大型電力變壓器損耗帶電測(cè)試技術(shù)研究

郭景文

摘要：昀近這幾年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，耗電量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，人們對(duì)電力能源的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)。電力變壓器作為電網(wǎng)核心設(shè)備之一，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，對(duì)運(yùn)行中的變壓器的健康狀況進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行是非常有意義的。空載和負(fù)載損耗是變壓器的兩個(gè)重要參數(shù)，既可以反映變壓器在實(shí)際運(yùn)行中的效率，在一定程度上又能反映其鐵心和繞組的狀態(tài)。傳統(tǒng)變壓器離線損耗測(cè)試需要把變壓器停運(yùn)進(jìn)行空載和短路試驗(yàn)，影響供電的連續(xù)性。離線試驗(yàn)時(shí)，變壓器電壓、電流和其內(nèi)部磁路、溫度和運(yùn)行時(shí)不同，不能反映其運(yùn)行的真實(shí)情況。且大型變壓器損耗測(cè)試對(duì)試驗(yàn)電源容量要求高，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有諸多困難。因此，開(kāi)展變壓器損耗的帶電測(cè)試技術(shù)研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞：大型電力變壓器;損耗;帶電測(cè)試技術(shù)

引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的任務(wù)，隨著國(guó)網(wǎng)公司狀態(tài)檢修的深入開(kāi)展，對(duì)變壓器帶電運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)提出了更高要求。狀態(tài)檢修可以在設(shè)備不停電的情況下及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些早期潛伏性缺陷，節(jié)約了時(shí)間成本，減少了停電損失和維護(hù)費(fèi)用。由于變壓器故障大多是由于絕緣中局部放電引起，因此針對(duì)變壓器的帶電檢測(cè)工作主要是變壓器局部放電的檢測(cè)。

1局部放電機(jī)理

局部放電是指在絕緣介質(zhì)電極間發(fā)生且未擊穿整個(gè)絕緣介質(zhì)的放電現(xiàn)象。局部放電通常發(fā)生在絕緣介質(zhì)局部電場(chǎng)畸變嚴(yán)重或電場(chǎng)強(qiáng)度較高，且介質(zhì)絕緣強(qiáng)度較低的絕緣介質(zhì)的表面、內(nèi)部或兩種絕緣介質(zhì)的交界面。

常見(jiàn)局部放電現(xiàn)象主要包括：絕緣介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)的擊穿;高場(chǎng)強(qiáng)條件下絕緣固體或液體介質(zhì)內(nèi)部的局部擊穿;光滑金屬表面的邊緣，毛刺，附著顆粒物等部位由于局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)于集中造成的局部絕緣介質(zhì)擊穿的放電現(xiàn)象等。

通過(guò)局部放電原理及試驗(yàn)室試驗(yàn)得出產(chǎn)生局部放電的條件主要有以下兩點(diǎn)：

均勻強(qiáng)電場(chǎng)或稍不均勻電場(chǎng)條件下，絕緣強(qiáng)度不夠的絕緣介質(zhì)內(nèi)部或表面，如固體絕緣介質(zhì)中的空腔，裂隙;液體、膠體（液溶膠）絕緣介質(zhì)中的氣泡，或不同絕緣介質(zhì)間存在的弱絕緣強(qiáng)度介質(zhì)。

不均勻電場(chǎng)或及不均勻電場(chǎng)條件下，在導(dǎo)體邊緣、尖端等電場(chǎng)集中的部位或受損的絕緣介質(zhì)表面，如帶電金屬構(gòu)件邊緣，尖角，毛刺，或直徑過(guò)細(xì)的導(dǎo)線表面等。

2大型電力變壓器損耗帶電測(cè)試技術(shù)

所研制的系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)室抗干擾測(cè)試后，信號(hào)采集器可以穩(wěn)定正常工作。設(shè)備在計(jì)量檢定中心進(jìn)行了測(cè)量檢定，結(jié)果表明，測(cè)量空載電流專(zhuān)用的 3路電流信號(hào)通道的準(zhǔn)確度等級(jí)為 0.1級(jí);負(fù)載損耗測(cè)量的 9路電壓信號(hào)通道和 9路電流信號(hào)通道的準(zhǔn)確度等級(jí)為 0.2級(jí)，符合設(shè)定目標(biāo)。昀后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器進(jìn)行了空載和負(fù)載損耗帶電測(cè)試。

