三相干式電力變壓器局部放電試驗的研究

楊生澤，吳永洋，曲翔

（甘肅電器科學研究院，甘肅 天水 741018）

按照 GB／T1094．11-2022 標準要求，三相干式變壓器的局部放電測試為常規實驗，是測試變壓器參數好壞和絕緣狀態的主要手段，是評價變壓器在正常的工作電壓下，是否安全、有效地工作的一種主要測試方法。

近年來，隨著技術標準的改變，測試工作者們對干式變壓器局部放電測量的技術也有了不同的認識，但仍然停留在按照原有標準規定的工作方法上。本章擬就干式變壓器局部放電測量的加壓、檢測電路的校準方法及其對局部放電量的計算等技術問題加以研究。

1 局部放電試驗測量方法及分析

目前試驗站大部分采用100Hz-200Hz發電機作為電源。采用感應加壓的方式，將所需要的試驗電壓加到被試變壓器的低壓側。對于三相干式電力變壓器而言，應當使用三相的電源，而不得使用單相電源直接加壓。若使用單相電源加壓，則變壓器高壓試驗電壓不能達到標準要求。下圖1是試驗站采用的200Hz中頻發電機電源及試驗系統一次回路接線圖。

圖1 200Hz中頻發電機電源及試驗系統一次回路接線圖

1．1 測試回路校正

在變壓器的繞組內和測試回路中，都會發生放電波形的減弱情況。根據標準GB／T7354，電源回路校正通常是在實驗前或試品不帶電的時刻進行，把由一個標準放電校正器所形成的模擬脈沖信號[1]，加在電力變壓器被測繞組端子和連接端子之間，來確定視在放電量qa與儀器測出的讀數之間的定量關系。

并聯測試校正回路如圖2所示，脈沖信號電壓U0（方波電壓）與試品的視在放電量q0成正比關系。即U0／q0＝X（回路常數）。校正回路中，在校正電容C0相對于試品電容量CX特別小的條件下，同樣有U0＇（校準脈沖電壓）／U0C0＝X的關系。對于固定的測試回路，當試品和各元件參數不變后，X值為定值。所以，當U0＝U0＇時，則 qa＝q0＝U0C0。為了使變壓器局部放電試驗測量結果有效和準確，試驗主回路能夠滿足標準GB／T1094．11中規定的最小允許放電量。方波校準時需要注意以下幾方面問題：

圖2 并聯測試校正回路

（1）方波發生器的距離要盡量接近樣品的檢測端，且耦合電容到檢測端的試驗電纜要盡可能近。

（2）考慮到方波發生器對地和高壓引線雜散電容的影響，C0又不能選的太小，通常按照10pF＜C0≤0．1CX選取[2]。

1．2 局部放電試驗方法

局部放電試驗與一般試驗方法有所不同，因為它對電壓變化特別靈敏，而且只有在變壓器內缺陷的場強超過起始的放電場強時，才能觀測到放電情況。據此，規范中具體地規定了干式變壓器局部放電實驗的加壓頻率、時間以及測量接線方式，試驗中嚴格按照標準 GB／T1094．11 和 JB／T501 的要求進行試驗，試驗接線示意圖如圖3所示。

圖3 三相干式電力變壓器局部放電試驗的接線圖

三相干式電力變壓器采用三相電源在低壓側對稱加壓。對于帶有分接的繞組，除非用戶特別指定或同意，一般是在主分接上進行。局部放電測試一般是在整個絕緣測試項目全部完成后進行，其測試頻率適當地比額定的頻率高一些。由于使用的工頻測試電源并不能夠從繞組中感應出1．8Ur的試驗電壓，一般當電壓大于1．2Ur的額定電壓時，變壓器鐵心磁通密度飽和，因此勵磁電流和鐵磁損耗都將會大幅度上升，所以要相應地增加電源頻率，以避免在測試期間的勵磁電流過大。

