干式變壓器出廠試驗及故障分析

趙晶

摘 要：本文闡述33KV箱變干式變壓器出廠驗收關(guān)鍵調(diào)試試驗，針對出廠驗收試驗絕緣電阻測量、變壓器變比測量、空載電流和空載損耗的測量、外施壓試驗、感應(yīng)耐壓試驗及耐壓故障進行分析，以試驗故障為例進行分析，為后工程續(xù)驗收提供指導借鑒作用。

關(guān)鍵詞：干式變壓器;系統(tǒng)調(diào)試;試驗故障;分析

1 引言

33KV/0.42KV箱變在供配電系統(tǒng)中將上游電網(wǎng)33KV的電力通過變壓轉(zhuǎn)換成0.42KV的廠用電，供配電柜分配給各個負荷使用。在變壓器組裝出廠前、現(xiàn)場安裝完成后，都需根據(jù)設(shè)計參數(shù)，進行試驗，方可交接使用。本文主要針對采購TR0箱式變壓器為例，針對變壓器工廠出廠驗收試驗環(huán)節(jié)進行介紹和闡述，確保干式變壓器的具備良好的特性，滿足設(shè)計需求及出廠條件，為現(xiàn)場試驗提供參考和建議。

2 TR0箱式變壓器原理及測試試驗

2.1 TR0箱式變壓器配電系統(tǒng)原理

33KV TR0箱式配電系統(tǒng)變壓器選用干式變壓器SCB10-1250/Dyn11 33KV±2*2.5%/0.42，為33套營房片區(qū)、95號營房片區(qū)、安保營地、污水處理站、3#門供電，上游對接33KV電網(wǎng)，下游對接配電柜（見圖2.1.1）：

—正常供電回路：供電順序為外部33KV電網(wǎng)→變壓器→配電柜;

—應(yīng)急供電回路：供電順序為柴油發(fā)電機→配電柜。

2.2 TR0箱式變壓器試驗確定

根據(jù)國標GB1094《電力變壓器》標準，確定變壓器例行試驗的種類，本文以箱式TR0變壓器（33KV、干式Dyn11、1025KVA、）為例，確認的主要例行試驗包括：

（1）繞組電阻測量

（2）電壓比測量

（3）短路阻抗和負載損耗的測量

（4）空載電流和空載損耗的測量

（5）絕緣電阻測試

（6）外施耐壓試驗

（7）感應(yīng)耐壓試驗

由于沖擊性試驗對變壓器本體具有破壞性，所以本次試驗未選擇雷電沖擊全波試驗、操作沖擊試驗等。

3 變壓器主要試驗項目

3.1 絕緣電阻測試

3.1.1 措施及關(guān)鍵點

（1）試驗時務(wù)必分兩個時間段測量絕緣電阻：第一次為耐壓前，其目的是為了確保其絕緣值滿足耐壓試驗要求;第二次為耐壓后，其目的是為了檢查在耐壓試驗后對其絕緣未造成破壞。

（2）如果變壓器在運輸過程中或施工現(xiàn)場遭受異常潮濕發(fā)生凝露現(xiàn)象，無論其絕緣電阻如何，在其進行耐壓試驗或投入運行前必須進行干燥處理。

（3）若測得數(shù)值不符合相應(yīng)標準，應(yīng)慎重復(fù)試，查找原因，復(fù)試仍不合格，則判定該產(chǎn)品絕緣特性不合格。

3.2電壓比試驗

3.2.1 測試內(nèi)容

本測試選用在額定電壓33KV附近選取5次不同電壓的情況下測量各相間高壓繞組電壓、低壓繞組電壓的比值，其比值大小。

3.2.2 測試原理

變壓器空載變比測試可忽略損耗和漏磁，測試變壓器的電壓比即可簡化為感應(yīng)電勢與匝數(shù)成正比。

K12=U1/U2 ≈ E1/E2 =N1/N2

3.2.3 測試結(jié)果及數(shù)據(jù)判定

根據(jù)測量數(shù)據(jù)要求，空載電壓比的允許偏差值：

主分接： a：規(guī)定電壓比的±0.5%;

b：實際阻抗百分數(shù)的±1/10;

取a， b的最小者。

其他分接：取a， b的最小者。

3.3空載損耗及空載電流試驗

3.3.1測試內(nèi)容

通過給變壓器任一側(cè)繞組施加額定頻率正弦波的額定電壓，其他繞組全部開路的情況下，測量變壓器空載損耗和空載電流。

3.3.2測試原理及步驟

本節(jié)主要從變壓器的低壓側(cè)繞組施加50HZ近似正弦波形的額定電壓33KV，設(shè)置其他繞組全部為開路，主要測量磁通在鐵芯硅鋼片中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。

