750 kV聯(lián)絡變壓器短時感應耐壓試驗（ACSD）研究

彭朝亮，陳紅日，梁紅勝，胡志武

（國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

根據(jù)GB1094.3-2003規(guī)定，對于Um≥72.5 kV和額定容量為10 000 kVA及以上的變壓器，需進行短時感應耐壓試驗（ACSD）同時監(jiān)視局部放電量，以驗證每個線端連接的繞組對地及對其他繞組的耐受強度以及相間和被試繞組縱絕緣耐受強度[1-2]。隨著變壓器容量和電壓等級的不斷增加，在進行短時感應耐壓試驗（ACSD）試驗時，需要兼顧考核變壓器各線端縱絕緣和相間絕緣強度，明確各線端試驗電壓[3]，確保被試變壓器經(jīng)受正確、合理的試驗考核。

1 750 kV聯(lián)絡變壓器電氣參數(shù)

750 kV聯(lián)絡變壓器作為國網(wǎng)哈鄭特高壓直流輸電工程的關鍵設備之一，高壓側連接主干電網(wǎng)，中壓側連接換流變的網(wǎng)側，將主干網(wǎng)750 kV電能輸送給換流變500 kV網(wǎng)側，也可輸送750 kV電網(wǎng)。

哈鄭直流工程750 kV聯(lián)絡變?yōu)閱蜗嘤徒阶择钭儔浩鳎{(diào)壓方式為中壓變磁通調(diào)壓，采用主體變壓器和調(diào)壓補償變壓器分體結構。調(diào)壓補償變壓器外置，為調(diào)壓變和補償變雙器身，使用有載調(diào)壓分接開關，應用了低壓側電壓補償技術，主要參數(shù)如表1所示。

表1 750 kV聯(lián)絡變壓器主要參數(shù)

進行短時感應耐壓試驗（ACSD）時，在750 kV聯(lián)絡變主變上單獨進行，主變電氣原理結構如圖1所示。

圖1 750 kV聯(lián)絡變主變電氣結構圖

2 試驗方案分析

高壓繞組為中部出線結構。因為中部繞組的額定電壓較高，所以高壓繞組線端A對相鄰中壓繞組最近點（UAm/2處）的電壓降低較多[3]。在中壓繞組首端Am電壓不超過其絕緣水平的情況下，需要注意高壓繞組A端對地電壓超過要求值，如圖2所示。

圖2 直接勵磁及電位分布情況

根據(jù)圖2，750 kV聯(lián)絡變直接勵磁進行短時感應耐壓試驗（ACSD）試驗，在低壓側x1、a1直接加壓，根據(jù)主變電壓組合，當中壓端Am考核電壓達到680 kV時，電壓比為：

式中，kH/L為電壓比，UAk高壓額定電壓，Ua1k低壓額定電壓，kM/L為電壓比，UAmk中壓額定電壓。于是，可得出低壓側及高壓側電壓：

由計算結果可知，當直接在750 kV聯(lián)絡變主變低壓端進行加壓且中壓試驗電壓達到考核標準時，高壓側電壓為981.5 kV，已超出高壓側考核電壓最大值900 kV的極限值。

3 支撐法原理分析

對于獨立三繞組變壓器和自耦變壓器，通常要求中壓繞組線端和高壓繞組線端同時達到試驗電壓。由于直接勵磁法難于滿足，需要借助被試變壓器的其他繞組或一臺輔助增壓變壓器完成短時感應耐壓試驗（ACSD）[4]。支撐法的原理是利用被試繞組感應電動勢相位相同或者相反的其他繞組或輔助變壓器提高或降低被試繞組的對地電位，使其滿足試驗要求[5]。支撐連接電氣圖如圖3所示。

