淺析變壓器長時感應耐壓試驗

(國網青海省電力公司檢修公司 青海 西寧 810000)

一、前言

相對于變壓器的主絕緣即繞組與繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣而言，變壓器還有另外一項重要的絕緣性能指標——縱絕緣。縱絕緣是指變壓器繞組具有不同電位的不同點和不同部位之間的絕緣，主要包括繞組匝間、層間和段間的絕緣性能，而國家標準和國際電工委員會(IEC)標準中規(guī)定的“感應耐壓試驗”則是專門用于檢驗變壓器縱絕緣性能的測試方法之一。

變壓器的縱絕緣主要依賴于繞組內的絕緣介質——漆包線本身的絕緣漆、變壓器油、絕緣紙、浸漬漆和絕緣膠等等(不同種類的變壓器可能包含其中一種或多種絕緣介質)；縱絕緣電介質很難保證100%的純凈度，難免混含固體雜質、氣泡或水份等，生產過程中也會受到不同程度的損傷；變壓器工作時的最高場強集中在這些缺陷處，長期負載運作的溫升又降低絕緣介質的擊穿電壓，造成局部放電，電介質通過外施交變電場吸收的功率即介質損耗會顯著增加，導致電介質發(fā)熱嚴重，介質電導增大，該部位的大電流也會產生熱量，就會使電介質的溫度繼續(xù)升高，而溫度的升高反過來又使電介質的電導增加。如此長期惡性循環(huán)下去，最后導致電介質的熱擊穿和整個變壓器的毀壞。這一故障表現(xiàn)在變壓器的特性上就是空載電流和空載功耗顯著增加，并且繞組有灼熱、飛弧、振動和嘯叫等不良現(xiàn)象。可見利用感應耐壓試驗檢測出變壓器是否含有縱絕緣缺陷是極其必要的。

實踐證明，根據被試變壓器型號參數(shù)、接線方式及線端設計絕緣水平對感應耐壓試驗的各種試驗接線方式進行校驗，據此選擇合格的接線方式，可保證被試變壓器絕緣受到相應考核的同時，各側線間電壓均在設計的耐受范圍之內。本文中，就變壓器長時感應耐壓試驗的幾種接線方式及不同的加壓方式下電壓分布進行分析。

二、試驗標準

依照 GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣 設備交接試驗標準》要求，電壓等級 220kV及以上電力變壓器，在新安裝時，必須進行長時感應耐壓及局部放電測量試驗。電力變壓器現(xiàn)場長時感應耐壓試驗標準是按照 GB1094.3-2003 的規(guī)定程度進行的，加壓程序如圖1所示[2]。

圖1 長時感應耐壓加壓程序

三、試驗原理

變壓器現(xiàn)場感應耐壓試驗是在變壓器的低壓側單相加電壓，通過改變接線方式和分接開關的位置，使高、中壓側感應出規(guī)定的試驗電壓，從而考核變壓器的主絕緣(指繞組對地、相間及不同電壓等級的繞組間的絕緣)和縱絕緣(繞組層間、匝間及段間)的電氣強度，進而檢驗運輸、安裝等環(huán)節(jié)的質量。試驗原理示意圖如圖 2 所示。

圖2 感應耐壓試驗原理圖

由圖 2 可知，現(xiàn)場感應耐壓試驗的主要設備由變頻電源(或倍頻發(fā)電機組)、勵磁變壓器、補償電抗器及分壓器等組成。根據被試變壓器的容量、型號可對這些試驗設備進行最優(yōu)配型，以此提高現(xiàn)場試驗效率。

四、試驗接線方式

變壓器進行感應耐壓試驗，需綜合考慮加壓方式和試驗電壓對變壓器相間及各側線端對地電壓的影響，以確保變壓器主、縱絕緣受到考核的前提下，對變壓器絕緣不造成損害。

(一)低壓側三角形接線變壓器

例如：試品型號 OSFPSZ-360000/330GYW

額定電壓 345±8×1.25%/121/35kV

聯(lián)結組別 YNa0d11

工頻交流絕緣水平 高壓線端 510kV 中壓線端200kV 低壓線端 85kV 中性點 85kV

被試變壓器繞組連接如圖 3 所示:

