現(xiàn)場電力變壓器局放電試驗方法

肖偉寧

摘要：電力變壓器的常規(guī)絕緣試驗很難發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣局部受損或局部匝間短路缺陷問題。測試變壓器的局部放電特性關(guān)健在于檢查變壓器絕緣內(nèi)部是否存在弱點和缺陷。本文根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，給出試驗結(jié)果，簡要介紹電力變壓器現(xiàn)場局部放電試驗方法。

關(guān)鍵詞：變壓器;局部放電

1.前言

電力變壓器作為變電所最重要的高壓電氣設(shè)備，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，如運行發(fā)生故障，其檢修難度大、時間長、經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。隨著電力變壓器電壓等級不斷提高，容量增大，常規(guī)絕緣試驗很難發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣局部受損或局部匝間短路缺陷問題，而進(jìn)行變壓器交流耐壓試驗在一定程度上損傷絕緣，影響到設(shè)備以后的運行性能。因此，通過變壓器的局部放電試驗是檢查變壓器絕緣內(nèi)部是否存在弱點和缺陷的最好方法之一。局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，它是由于設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱點或生產(chǎn)過程中造成的缺陷，在高電場強(qiáng)度作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象，表現(xiàn)為絕緣內(nèi)氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部擊穿或?qū)俦砻娴倪吘壖凹饨遣课粓鰪?qiáng)集中引起局部擊穿放電等。若電器設(shè)備絕緣在運行電壓下不斷出現(xiàn)局部放電，這些微弱的放電將產(chǎn)生累積效應(yīng)會使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致整個絕緣擊穿。電力變壓器主要采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)，由電工紙層和絕緣油交錯組成，大型變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣分布很不均勻，設(shè)計不當(dāng)時容易造成局部場強(qiáng)過高，或由于工藝不良等因素造成內(nèi)部缺陷時，在變壓器內(nèi)部必然會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，并逐漸發(fā)展，最后造成變壓器損壞。

2.變壓器參數(shù)和局部放電試驗前的準(zhǔn)備工作

以廣州220kV科城變電站220kV #1主變局部放電交接試驗為例，介紹現(xiàn)場試驗方法及應(yīng)用情況。

2.1變壓器參數(shù)

變壓器銘牌參數(shù)如表1所示。

2.2試驗條件及準(zhǔn)備工作

① 變壓器真空注油后，靜置時間不小于72小時;

② 局放電試驗前主變的常規(guī)試驗及絕緣油色譜分析試驗均合格;

③ 變壓器繞組變形試驗、交流耐壓試驗均合格，

④ 試驗前，變壓器各側(cè)套管CT二次組短路接地。

⑤ 試驗前，變壓器各側(cè)套管法蘭、散熱器頂端等處排放沉積氣體

⑥ 試驗前，主變220kV、110kV側(cè)引線已拆除并拉開到3至5米及以上的安全距離，且引線通過接地刀閘接地;

⑦ 提供三相380V、300A試驗電源;

⑧ 變壓器10kV側(cè)引線拆除;

⑨ 試驗前，主變分接開關(guān)檔位置于第1分接位置.

3.試驗方法及接線圖

3.1根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》GB 50150-2016要求施加電壓方法應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）應(yīng)在不大于 U2/3 的電壓下接通電源;

2）電壓上升到1.1Um，應(yīng)保持 5min，其中Um為設(shè)備最高運行線電壓的有效值;

3）電壓上升到U2應(yīng)保持 5min;

4）電壓上升到U1，其持續(xù)時間應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第8.0.13條第2款的規(guī)定執(zhí)行;

5）U1到規(guī)定時間后應(yīng)立刻不間斷地將電壓降到U2，當(dāng)Um大于等于 300kV 應(yīng)至少保持 60 min，當(dāng) Um小于 300kV應(yīng)至少保持 30min，同時應(yīng)測量局部放電;

6）電壓降低到1.1Um/√3，應(yīng)保持 5min;

7）當(dāng)電壓降低到 U2/3以下時，方可切斷電源;

8）除 U1的持續(xù)時間以外，其余試驗持續(xù)時間應(yīng)與試驗頻率無關(guān);

