電力變壓器預防性試驗技術要點分析

張大宏，尚等鋒

（華電云南金沙江中游水電開發(fā)有限公司梨園發(fā)電分公司，云南 麗江 674100）

前言

電力變壓器本身的特性以及在電力系統(tǒng)中的特殊作用，使得變壓器運行穩(wěn)定性成為影響電力系統(tǒng)供給穩(wěn)定性的關鍵因素。隨著整體工業(yè)水平的提高，雖然電力變壓器制造工藝有了長足進步，但21世紀以來，電力系統(tǒng)自動化程度進一步提高，使得電力系統(tǒng)更加智能化，復雜化。隨著電力系統(tǒng)“智能電網(wǎng)”和“無人值班，少人值守”運行模式的推進，生產現(xiàn)場要求配備更少值班人員的同時，也對設備的性能和運行穩(wěn)定性提出了更高的要求。電力變壓器作為電力系統(tǒng)中舉足輕重的調壓設備，對其進行定期、及時的運行分析，并對已發(fā)現(xiàn)的隱患進行跟蹤、處理和預判，是保證電力變壓器運行穩(wěn)定性的重要手段之一。而電力變壓器的預防性試驗是發(fā)現(xiàn)其內部隱患，評估其性能的最重要方法，也是對其運行分析最重要的參考指標。因此，深入了解電力變壓器預防性試驗的特點，工具和技術要點，并能使用科學的試驗方法和流程，是保證試驗結果準確性和可靠性的前提，也是分析變壓器性能的最重要參考指標，這也是本文分析的重點。

1 絕緣電阻和吸收比試驗

1.1 技術思路

在預防性試驗中，測量絕緣電阻和吸收比主要是針對變壓器絕緣材料受潮以及熱老化等方面的問題進行綜合分析，其也是評估電力變壓器絕緣水平和發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的重要手段。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，變壓器絕緣材料在干燥后，其絕緣電阻的變化要顯著高于介質損耗角正切值的變化。因此，在試驗中通過測量絕緣電阻與吸收比能很好的表征電力變壓器的絕緣水平[1]。

1.2 試驗技術路徑

1.2.1 試驗設備選擇

目前測量絕緣電阻和吸收比的設備主要有兩種，手搖指針式兆歐表和電子式兆歐表。因企業(yè)運營成本等因素，老式手搖兆歐表仍在被使用。相比于電子式兆歐表，手搖式兆歐表操作更復雜，對操作人員的經(jīng)驗、專業(yè)技術要求更高。所以，本文選擇老式手搖兆歐表作為分析對象。一般技術要求建議，變壓器額定電壓大于1kV，選擇規(guī)格為2500V的兆歐表；變壓器額定電壓不足1kV時，選擇1000V兆歐表；對于220kV以上變壓器，選擇輸出電壓5000V，輸出電流大于等于3mA的兆歐表。

1.2.2 測試環(huán)境設定

測試時變壓器需在隔離態(tài)，測試前需對變壓器進行電氣隔離，并斷開前、后連接，且繞組短接接地。一般設備放電時間應大于1分鐘，對于大容量變壓器，放電時間應大于5分鐘。

1.2.3 測量時的技術要求

（1）變壓器表面污垢可能會產生雜散電流，被試設備計算為泄露電流時，將造成絕緣電阻偏低。為避免此問題，變壓器放電結束后選擇清潔的布料清理變壓器瓷屏、器身等部位，必要時可借助除油劑等處理污垢。若設備所處環(huán)境濕度偏高，可從被試設備屏蔽端子引出屏蔽線，通過軟裸線纏繞后與被試部件表面連接，屏蔽表面雜散電流。

（2）試驗時，為避免被試繞組與非被試繞組之間電容和感應電壓的影響，測量絕緣電阻時，可使用空閑繞組短接接地的方法。其關鍵技術包括：將變壓器需要測試的繞組引出線前后短接，短接后與兆歐表“L”端連接。其非被試繞組短接，并外殼連接接地，連接在兆歐表“E”端子上。這樣不但保證了被試部分與非被試部分有效隔離，而且避免了高反電動勢傷人和擊穿絕緣。

（3）整個測試過程，應由兩名以上專業(yè)工作人員相互配合，在確定接線正確且有效后，由一個人負責操作兆歐表，并指定為負責人；另一人戴絕緣手套對兆歐表“L”端進行接線，并按負責人指令進行操作。

