電力變壓器和電抗器的交流耐壓試驗方法

 眾所周知，交流耐壓是考核電力變壓器絕緣強度的最有效的方法。隨著試驗裝置的開發，故在《預規》中規定對更換繞組的變壓器均應進行耐壓試驗，對10kV及以下的變壓器為1～5年做定期耐壓試驗，對66kV及以下的變壓器在大修后做耐壓試驗。進行此項試驗必須在其他試驗都正常的情況下進行，如絕緣電阻、吸收比、極化指數、泄漏電流、tgδ及絕緣油等試驗。如發現有缺陷，應在處理完好后再進行耐壓，以免造成不應有的絕緣擊穿。耐壓試驗方法如下。
    1、外施電壓法(加1min工頻電壓)，它用于全絕緣變壓器或分級絕緣的中性點耐壓及低壓繞組的耐壓試驗。
    2、倍頻感應法。它用于分級絕緣變壓器的耐壓試驗。
    3、操作波感應試驗法。它是用來考核變壓器絕緣耐操作過電壓的能力的試驗，對220kV大型變壓器，允許用操作波耐壓代替倍頻感應耐壓來考核變壓器的主絕緣和縱絕緣。
    一、測量方法
    1、外施電壓法
    (1)按被試變壓器的電壓，容量和電容來選擇試驗變壓器。其應輸出的電流為：
        I＝ωC_X×U(MA)
        ω＝2πƒ
    式中 C_X一一變壓器電容量，μF；
         U一一試驗電壓，kV。
    其所需電源容量為P＝ωC_XU₂×10^-3(kVA)，一般不得超載運行。當試驗變壓器不能滿足耍求時，可以采用串聯諧振成套試驗裝置。其他的設備還有調壓器，過流保護，電壓測量裝置，保護球間隙，保護電阻，控制裝置等，一般在成套設備中都已經配備好，但需要進行調試。
    (2)在進行耐壓前，其他試驗必須合格。油浸變壓器若經濾油或運輸，應靜置一段時間再試驗。(對500kV的72h以上，220及330kV的48h以上，110kV及以下的24h以上。)
    (3)接上被試變壓器，接通電源，從零開始升壓，升壓速度從75%試驗電壓后應以每秒2%試驗電壓均勻升壓。
    (4)升壓過程中，應監視高壓回路和變壓器有無異常。如有異常，應查明原因并降壓停電。升到試驗電壓后保持1min，然后降壓并斷開電源。并對變壓器進行放電。
    (5)試驗前后應測量絕緣電阻且應無明顯差別。
    2、操作波試驗
    由于操作波試驗具有簡單、經濟、便于現場使用的優點，故允許用來代替倍頻感應耐壓來考核變壓器的主絕緣和縱絕緣。
    (1)波形及試驗電壓。波形如圖4-3所示。其中波頭時間(T_cr)應≥1OOμS；波尾(T_Z)時間應≥1000μS；超過90%規定峰值持續時間(T_d(90))應≥200μS，反峰電壓值(U_2m)不大于試驗電壓的50%(試驗電壓值可參見預規的表6)。

圖4-3 操作波波形圖

 (2)基本接線方式。單相變壓器接線如圖4-4所示，三相變壓器接線如圖4-5及圖4-6所示。

圖4-4 單相變壓器試驗接線    圖4-5 330kV、500kV三相變壓器試驗接線

 試驗的具體接線及各元件的參數，對于不同電壓等級和容量的變壓器，可根據具體情況計算而得。(詳見DL 474.6-1992導則部分)
    (3)將全電壓與0.5、0.75倍試驗電壓下的電壓、電流進行比較，便可判斷變壓器是否出現故障。當主絕緣擊穿時，電壓突然截斷并產生振蕩，電流也突然上升。當匝間或段間絕緣損壞時，(如短路)被試端電壓幅值降低，波頭時間變短，波尾時間縮短，中性點示傷電流峰值超前于電壓過零時間。

圖4-6 110kV、220kV三相變壓器試驗接線

 (4)具體的安全注意事項可參見《DL 474.6-1992導則》。
    二、實例說明
    1、實例1-1 試驗變壓器的選擇
    某變電所有二臺變壓器，容量為8000kVA，電壓為35kV。要對其進行工頻交流耐壓試驗，選擇試驗變壓器。已知其高壓對低壓及地(外殼)的電容為7000PF。
    根據《預規》要求：35kV變壓器的定期試驗電壓值按部分交換繞組電壓值，即72kV考慮，交接試驗電壓值按全換繞組考慮，即85kV。按上述計算公式，I＝U_WC_X＝72×10³×314×7000×10^-12＝158×10^-3A，P＝100×10³×158×10^-3＝15.8kVA，選擇100kV原因是考慮到35kV系統的其他高壓設備也可使用。(電流和電壓互感器為72kV，少油斷路器為95kV，絕緣子為100kV，閥式避雷器為50kV，隔離開關為95kV)。
    按上述計算可選取YDJ-20kVA/100kV型試驗變壓器。
    2、實例1-2 避免誤判斷
    一臺三相電力變壓器，容量90MVA，電壓220kV進行操作波感應耐壓試驗。試驗接線如圖4-7所示。

圖4-7 操作波試驗接線圖

 在50%試驗電壓下的電壓波形出現異常，波峰處波形出現一個凹陷，如圖4-8所示。
    分析放電回路，G₁擊穿后，C₁通過R2向C₂、T₃放電，由于T₃中電流不能突變，實際上是C₁向C₂充電，而C₁＞C₂形成波形的上升部分，經T_cr時間后UC₂≈UC₁，并維持大于200μS時間，若球隙G₁間隙調得過大，造成G₁熄弧，熄弧后，C₂向T₃放電，C₂上電壓下降，當UC₁＞UC₂時，G₁又被擊穿，C₁又向C₂，T₃放電，UC₂回升，這就形成波形中的凹陷，最后C₁，C₂共同向T₃放電，形成試驗電壓波形的波尾部分。經調整G₁后，凹陷便消失，避免了誤判斷。

圖4-8 實測操作電壓波形

 3、實例1-3 從波形圖分析故障性質
    對某臺變壓器進行操作波試驗時，在示波圖上出現如圖4-9(a)所示波形，即電壓升至擊穿點后便突然下跌，隨之產生振蕩，而電流則同時突升。這種波形屬于永久性的主絕緣擊穿。
    對另一臺變壓器進行操作波試驗時，電壓波下降后又回升，形成馬鞍形，如圖4-9(a)所示，電流則發生突變和振蕩，此種波形屬于由于油的滅弧作用使故障點絕緣恢復。
    對一臺有金屬性匝間短路變壓器進行試驗時，其電壓幅值由于匝電流去磁作用而降低，同時由于短路點損耗使電容放電加快，波尾部分電壓明顯下凹，而電流則基本不變，第二峰值提前出現(電阻損耗影響)，如圖4-9(c)所示。
    對匝間發生火花放電的情況，由于火花熄滅使電壓下跌又回升，形成一個凹陷，電流在對應點有振蕩，整個波形無明顯變化，如圖4-9(d)所示。

圖4-9 波形圖
(a)主絕緣永久性擊穿波形；(b)擊穿后主絕緣恢復波形；(c)金屬性匝間短路波形；(d)匝間火花放電波形