時間也有很大的改善。

4 結論

通過對一般的變壓器產品的試驗，通常對沖擊設備調波原件參數的調整，可以得到較為理想的沖擊波形，但是對于特高壓類大容量變壓器來說，目前沖擊設備還不能滿足沖擊波形的要求，試驗過程盡量合理布置設備與產品的位置，減小回路電感，必要時采用調波裝置進行試驗。