空載損耗計算方法：

Po = Po - Pwn - Ps

上述式中，對于PWV 與PS 不超過實測損耗的2% 的中小型和大中性變壓器，則兩者可以忽略。

即 ? P0 ≈ P0

空載電流計算方法

空載電流由有功分量和無功分量組成

空載電流有功分量：

空載電流無功分量：

3.3.4 措施與關(guān)鍵點

（1）試驗過程中所施加的三相電源電壓應(yīng)該是對稱平衡的，即負序電壓分量不超過正選電壓分量的5%，施加電壓波形應(yīng)近似正弦波形和額定頻率，其正弦曲線振蕩值不得超過5%。

（2）在空載試驗中，如果空載電流增大或者不合格，一般要找引起空載損耗增大的原因。

3.4交流耐壓試驗

3.4.1測試內(nèi)容

測量35KV干式變壓器接線端高壓側(cè)對低壓側(cè)+地、低壓側(cè)對高壓側(cè)+地的耐壓強度。

3.4.2試驗設(shè)備、儀器、儀表選型

（1）試驗變壓器的選取

※試驗變壓器的額定高壓，大于試品的最大試驗電壓，即大于70KV。

※額定電流應(yīng)大于試驗時的最大電容電流，即所試驗容量

輸出波形盡可能為正弦波。

（2）所選用配套設(shè)備的電壓表、電流表其準確度不低于0.5級。

（3）采用感應(yīng)分壓器，可輸出較好的電壓波形。

3.4.3原理接線圖及步驟

（1）外施耐壓試驗部位及其接線方法

（2）試驗步驟

-高壓側(cè)耐壓：

合閘電壓低于干式變壓器耐受電壓（或規(guī)定的最高試驗電壓）的1/3，可靠接地，高壓相對地電壓加至70KV進行耐壓，耐壓時間60秒。

-低壓側(cè)耐壓

合閘電壓低于干式變壓器耐受電壓（或規(guī)定的最高試驗電壓）的1/3，可靠接地，低壓相對地電壓加至3KV進行耐壓，耐壓時間60秒。

耐壓試驗合閘后，逐步升高電壓值至耐受電壓的70%，升壓速度取每秒5%-10%，再后升壓速度按照每秒2%-3%升壓值值耐受電壓的100%。在整個升壓過程中，隨時觀察儀表及變壓器異常的異?，F(xiàn)象，變壓器自身是否發(fā)出放電聲音。

在耐受電壓時間（60秒）到達時，立刻降低電壓。降壓速度可按照設(shè)備最大降壓速度計，但不可以立刻分閘。當電壓降至1/3耐受電壓時，可以分閘斷電。

3.4.4措施及關(guān)鍵點

（1）試驗變壓器外殼必須可靠接地。每次耐壓測試結(jié)束后，首先對變壓器本體放電，才可接觸。

（2）試驗時，試驗時儀表指示都發(fā)生變化（其中電流表指示增大或減?。?，并聽到變壓器內(nèi)部有放電聲，則該干式變壓器沒有通過試驗，必要時拆開檢查。

（3）在升壓、耐壓和降壓過程中，若聽到較大的放電聲，同時電壓指示變化明顯，電流表指示變化明顯，應(yīng)立即分閘斷電，以避免故障擴大。

（4）異常分閘斷電后，對問題要進行分析和報告，才能根據(jù)研究結(jié)果進行再試驗。正常分閘斷電后，還要對試品進行檢查，對試驗記錄進行核對，確認無誤后潛在，表示試驗工作結(jié)束。

（5）如果儀表是指變化不明顯，但變壓器內(nèi)部出現(xiàn)情隨的放電聲，類似于炒豆聲音，這時就要重新復(fù)試判斷。當復(fù)試放電聲消失，則判斷干式變壓器通過試驗;當復(fù)試時放點不消失，則該干式變壓器沒有通過試驗，必要時拆開檢查。

（6）施工現(xiàn)場外施工頻耐壓試驗SAT ，試驗電壓為出廠試驗電壓的85%。

3.5 感應(yīng)耐壓試驗

3.5.1測試內(nèi)容

試驗變壓器的縱絕緣（繞組匝間、層間、段間）和相間絕緣，對于分級絕緣的變壓器用來驗證變壓器每個線端和他們鏈接的繞組對地及其他繞組的耐受強度以及相間和被試繞組縱絕緣的耐受強度。

