大型電力變壓器損耗帶電測試技術(shù)研究

郭景文

摘要：昀近這幾年，我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，耗電量呈現(xiàn)逐年增長趨勢，人們對電力能源的依賴性越來越強(qiáng)。電力變壓器作為電網(wǎng)核心設(shè)備之一，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，對運(yùn)行中的變壓器的健康狀況進(jìn)行檢測和評估，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行是非常有意義的。空載和負(fù)載損耗是變壓器的兩個重要參數(shù)，既可以反映變壓器在實(shí)際運(yùn)行中的效率，在一定程度上又能反映其鐵心和繞組的狀態(tài)。傳統(tǒng)變壓器離線損耗測試需要把變壓器停運(yùn)進(jìn)行空載和短路試驗(yàn)，影響供電的連續(xù)性。離線試驗(yàn)時，變壓器電壓、電流和其內(nèi)部磁路、溫度和運(yùn)行時不同，不能反映其運(yùn)行的真實(shí)情況。且大型變壓器損耗測試對試驗(yàn)電源容量要求高，現(xiàn)場試驗(yàn)有諸多困難。因此，開展變壓器損耗的帶電測試技術(shù)研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞：大型電力變壓器;損耗;帶電測試技術(shù)

引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的任務(wù)，隨著國網(wǎng)公司狀態(tài)檢修的深入開展，對變壓器帶電運(yùn)行狀態(tài)的檢測提出了更高要求。狀態(tài)檢修可以在設(shè)備不停電的情況下及時發(fā)現(xiàn)一些早期潛伏性缺陷，節(jié)約了時間成本，減少了停電損失和維護(hù)費(fèi)用。由于變壓器故障大多是由于絕緣中局部放電引起，因此針對變壓器的帶電檢測工作主要是變壓器局部放電的檢測。

1局部放電機(jī)理

局部放電是指在絕緣介質(zhì)電極間發(fā)生且未擊穿整個絕緣介質(zhì)的放電現(xiàn)象。局部放電通常發(fā)生在絕緣介質(zhì)局部電場畸變嚴(yán)重或電場強(qiáng)度較高，且介質(zhì)絕緣強(qiáng)度較低的絕緣介質(zhì)的表面、內(nèi)部或兩種絕緣介質(zhì)的交界面。

常見局部放電現(xiàn)象主要包括：絕緣介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)的擊穿;高場強(qiáng)條件下絕緣固體或液體介質(zhì)內(nèi)部的局部擊穿;光滑金屬表面的邊緣，毛刺，附著顆粒物等部位由于局部場強(qiáng)過于集中造成的局部絕緣介質(zhì)擊穿的放電現(xiàn)象等。

通過局部放電原理及試驗(yàn)室試驗(yàn)得出產(chǎn)生局部放電的條件主要有以下兩點(diǎn)：

均勻強(qiáng)電場或稍不均勻電場條件下，絕緣強(qiáng)度不夠的絕緣介質(zhì)內(nèi)部或表面，如固體絕緣介質(zhì)中的空腔，裂隙;液體、膠體（液溶膠）絕緣介質(zhì)中的氣泡，或不同絕緣介質(zhì)間存在的弱絕緣強(qiáng)度介質(zhì)。

不均勻電場或及不均勻電場條件下，在導(dǎo)體邊緣、尖端等電場集中的部位或受損的絕緣介質(zhì)表面，如帶電金屬構(gòu)件邊緣，尖角，毛刺，或直徑過細(xì)的導(dǎo)線表面等。

2大型電力變壓器損耗帶電測試技術(shù)

所研制的系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室抗干擾測試后，信號采集器可以穩(wěn)定正常工作。設(shè)備在計(jì)量檢定中心進(jìn)行了測量檢定，結(jié)果表明，測量空載電流專用的 3路電流信號通道的準(zhǔn)確度等級為 0.1級;負(fù)載損耗測量的 9路電壓信號通道和 9路電流信號通道的準(zhǔn)確度等級為 0.2級，符合設(shè)定目標(biāo)。昀后對現(xiàn)場電力變壓器進(jìn)行了空載和負(fù)載損耗帶電測試。

2.1空載損耗帶電測試

根據(jù)變壓器銘牌信息可知，待測變壓器為 110kV三相三繞組變壓器，額定容量為 40000kV·A，空載損耗為 30.381kW，空載電流為 0.19%。空載損耗測量利用高精度電流采集器測量空載電流，從高壓側(cè)母線電壓互感器測量高壓繞組電壓。測試前將變壓器三側(cè)開關(guān)轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，打開變壓器高壓側(cè) A、B、C三相套管引流線接線板，將三支高精度空載電流互感器分別套在三相套管導(dǎo)電桿上，然后恢復(fù)引流線連接，打開電流互感器電源開關(guān)。將 110kV母線電壓互感器二次側(cè) A、B、C三相電壓信號接入測量系統(tǒng)高壓側(cè)電壓端口。上述接線完成后，將變壓器高壓側(cè)開關(guān)轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，合上變壓器高壓側(cè)開關(guān)，使變壓器空載運(yùn)行，開始空載損耗測量。現(xiàn)場測量結(jié)束后，斷開變壓器高壓側(cè)斷路器，將高壓側(cè)斷路器轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，由操作人員將高精度空載電流互感器取下。測量得到變壓器空載時高壓側(cè)的電壓電流信號后，通過前述的加窗插值算法對采集到的離散值進(jìn)行處理，得到電流、電壓信號的幅值和相位，三組數(shù)據(jù)分散性小，進(jìn)一步印證了本文算法的精確性。根據(jù)空載運(yùn)行時的電壓和電流信息，可計(jì)算得到空載損耗的結(jié)果，可以看出，C相的空載損耗比其他兩相略大，但差別不大，變壓器三相都處于正常工作狀態(tài)。該變壓器空載損耗實(shí)測值為