9）對地電壓值應(yīng)按下列公式計算：

U 1 = 1. 7Um /√3

視試驗條件而定 = 1. 5Um /√3或 = 1. 3Um /√3

3.2試驗接線根據(jù)《電力變壓器-第3部分-絕緣水平、絕緣試驗和絕緣空氣間隙》GB1094.3的規(guī)定，采用被試變低壓加壓勵磁，對稱加壓接線方式，局部放電試驗接線如圖1所示。

當(dāng)試驗電壓為U3時，被試變壓器低壓側(cè)加壓電壓為：160kV/k1=11.8kV;

分壓器峰值表的讀數(shù)為：11.8 kV;變頻電源輸出11.8kV/50=236V

當(dāng)試驗電壓為U2時，被試變壓器低壓側(cè)加壓電壓為：218kV/k1=16.1kV;

分壓器峰值表的讀數(shù)為：16.1kV;變頻電源輸出16.1kV/50=322V

當(dāng)試驗電壓為U1時，被試變壓器低壓側(cè)加壓電壓為：248kV/k1=18.3kV;

分壓器峰值表的讀數(shù)為：18.3kV;變頻電源輸出18.3kV/50=366V

5.判斷標(biāo)準(zhǔn)

5.1 根據(jù) 《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》GB 50150-2016中第 8.0.14條款：繞組連同套管的長時感應(yīng)電壓試驗帶局部放電測量（ACLD）時

（一）、電壓等級 220kV 及以上變壓器在新安裝時，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場局部放電試驗。電壓等級為 110kV 的變壓器，當(dāng)對絕緣有懷疑時，應(yīng)進(jìn)行局部放電試驗;

（二）、局部放電測量應(yīng)符合下列規(guī)定：

① 在施加試驗電壓的整個期間，應(yīng)監(jiān)測局部放電量;

② 在施加試驗電壓的前后，應(yīng)測量所有測量通道上的背景噪聲水平;

③ 在電壓上升到U2及由U2下降的過程中，應(yīng)記錄可能出現(xiàn)

的局部放電起始電壓和熄滅電壓，應(yīng)在1.1Um/√3 下測量局部放電視在電荷量;

④ 在電壓U2 的第一階段中應(yīng)讀取并記錄二個讀數(shù)，對該階段不規(guī)定其視在電荷量值;

⑤ 在施加U1期間內(nèi)可不給出視在電荷量值;

⑥ 在電壓U2 第二個階段的整個期間，應(yīng)連續(xù)地觀察局部放電水平，并應(yīng)每隔 5min 記錄一次。

（三）、長時感應(yīng)電壓及局部放電測量試驗合格，應(yīng)符合下列規(guī)定：

① 試驗電壓不應(yīng)產(chǎn)生忽然下降;

② U2 = 1. 5Um /√3 下的長時試驗期間，局部放電量的連續(xù)水平不應(yīng)大于 500pC 或在 U2 = 1. 3Um /√3下的長時試驗期間，局部放電量的連續(xù)水平不應(yīng)大于 300pC;

③ 在U2 下，局部放電不應(yīng)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，偶然出現(xiàn)的較高幅值的脈沖可不計人;

④ 在 1. 1Um /√3下，視在電荷量的連續(xù)水平不應(yīng)大于 100pC

（四）、因此滿足下列要求時，則試驗合格：

（1）試驗電壓不產(chǎn)生突然下降;

（2）被試變壓器在1.1 Um/√3試驗電壓下，高、中壓線端視在放電量的連續(xù)水平不大于100pC。

（3）被試變壓器在1.5 Um/√3試驗電壓下，高、中壓線端視在放電量的連續(xù)水平不大于500 pC。

（4）在1.5 Um/√3試驗電壓下，局部放電不呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢;

（5）該變壓器通過了1.7Um/√3電壓下的感應(yīng)耐壓。

（6）局放試驗后的油色譜分析結(jié)果合格，并與局放試驗前的分析結(jié)果無明顯差異。

6.試驗步驟

① 在試驗準(zhǔn)備過程中，短接套管式CT二次端子，將試驗設(shè)備吊裝擺放到位;

② 按照試驗接線圖完成試驗接線，并保證各高電壓引線的電氣距離，連接勵磁變壓器和被試變壓器低壓套管的導(dǎo)線應(yīng)用絕緣帶固定，防止擺動;