2.1空載損耗帶電測(cè)試

根據(jù)變壓器銘牌信息可知，待測(cè)變壓器為 110kV三相三繞組變壓器，額定容量為 40000kV·A，空載損耗為 30.381kW，空載電流為 0.19%。空載損耗測(cè)量利用高精度電流采集器測(cè)量空載電流，從高壓側(cè)母線電壓互感器測(cè)量高壓繞組電壓。測(cè)試前將變壓器三側(cè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，打開(kāi)變壓器高壓側(cè) A、B、C三相套管引流線接線板，將三支高精度空載電流互感器分別套在三相套管導(dǎo)電桿上，然后恢復(fù)引流線連接，打開(kāi)電流互感器電源開(kāi)關(guān)。將 110kV母線電壓互感器二次側(cè) A、B、C三相電壓信號(hào)接入測(cè)量系統(tǒng)高壓側(cè)電壓端口。上述接線完成后，將變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，合上變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)，使變壓器空載運(yùn)行，開(kāi)始空載損耗測(cè)量。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)束后，斷開(kāi)變壓器高壓側(cè)斷路器，將高壓側(cè)斷路器轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，由操作人員將高精度空載電流互感器取下。測(cè)量得到變壓器空載時(shí)高壓側(cè)的電壓電流信號(hào)后，通過(guò)前述的加窗插值算法對(duì)采集到的離散值進(jìn)行處理，得到電流、電壓信號(hào)的幅值和相位，三組數(shù)據(jù)分散性小，進(jìn)一步印證了本文算法的精確性。根據(jù)空載運(yùn)行時(shí)的電壓和電流信息，可計(jì)算得到空載損耗的結(jié)果，可以看出，C相的空載損耗比其他兩相略大，但差別不大，變壓器三相都處于正常工作狀態(tài)。該變壓器空載損耗實(shí)測(cè)值為

32.64kW、33.18kW和 33.66kW?？蛰d損耗平均值為 33.16kW。該變壓器空

載損耗銘牌值為 30.381kW，實(shí)測(cè)值與銘牌值的相對(duì)偏差為 9.15%。110kV的電力變壓器，相對(duì)地的額定電壓為 63.51kV，測(cè)量時(shí)的實(shí)際電壓為

67.3kV。根據(jù)之前的分析，變壓器的空載損耗主要與電壓相關(guān)，由于帶電測(cè)量時(shí)電壓比離線測(cè)量時(shí)的電壓高，所以測(cè)得的空載損耗比銘牌標(biāo)注的要大。

2.2負(fù)載損耗帶電測(cè)試

試驗(yàn)在變電站室內(nèi)進(jìn)行，變壓器運(yùn)行時(shí)的電壓電流信號(hào)由計(jì)量屏得到。計(jì)量屏中的三相電流和電壓信號(hào)，按照高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)分別連入變壓器損耗測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)變壓器損耗測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)理和采集，得到的電流和電壓信號(hào)經(jīng)由串口通信傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)電壓電流信號(hào)進(jìn)行分析和負(fù)載損耗計(jì)算。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，變壓器低壓側(cè)未連接負(fù)載，處于空載狀態(tài)，只有高壓側(cè)和中壓側(cè)有功率的流動(dòng)。從帶電測(cè)試結(jié)果中可以得出，在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，由于測(cè)量時(shí)間較短，變壓器負(fù)載變化不大，其負(fù)載損耗也沒(méi)有明顯變化。變壓器基本處于三相平衡的狀態(tài)。將變壓器每一相的負(fù)載損耗進(jìn)行對(duì)比，可以看出 B相的負(fù)載損耗較大，但在合理范圍內(nèi)。B相負(fù)載損耗大，有可能是由于 B相變壓器位于 A相和 C相中間，散熱沒(méi)有兩邊的 A相和 C相好，導(dǎo)致 B相變壓器內(nèi)部溫度稍高，損耗較大。變壓器三相負(fù)載總損耗三次測(cè)量值分別為 317.32kW、321.31kW和 311.92kW。負(fù)載損耗測(cè)量平均值為 316.85kW。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，高壓側(cè)連接系統(tǒng)電源，中壓側(cè)連接負(fù)載，低壓側(cè)無(wú)負(fù)載。根據(jù)變壓器銘牌上的負(fù)載損耗信息，高壓側(cè) 中壓側(cè)的負(fù)載損耗為 684.3kW，如果按照測(cè)量時(shí)的負(fù)荷情況進(jìn)行折算，則負(fù)載損耗為 348.96kW，帶電測(cè)量值與離線測(cè)量折算值相比，偏差為 9.2%。變壓器銘牌上的離線測(cè)得的負(fù)載損耗，是在離線測(cè)量后，將損耗折算到 75℃得到的，而變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部溫度可能比折算溫度高，就會(huì)造成偏差。變壓器運(yùn)行時(shí)，其負(fù)載損耗包括繞組上的銅耗和雜散損耗，雜散損耗與變壓器負(fù)載無(wú)關(guān)，將負(fù)載損耗按照負(fù)載情況進(jìn)行折算，就會(huì)造成誤差。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)變壓器各種局部放電測(cè)量方法的分析和討論，可以發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生不同位置、不同類(lèi)型的局部放電時(shí)，通過(guò)選擇合適的檢測(cè)方法可以對(duì)變壓器的狀態(tài)做出綜合的評(píng)估。同時(shí)，每一種方法都有其優(yōu)越性和局限性，需要多項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)相互配合、綜合分析，才能準(zhǔn)確地對(duì)變壓器狀態(tài)做出判斷，以便加強(qiáng)運(yùn)維，避免發(fā)生事故。

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