32.64kW、33.18kW和 33.66kW。空載損耗平均值為 33.16kW。該變壓器空

載損耗銘牌值為 30.381kW，實(shí)測值與銘牌值的相對偏差為 9.15%。110kV的電力變壓器，相對地的額定電壓為 63.51kV，測量時的實(shí)際電壓為

67.3kV。根據(jù)之前的分析，變壓器的空載損耗主要與電壓相關(guān)，由于帶電測量時電壓比離線測量時的電壓高，所以測得的空載損耗比銘牌標(biāo)注的要大。

2.2負(fù)載損耗帶電測試

試驗(yàn)在變電站室內(nèi)進(jìn)行，變壓器運(yùn)行時的電壓電流信號由計(jì)量屏得到。計(jì)量屏中的三相電流和電壓信號，按照高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)分別連入變壓器損耗測量系統(tǒng)。通過變壓器損耗測量系統(tǒng)的調(diào)理和采集，得到的電流和電壓信號經(jīng)由串口通信傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對電壓電流信號進(jìn)行分析和負(fù)載損耗計(jì)算。進(jìn)行測試時，變壓器低壓側(cè)未連接負(fù)載，處于空載狀態(tài)，只有高壓側(cè)和中壓側(cè)有功率的流動。從帶電測試結(jié)果中可以得出，在進(jìn)行測量的過程中，由于測量時間較短，變壓器負(fù)載變化不大，其負(fù)載損耗也沒有明顯變化。變壓器基本處于三相平衡的狀態(tài)。將變壓器每一相的負(fù)載損耗進(jìn)行對比，可以看出 B相的負(fù)載損耗較大，但在合理范圍內(nèi)。B相負(fù)載損耗大，有可能是由于 B相變壓器位于 A相和 C相中間，散熱沒有兩邊的 A相和 C相好，導(dǎo)致 B相變壓器內(nèi)部溫度稍高，損耗較大。變壓器三相負(fù)載總損耗三次測量值分別為 317.32kW、321.31kW和 311.92kW。負(fù)載損耗測量平均值為 316.85kW。在進(jìn)行測量時，高壓側(cè)連接系統(tǒng)電源，中壓側(cè)連接負(fù)載，低壓側(cè)無負(fù)載。根據(jù)變壓器銘牌上的負(fù)載損耗信息，高壓側(cè) 中壓側(cè)的負(fù)載損耗為 684.3kW，如果按照測量時的負(fù)荷情況進(jìn)行折算，則負(fù)載損耗為 348.96kW，帶電測量值與離線測量折算值相比，偏差為 9.2%。變壓器銘牌上的離線測得的負(fù)載損耗，是在離線測量后，將損耗折算到 75℃得到的，而變壓器實(shí)際運(yùn)行時，其內(nèi)部溫度可能比折算溫度高，就會造成偏差。變壓器運(yùn)行時，其負(fù)載損耗包括繞組上的銅耗和雜散損耗，雜散損耗與變壓器負(fù)載無關(guān)，將負(fù)載損耗按照負(fù)載情況進(jìn)行折算，就會造成誤差。

結(jié)語

通過變壓器各種局部放電測量方法的分析和討論，可以發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生不同位置、不同類型的局部放電時，通過選擇合適的檢測方法可以對變壓器的狀態(tài)做出綜合的評估。同時，每一種方法都有其優(yōu)越性和局限性，需要多項(xiàng)檢測技術(shù)相互配合、綜合分析，才能準(zhǔn)確地對變壓器狀態(tài)做出判斷，以便加強(qiáng)運(yùn)維，避免發(fā)生事故。

參考文獻(xiàn)

[1]王國利，郝艷捧，李彥明.電力變壓器局部放電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電工電能新技術(shù)，2001，20（02）：52-57.

[2]國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2014.

[3]李軍浩，韓旭濤，劉澤輝，等.電氣設(shè)備局部放電檢測技術(shù)述評[J].高電壓技術(shù)，2015，41（8）：2583-2601.

[4]陳志剛.變壓器局部放電帶電檢測中脈沖電流法和超聲波法的應(yīng)用淺析[J].科技展望，2015，25（05）：98.

[5]陳柯良，曾潔，丁玉柱，等.電力變壓器帶電檢測應(yīng)用方法綜述[J].湖南電力，2016，36（02）：23-27.

[6]馬奎，趙思翔，樊益平，等.三繞組變壓器損耗帶電測量方法[J].變壓器，2015，52（11）：65-70.