3.5.2 原理及步驟

從試驗經(jīng)濟型的角度出發(fā)，本次感應(yīng)電壓選為兩倍的額定電壓、三倍的工頻進行試驗。

（1）感應(yīng)電壓、頻率的確定：

試驗采用兩倍額定電壓的辦法來考核繞匝間、層間和相間對地的絕緣。

若考慮工頻耐壓f=50HZ試驗不可取，因為鐵心磁通極度飽和，I0急劇增長超過額定電流，則需要很大的試驗電源。

由公式可知

E = 4.44 × f × W × B × S

從上式可知，磁通密度保持不變，增加1倍電壓，則頻率增加1倍。

本次變壓器感應(yīng)試驗，考慮到試驗電源的容量，建議試驗變壓器可施壓2倍額定電壓，頻率f=150HZ、使磁密大大降低，I0大大減小。

試驗時間的確定：

t = 60 ×

（2）試驗步驟

接線完畢后，所有人員遠離試驗區(qū);試驗員鳴笛后合發(fā)電機啟動、運行開關(guān);調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁，給試品升高電壓。當電壓升至75%應(yīng)試電壓時，應(yīng)按2%的速率;升至100%應(yīng)試電壓時，應(yīng)立即用秒表計時。在其持續(xù)時間過程中，如果電壓波動在±3%范圍內(nèi)，可不再調(diào)整電壓，待持續(xù)時間達到預(yù)定時間，立即開始降壓，迅速降至最小。電動滅磁，跳閘，鳴笛，該變壓器試驗完畢。

4 故障分析

4.1 工頻耐壓放電故障分析

本次測試實驗SCB10-1250/33干式變壓器，電壓為33KV±2*2.5%/0.42，聯(lián)接組別為Dyn11， 當天測試溫度26°，濕度70%，工頻耐壓試驗時，電壓升值70KV，耐壓時間持續(xù)40S時，高壓C相上端內(nèi)側(cè)對低壓側(cè)和地存在放電現(xiàn)象，電壓下降，放電現(xiàn)象消失。在對變壓器內(nèi)部高低壓繞組紅色橡膠內(nèi)壁、鐵軛進行表面清潔處理，工頻耐壓復(fù)試，電壓升值70KV，持續(xù)44S時，高壓C相上端內(nèi)部放電現(xiàn)象。由于當天濕度較大，變壓器存放干燥，第二天針對放電點貼附環(huán)氧樹脂DMD絕緣材料，提升高低壓冊之間的絕緣強度，再次進行工頻耐壓試驗，電壓升至70KV時，經(jīng)過60s，無放電現(xiàn)象，工頻耐壓試驗合格。

4.2 原因分析

（1）對線圈及以下鐵軛用吹風機干燥處理，耐壓水平可以提高，查看試驗濕度為70%，濕度相對較大。線圈端部表面可能受潮。

（2）試驗過程中，第一次耐壓70KV時，變壓器可以聽到較大靜電聲，

在吹掃后的耐壓試驗中，變壓器靜電聲大大減小。

（3）根據(jù)2次耐壓試驗，放電位置相同。經(jīng)過仔細查看，該放電位置為C相高壓側(cè)上端內(nèi)部，內(nèi)部有半個米粒大小的小凹槽。后續(xù)貼附環(huán)氧樹脂DMD絕緣材料，增加了絕緣強度，通過試驗。

（4）測量低壓線圈絕緣為20mm，高壓側(cè)樹脂SH30mm，空氣間隙120mm，主通道75mm。對絕緣墊塊、線圈高度、鐵心等部件尺寸進行測量符合圖紙要求，尺寸在合格的偏差范圍內(nèi)。

根據(jù)以上四點分析，濕度偏大、變壓器高壓線圈內(nèi)側(cè)線圈、鐵軛處灰塵較多，變壓器高壓線圈內(nèi)側(cè)不夠平滑造成的耐壓放電。

4.3 采取措施

（1）試驗前選擇合適的天氣，空氣濕度最大不得超過80%。

（2）保持干式變壓器器身與絕緣外表的清潔，保持電氣連接部件緊固。

（3）如果高低壓線圈端面到鐵軛的絕緣距離偏小，造成工頻耐壓放電，建議直接反饋廠家、要求線圈結(jié)構(gòu)改進，盡量增加絕緣距離至滿足要求。

（4）如果線圈內(nèi)側(cè)表面出現(xiàn)尖角或者凹槽需要反饋廠家具體信息，經(jīng)廠家同意可對原澆注樹脂內(nèi)側(cè)增加環(huán)氧樹脂DMD絕緣材料，彌補高壓線圈內(nèi)部不平，增加抗絕緣性。

5 結(jié)論

通過對33KV箱變干式變壓器出廠驗收完成的關(guān)鍵試驗，進行了試驗絕緣電阻測量、變壓器變比測量、空載電流和空載損耗的測量、外施壓試驗、感應(yīng)耐壓試驗等主要試驗，根據(jù)試驗過程故障分析結(jié)果和實際排除情況，總結(jié)出廠驗收試驗控制關(guān)鍵事項和故障排除措施，為指導后續(xù)項目，具有借鑒作用。

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（中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司，廣東 惠州 516269）