圖3 變壓器繞組聯(lián)結方式圖

試驗時，有載分接開關置于1 檔，額定電壓 379.5kV

當高壓側試驗電壓達到 Um 時,低壓側施加試驗電壓為Uac其值為：

Uac=363/K1=363/6.260=57.9kV

中壓側電壓值：UAm= Uac×K2=115.7kV

由圖 3 所示繞組聯(lián)結方式 此時高壓線端電壓：

UB=1/2UA,UC=1/2UA

(二)低壓側星形接線變壓器

試品型號：SFSZ-180000/220

額定電壓：220±8×1.25% kV/(115±2×2.5%)kV/38.5/10kV

聯(lián)結組別：YNyn0yn0+d

絕緣水平：高壓線端 395kV，中性點 200kV，中壓線端 200kV，中性點140kV，低壓線端及中性點均為 85kV，平衡繞組 35kV

被試變壓器繞組聯(lián)結如圖 4 所示:

圖4 變壓器繞組聯(lián)接方式圖

試驗時，高壓分接 9 檔，額定電壓為 220kV，中壓分接 3 擋，額定電壓為 115kV，平衡繞組接地。

各側變比計算如下：高低壓變比 K1=220/38.5=5.714

高中壓變比 K2=220/115=1.913 中低壓變比 K3=115/38.5=2.987

鑒于該變壓器高中低三側均為星形接線方式 為避免試驗中各側線間電壓超出設計絕緣水平分別采用單邊加壓，高、中壓側中性點接地、低壓側b、c并聯(lián)與a雙邊加壓、對稱加壓，高、中壓側中性點接地三種方式進行試驗。

五、單邊加壓與對稱加壓

圖5 試驗用多抽頭勵磁變壓器

圖5為一種適用于低壓側不同電壓等級變壓器感應耐壓試驗用的多抽頭勵磁變壓器，其輸入端接至變頻電源輸出輸出接至試品，根據試驗預加電壓值及加壓設備對周圍鄰近設備的距離可靈活選擇單邊加壓與對稱加壓方式分別論述如下：

(一)單邊加壓

圖4中若對A相進行試驗可將被試變壓器低壓端子a與圖5所示勵磁變 A 端連接低壓側端子c與勵磁變 X 端一點接地，此即單邊加壓方式。

在單邊加壓方式下，勵磁變高壓端子A的絕緣水平必須大于60.6kV 實際取70kV且加壓設備與鄰近設備應保持一定距離避免發(fā)生外部懸浮放電。

(二)對稱加壓

圖4中仍以A相試驗為例 若將勵磁變輸出端子A、X與被試變壓器低壓側端子a、c連接，同時 將勵磁變輸出端子A2(輸出電壓值為 1/2UA)接地，或將被試變壓器低壓側非加壓端子 b 接地即為對稱加壓，此種接線方式下勵磁變 X 端子絕緣設計水平必須大于 30.3kV 實際取40kV。

六、結論

1.應根據被試變壓器的型號、參數(shù)、繞組接線方式及低壓側額定電壓，對不同加壓方式下各側繞組線端對地、線間電壓進行校驗，選擇合理的接線方式。

2.實例中的接線方式在330kV及以下電壓等級，低壓繞組為 D 接線的變壓器感應耐壓試驗中采用較多，為避免線間絕緣損傷，可通過將非加壓相并聯(lián)的方式將線間電壓降至絕緣水平之內。

3.根據現(xiàn)有試驗設備、勵磁變、電抗器的設計、絕緣水平及試驗場地周圍設施及鄰近設備與加壓設備的距離靈活選擇單邊、對稱加壓方式，以免試驗中發(fā)生外部懸浮及電暈放電。