（4）試驗時，需將兆歐表放置平整。操作人員一只手穩(wěn)住兆歐表，另一只手虎口靠近搖桿位置并緊握搖柄。在“L”端與被試部位接觸良好后，轉動操作搖柄，將轉速保持在100-120轉/分鐘。當轉速達到建議轉速后，同時啟動計時器，并勻速搖動，以保證輸出電壓恒定[2]。

（5）在讀取測試結果后，操作搖柄保持搖動。當負責人發(fā)出“拉開”命令后，斷開“L”端與設備連接線，隨后停止搖動。

2 直流耐壓及泄露電流試驗

直流耐壓及泄露試驗是變壓器預防性試驗的重要組成部分，能夠對變壓器絕緣的局部缺陷或端部缺陷做出有效評估。

2.1 試驗技術要求

測量前需斷開變壓器高、低壓側引線，在明確斷開點之后展開試驗，其具體技術要求包括：（1）試驗前、后應充分放電，以避免殘余電荷對人員和設備以及試驗結果的影響。（2）試驗周圍設置圍欄，并做好專人管理，在發(fā)現(xiàn)異常后，須立即停止試驗并切斷電源。（3）試驗設備、設備非被試部分需可靠接地。（4）試驗中，若發(fā)現(xiàn)泄漏電流隨時間變化而出現(xiàn)異常波動，應停止試驗，重新進行設備和接線核查。

2.2 試驗技術要點分析

直流耐壓及泄漏電流試驗技術要點分析：（1）斷開變壓器被試繞組引線，并與試驗設備高壓輸出端連接，且短接接地其他非被試部分。（2）詳細記錄試驗時變壓器上層油溫及環(huán)境溫度與濕度。（3）試驗時，應持續(xù)緩慢加壓，并以0.5倍的額定電壓作為分級標準，并在各電壓等級維持1min，確保在不同電壓等級下考驗其部件絕緣水平。（4）在試驗結束后，將電壓降為0，并斷開試驗電源，再對設備充分放電，最后拆除試驗接線。（5）對于大容量設備，試驗結束后，在操作臺回調電壓至最低值，然后用放電棒對被試設備進行放電，并在操作臺監(jiān)視電壓變化，待放電至電壓為零時再關閉設備電源。

3 介質損耗角正切值試驗

3.1 介質損耗角正切值物理意義

任何絕緣材料在電壓作用下，都將產生電容電流、吸收電流和電導電流，其中電容電流和反映吸收過程的無功分量不消耗能量，只有電導電流和吸收電流中的有功分量消耗能量，絕緣材料中產生的損耗稱為介質損耗或介質損失。如果絕緣材料損耗增大，會使絕緣材料溫度升高，發(fā)生老化（發(fā)脆、分解等）。甚至會使絕緣材料熔化、燒焦，喪失絕緣能力，從而導致熱擊穿。因此，監(jiān)測絕緣材料損耗量，對衡量絕緣材料的絕緣性能意義重大。

從結構上來看，變壓器屬于典型的多級絕緣結構，在這種結構下，絕緣有明顯的分層，在交變電場的作用下，會引起一定量的損耗[3]。然而不同設備由于運行電壓、結構尺寸等不同，不能直接通過介質損耗量的大小來衡量對比其絕緣水平。因此，引入了介質損耗因數(shù)tgδ（又稱介質損耗角正切值）的概念。介質損耗因數(shù)被定義為：被試品的有功功率比被試品的無功功率。而介質損耗因數(shù)tgδ也只與材料本身特性有關，與材料的尺寸、體積無關。其關系公式如（1）所示：

公式（1）中，tgδ為變壓器介質損耗角正切值；Ir為電阻性電流；Ic為電容性電流；C為等效電容；R等效電阻；ω為頻率。

公式（1）中的相關參數(shù)中，C與R和頻率、溫度等存在相關性，其中R分別受極化等效電阻、體積電阻、表面電阻三方面因素影響。

3.2 試驗技術要點分析

油侵式變壓器絕緣材料主要由絕緣油和絕緣紙構成，此類材料tgδ值較低，一般情況下，變壓器繞組及套管的tgδ值為0.2%-0.3%，絕緣紙tgδ為5%。實際運行中，當絕緣材料整體受潮以或老化時，等效電阻值R將下降，將導致tgδ偏高。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，在保證各層絕緣材料tgδ不變的情況下，減少絕緣材料的比例厚度，會使介損整體水平顯著下降。由此可認為，在設備使用較大絕緣材料的情況下，介質損耗并不能靈敏反應設備的絕緣水平。因此，在變壓器性能管理中，可考慮通過改善絕緣材料性能以及絕緣紙板厚度的方法，將tgδ值控制在合理范圍內。