利用被試變壓器低壓繞組a1端與高壓繞組中性點AO1端相連，使整個高壓繞組的對地電位提高Ua1x1，從而將高壓繞組線端對地電壓提高到UA01A+Ua1x1，以滿足線端A對地試驗電壓要求。線端A對地相鄰繞組最近點，即中壓繞組中部的電壓為（UAm+Ua1x1）/2。當中性點絕緣水平較高時，被試變壓器線端對地試驗電壓很容易滿足[6-8]。對相鄰繞組最近點的電壓與被試變壓器的電壓比有關，電壓比大，線端對相鄰繞組最近點的電壓與其相對地電壓差較小，接近滿足試驗電壓的要求[9]。

圖3 中性點電壓支撐法原理圖

圖4 自身電壓支撐原理圖及電位分布

假設被試變壓器兩個自耦連接繞組的額定電壓為Ur1、Ur2，而相應的試驗電壓為U1、U2，則支撐電壓Ut為[10]：

4 試驗計算

考慮750 kV聯(lián)絡變各端子額定電壓等級的區(qū)別，在進行短時感應耐壓試驗（ACSD），為確保中壓端試驗電壓滿足考核要求時，高壓端子避免感應電壓高于要求值，需要根據(jù)750 kV聯(lián)絡變主變電氣結構添加支撐，以滿足短時感應耐壓試驗（ACSD）要求，盡量使各端子試驗電壓達到考核標準。

由第3節(jié)電壓比分析可知，在低壓側直接施加電壓，將導致中壓端Am電壓達到考核值時高壓側A電壓已超出范圍值，可能會損傷變壓器絕緣。為了解決以上問題，根據(jù)750 kV聯(lián)絡變主變自身特點，可在中壓線圈末端即主變中性點端子AO1添加支撐，使主變中壓端子電壓達到最大考核電壓時，由于主變?yōu)樽择钭儔浩鞫袘稊?shù)發(fā)生變化，使得高壓側電壓降低。AO1點電位支撐原理圖如圖5所示。

圖5 低壓支撐AO1點電位原理圖

假設變壓器電壓感應倍數(shù)為K，AO1點支撐電位為Uz，則：

5 試驗驗證

750 kV聯(lián)絡變主變在制造廠進行出廠試驗中進行短時感應耐壓試驗（ACSD），試驗采用200 Hz交流電壓，波形盡可能為正弦波，試驗電壓測量應是測量電壓的峰值除以，電源由高頻發(fā)電機供電，經(jīng)試驗變壓器升壓，由主變低壓端x1、a1加壓，在高壓端A、中壓端Am、低壓端a1分別監(jiān)視局部放電量，試驗接線圖如圖6所示。

圖6 試驗線路圖

當主變低壓繞組支撐中性點AO1時，有：

高壓繞組試驗電壓為900 kV，即：

可知：

由于受到試驗接線線路的影響，經(jīng)多次測量試驗線路校準電壓，測量結果如表2所示。

表2 高、低端電壓比測量結果

測得高壓對低壓變比取平均值k=8.016，則當高壓側電壓達到900 kV時，低壓側實際電壓Ua1和中壓側實際電壓UAm分別實為：

當高壓線端電壓升至試驗電壓時，中壓線端試驗電壓已接近試驗考核電壓。

6 結 論

750 kV聯(lián)絡變在進行短時感應耐壓試驗（ACSD）時，由于試驗項目的重要性和試驗電壓等級高，為盡可能確保每個線端連接的繞組對地、對其他繞組的耐受強度、相間和被試繞組縱絕緣耐受強度，應用中性點支撐法，使聯(lián)絡變高壓及中壓線端均可接近試驗電壓，解決了線端電壓過高和線端試驗電壓未達到試驗電壓的缺點。經(jīng)過試驗計算和試驗驗證，中性點支撐法在750 kV聯(lián)絡變及更高電壓等級自耦變壓器的短時感應耐壓試驗（ACSD）中是有效可行的。由于支撐變壓器的特殊要求，此方案為特高壓大型電力變壓器試驗提供了方便。