對于大容量的變壓器試驗，為了減少補償電感的容量，在保證被試變壓器所加電壓不能使鐵心飽和的情況下，減少試驗電源頻率[3]。

圖中C是無暈耦合電容器（其電容值與校準發生器的電容相比較應大很多），該電容器與測試電阻Zm相聯，且與各個被試的端子相連接。測量阻抗Zm在測量中把脈沖電流轉變為脈沖電壓信號。常用的測量阻抗是RCL型，在測量阻抗上輸入階躍方波時，RCL阻抗上得到的電壓波形是一個衰減震蕩波，表示為：

上式中α為衰減系數，Cm為檢測阻抗兩端的總電容，Cx+Ck為被試電容和耦合電容。

測量阻抗輸出的信號很弱，經過測量儀器放大后達到所需的靈敏度。我們通常使用的放大器的頻率有3種，寬頻放大器靈敏度比較高，分辨力強，適合帶有屏蔽的實驗室使用，不適宜現場使用，因為易受外界的干擾。窄頻放大器抗干擾能力強，但分辨率太差，易造成測量誤差。所以目前大多數儀器廠家都使用選頻放大器，它兼容了寬屏和窄頻的優點，既滿足了分辨力差的問題，又有一定的抗干擾能力。

標準GB／T1094-11嚴格規定了三相干式變壓器的試驗方法，在變壓器低壓側相間預加電壓為1．8Ur（Ur為額定電壓），持續時間為30s。然后在不中斷測量電源的情況下，將測量電壓降到1．3Ur，這時應保持3min為宜，如圖4所示，可進行局部放電測量[4]。變壓器的高壓側三相分別接入耦合電容器，耦合電容器低壓端通過檢測阻抗接地，三相變壓器的三相應同時進行測量。如果局部放電測試儀的通道數不滿足要求，按照圖3的接線形式，測完一相后通過三相轉換按鈕切換到其他任意一相進行測量，這樣在一二次回路不動的情況下，通過三相轉換開關切換測量通道，達到三相變壓器的測量。測量時應注意的問題：

圖4 局部放電施加電壓方式（例行試驗）

（1）三相干式電力變壓器在進行局部放電測試時，變壓器高壓測三相端子分別與三個無暈耦合電容器連接，并通過與無暈耦合電容器串聯的測量阻抗接地。

（2）試驗前必須分清楚干式電力變壓器局部放電例行試驗和特殊試驗的區別。對于中性點不接地的系統，或中性點通過消弧線圈等高電阻接地系統中工作的變壓器，由于交流變壓器也可以在單相對地故障的狀況下持續工作，所以交流變壓器也可以在用戶的要求下進行特殊測試。（特殊試驗方法與上面不同，低壓側施加相間的預加電壓只有 1．3Ur，然后將電壓降低到 Ur，并維持 3min，進行局部放電測試）。特殊試驗的測量方式與例行試驗不同之處在于，在對變壓器A相進行局部放電測量時，B相和C相應各接地一次，也就是說每一相要測量兩次。

1．3 變壓器局部放電試驗合格判定

根據標準規定，對于干式電力變壓器局部放電條件的最大值為10pC，如果生產企業對產品沒有單獨要求時，局部放電量就按＜10pC判定。有要求時，就按產品技術條件判定，除了上述總的判斷局部放電試驗是否合格外，我們還應在試驗的過程中，看被試變壓器的局部放電量在規定的時間內是否發生很大的變化[5]，有沒有明顯向最大允許局部放電量增長的趨勢。如果有，應分析為什么會出現增長，可以適當延長試驗持續時間等到局部放電量穩定為止。

2 結論

變壓器局部放電量的多少，是標志變壓器絕緣性能的一個關鍵參數，是評價變壓器在正常工作電壓下，是否長期穩定工作的重點試驗之一。干式電力變壓器在動力系統中主要發揮穩壓保流的功能，隨著技術的進一步完善，在整個動力系統中，功能將更加關鍵。所以干式電力變壓器進行局部放電測量越來越受到行業的重視，在以后的工作中我們需要對影響變壓器局部放電試驗的因素逐一研究[6]，進一步提高對變壓器局部放電的檢測檢驗水平。