③ 試驗接線檢查，確保設(shè)備接地良好，各引線連接良好、牢靠，表計倍率正確，變頻電源散熱風(fēng)口均已打開;

④ 從被試變高壓側(cè)注入標(biāo)準(zhǔn)方波信號進(jìn)行校準(zhǔn)（校準(zhǔn)按多端測量、多端校準(zhǔn)的方式進(jìn)行，在各端頭分別注入500pC標(biāo)準(zhǔn)信號量）;

⑤ 觀測背景放電量水平、波形特點、相位等情況并進(jìn)行紀(jì)錄。如背景放電量值較大（接近或超過局放規(guī)定值），需查明原因并進(jìn)行處理，確保背景小于規(guī)定值;

⑥ 現(xiàn)場試驗負(fù)責(zé)人復(fù)核安全措施及試驗接線，確保安全措施到位且接線無誤后下令升壓校核電壓比;

⑦ 變頻電源操作人員接到試驗負(fù)責(zé)人指令，先調(diào)頻、回路無異常則開始升壓;核實各部位電壓變比關(guān)系正常后，降壓至零，并切斷試驗電源，拆除校驗裝置。

⑧ 現(xiàn)場試驗負(fù)責(zé)人復(fù)核試驗接線無誤后，再次升電壓，開始測試。升壓至1/3-1/2試驗電壓，觀測局部放電量有無異常，有則必須查明原因。觀察電容分壓器及各表計數(shù)值顯示是否正常;

⑨ 按照加壓程序給被試變壓器加壓，測試并紀(jì)錄局部放電起始電壓、局部放電熄滅電壓、各階段局部放電量等數(shù)值;

⑩ 試驗結(jié)束后，迅速降低試驗電壓，當(dāng)電壓降至U2/3以下時，可切斷電源;

11 在拆除試驗接線時，嚴(yán)格按照停電、驗電、掛接地線步驟進(jìn)行，防止殘余電荷電擊傷人;

12 試驗結(jié)束后取油樣進(jìn)行色譜分析。

7.試驗程序

（1）試驗加壓程序如圖2。

試驗分別對高壓繞組A、B、C相及中壓繞組Am、Bm、Cm相進(jìn)行試驗。

C=120 ×額定頻率/試驗頻率（秒），但不少于15秒;

U1=1.7Um/√3;U2=1.5 Um/√3;U3=1.1Um/√3;Um=252kV;

高壓側(cè)試驗時Um=253kV，U1=248kV，U2=218kV，U3=160kV，試驗頻率為142 Hz，C=120×額定頻率/試驗頻率=45（s）。

中壓側(cè)試驗時Um=121kV，U1=118.8kV，U2=104.8kV，U3=76.8kV，試驗頻率為142Hz，C=120×額定頻率/試驗頻率=45（s）。

（2）高壓線端的視在放電量測量數(shù)據(jù)如表3。

（3）中壓線端的視在放電量測量數(shù)據(jù)4如表所示。

8.總結(jié)：

現(xiàn)場試驗的經(jīng)驗表明，在變壓器所有交接試驗項目中，局部放電測量是難度最大，考核最嚴(yán)格。是對變壓器內(nèi)部絕緣缺陷反應(yīng)靈敏的試驗，是衡量電力變壓器質(zhì)量的重要檢測手段，局放電試驗的開展，促進(jìn)了電力變壓器的設(shè)計、制造和安裝工藝質(zhì)量水平得到很大的提高.為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，提供堅實的基礎(chǔ)和保障。目前，隨著局放電試驗對變壓器內(nèi)部絕緣缺陷檢測靈敏性得廣泛認(rèn)可，相信局放試驗將在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中扮演越來越重要角色.因此，在現(xiàn)場變壓器局部放電的試驗中，我們需要做的就是選取合適的試驗條件，試驗內(nèi)容和試驗方法，注意試驗中的安全設(shè)置，以確保試驗?zāi)軌驁A滿順利的進(jìn)行，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而科學(xué)的判斷變壓器的整體性能，提升變壓器的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：廣州南方電力技術(shù)工程有限公司）