考慮到油侵式變壓器繞組與鐵芯、夾件之間有絕緣油作為隔離，且泄露距離較長，這些結構特點也將造成其繞組和套管tgδ偏高。其次，因為緊貼線圈的壓釘與線圈在絕緣結構中所占比例較高，在能適當抬高壓釘?shù)那闆r下，在壓釘下部增設適當厚度的絕緣紙板，能減少變壓器介質損耗量。

4 感應耐壓試驗

4.1 試驗意義

變壓器感應耐壓試驗是變壓器零起升壓的重要組成部分，其能夠對變壓器的電氣強度做出綜合評價，也是考驗變壓器絕緣水平的重要方法[4]。

變壓器長時感應耐壓試驗是在其連續(xù)運行以及瞬變電壓的基礎上，進行的質量控制。在變壓器運行期間，小范圍內固體、液體的局部擊穿會造成局部放電。受積累效應影響，局部放電將逐漸演化為絕緣介質電性能惡化。當局部放電不能及時、有效控制時，將逐步發(fā)展成重大事故隱患，甚至事故。而通過感應耐壓試驗，能夠對變壓器的點流量進行測量，以實現(xiàn)對變壓器運行情況的監(jiān)視。

4.2 試驗技術要求

考慮到變壓器須在不帶電的情況下進行試驗，在試驗前應做好相關技術措施和組織措施，包括電氣隔離、放電和接地等。

試驗時，現(xiàn)場建議采用下列措施控制干擾源：（1）電源干擾：在試驗中選擇WJFY型變頻電源，該裝置不僅能滿足試驗電源的基本要求，也兼具LC濾波功能，可有效過濾配電網(wǎng)中的高頻信號，維持正弦信號的穩(wěn)定輸出。（2）接地干擾：為降低接地干擾，可采用一點接地的接地方式。（3）在試驗現(xiàn)場，為避免電焊機等大型用電設備的信號干擾，可選擇在無其他作業(yè)或夜間時間段進行試驗。

4.3 感應耐壓試驗現(xiàn)場執(zhí)行

試驗前，要核查接線正確，尤其是套管末屏與檢測阻抗之間的連接要牢靠。須全面了解是否存在擊穿等問題的可能性，并做好預防和處置措施，并在現(xiàn)場設置試驗隔離區(qū)。

4.3.1 檢測阻抗以及方波校驗

試驗建議選擇XD系列裝置，該系裝置為RLC型結構，屬于調諧阻抗。在選擇合適的檢測阻抗后，須保證回路的諧振頻率處于正常水平，且保證檢測結果的靈敏度。根據(jù)主變高壓套管的電容參數(shù)，結合高壓繞組引線的結構，可任意選擇一個項目做阻抗檢測。檢測時，調整調諧電容量在5000-6000pF范圍內，最大通流容量控制在2A左右。

為保證最終檢測結果的準確性和可靠性，在試驗開始前，需利用校正方波在校準脈沖發(fā)生器上校準電容，其校準電壓包括1.0V、2.0V、5.0V、10.0V四個電壓等級，校準電容為10pF與100pF。在校準結束后保存其結果，且設置脈沖信號幅值在80%-85%之間。

4.3.2 試驗過程

試驗時，使用無局放變頻電源，在現(xiàn)有結構的基礎上增設兩組電抗器。并采用高壓末端接地的方法，懸空套管。使用高壓套管主電容為耦合電容，并直接將測量阻抗連接到接地法蘭與測量屏之間，同時從測量屏中記錄局部放電數(shù)據(jù)，其結構如圖1所示：

圖1 試驗結構

試驗時，須保證被試變壓器鐵心、外殼、中性點有效接地，且套管電流互感器二次繞組短接接地。試驗期間要保證試驗回路接近諧振狀態(tài)，且變壓器分布電容隨著電壓的變化而發(fā)生相應的改變。為此，建議在試驗期間調整頻率，并保證變頻電源輸出電流為可持續(xù)電流，此種設置可使試驗結果更好的體現(xiàn)變壓器實際性能。

5 結束語

電力變壓器預防性試驗本身具有復雜、專業(yè)、高風險等特點。因此試驗時，需要試驗人員深入了解變壓器的結構以及不同試驗之間的特點和區(qū)別，能根據(jù)變壓器實際運行情況，調整預防性試驗的試驗項目。并能根據(jù)試驗結果對變壓器性能進行評估，且預判其運行趨勢，以保證電力變壓器的安全穩(wěn)定運行。并在試驗設備選型，試驗流程、安全措施等正確完備的情況下，進一步持續(xù)實踐，以提高試驗結果的精準性和專業(yè)性。