大型變壓器雷電沖擊試驗波形的改善研究

董家明

摘要：隨著基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國電網(wǎng)電力建設(shè)日益完善，不管是經(jīng)營生產(chǎn)還是人們的日常生活對于電力能源的需求不斷增加，在很大程度上也促進(jìn)了電力行業(yè)的迅速發(fā)展。電力系統(tǒng)具有復(fù)雜性與風(fēng)險性特征，而大型變壓器作為電力系統(tǒng)運行過程中極為重要的組成部分，發(fā)揮著突出的作用。文章對大型變壓器雷電沖擊試驗回路中有著較大回路電感具體原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步探究了通過減小試驗回路電感逐步改善雷電沖擊試驗波形的方法。

關(guān)鍵詞：大型變壓器;雷電沖擊;試驗波形;有效方法

前言：在電力系統(tǒng)運行過程中，會存在各種未知的風(fēng)險隱患，其與社會發(fā)展及人們的生活密切相關(guān)，而其中最為核心的電氣元器件便是大型變壓器，雷電沖擊試驗?zāi)軌驅(qū)υO(shè)備安裝質(zhì)量進(jìn)行有效控制，也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。 雷電沖擊試驗一定要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，找到異常超標(biāo)數(shù)據(jù)，第一時間消除風(fēng)險隱患，從而保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1大型變壓器雷電沖擊試驗論述

大型變壓器雷電沖擊試驗的主要目的是為了進(jìn)一步驗證變壓器絕緣性特點，也是關(guān)鍵試驗項目，相關(guān)部門也對雷電沖擊試驗波形制定了嚴(yán)格的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。需將波前時間控制在1.2us±30%u，波前時間峰值為1.56us，波峰處不能大于5%，波尾時間r為50us±20%，也就是波尾時間為40-60s。沖擊試驗電壓并非因雷電過電壓所決定，與避雷器水平密切相關(guān)，雷擊過電壓主要指的是避雷器放電之后雷電留殘壓，同時雷電沖擊試驗波形又可被分為全波與截波兩種。雷電沖擊波主要指的是感應(yīng)雷在架空線路沿著線路相對方向傳遞的沖擊波，沖擊波的傳播速度大約在150m/us，在架空線路中傳播速度為300m/us，不同的沖擊波波形差距也非常大。耐壓試驗過程中，峰值電壓為400-480kV，波長在（40±4）us，大型變壓器繞組等值電容大，因此，波形可以存在比較大的偏差，同時，樣品電感也無法獲取單極性波形，振蕩反峰值要控制在施加電壓值50%以內(nèi)，分析波形過程中，也需要密切注意變壓器出現(xiàn)不過零的情況[1]。

大容量變壓器以及高電壓在雷電沖擊過程中，額定電壓比較高，通常在300kV，甚至是更高，我國許多地區(qū)，高參數(shù)沖擊電壓發(fā)生器，電壓在300kV。渡前電阻尺度比較長，回路變大，也說明電感比較大，高電壓沖擊試驗進(jìn)行過程中，發(fā)生器級數(shù)也很多，并且各級之間不能并聯(lián)運行。所以，沖擊電壓發(fā)生器各級電感相加在60-90H，其次，沖擊電壓發(fā)生器和變壓器兩者之間也有一定距離，一般在10m，從而形成很大的接線回路，其周長在40m以上，外接線路電感超過40H。沖擊試驗回路總電感超過100H，當(dāng)技術(shù)方面無法科學(xué)處理，沖擊試驗回路電感甚至能夠達(dá)到150H[2]。

2雷電沖擊試驗基本原理

變壓器沖擊試驗過程中，可能存在各種未知風(fēng)險與故障，為了進(jìn)一步明確樣品絕緣性有無被破壞，通?？筛鶕?jù)電阻電流以及電壓波形圖做出有效判斷。沖擊電壓波形可由分壓器獲取，電流波形可由示傷電阻獲取，50%電流及電壓波形與全電壓狀態(tài)進(jìn)行綜合對比，比較常用的方法為，假設(shè)50%的電壓狀態(tài)下的波形為正常狀態(tài)，可根據(jù)波形重合情況判斷變壓器的絕緣性有無遭到破壞[3]。

3大型變壓器雷電沖擊試驗波形的有效改善措施

3.1構(gòu)成沖擊試驗回路電感L的環(huán)節(jié)以及減小電感的詳細(xì)方法

雷電沖擊試驗回路電感則主要含有沖擊電壓發(fā)生器電感與外部回路電感。另外沖擊電壓發(fā)生器也包含了電容器、引線以及波前電阻電感。目前，國內(nèi)大型沖擊電壓發(fā)生器主要使用脈沖電容器，并形成不同級別電容，各級之間采用脈沖電容器進(jìn)行串聯(lián)，并且可產(chǎn)生300kV電壓。在具體試驗過程中，沖擊電壓發(fā)生器主要使用脈沖電容器，其電感在1uH，進(jìn)行串聯(lián)之后，電感可達(dá)到2uH[4]。因為各級電壓比較高，大約在300kV，所以，引線回路長度大約在2.95m，各級引線回路電感在2.95uH。各級波前電阻電感，根據(jù)其實際結(jié)構(gòu)狀況，通常為若干uH。波前電阻電感，經(jīng)過實測可知，但是因為波前電阻殘余電感具體數(shù)值比較小，一般在幾微亨，每級波前電阻值大約在幾十歐。經(jīng)過充電之后，電容器放電過程中，阻尼比較大，不能有效獲取振蕩波形衰減情況，因此不能對波前電阻直接實測。該情況下，應(yīng)當(dāng)使用直徑和波前電阻絲相同的銅線，針對電阻詳細(xì)尺寸，繞制模型電阻。使用充電后的電容器對該模型電阻構(gòu)成的回路進(jìn)行放電，通過高壓脈沖示波器，能夠有效測得不同結(jié)構(gòu)尺寸的波前電阻具體電感[5]。

沖擊試驗外回路電感主要則由波前電阻到變壓器之間的高壓引線、接地回路電感等部分構(gòu)成，這樣的不同邊周長便是外回路長度，依據(jù)1gH/m來進(jìn)行估算是很接近的。試驗過程中，外回路長度在37m，外回路電感估算值在37uH，研究環(huán)節(jié)中，可對外圓路電感進(jìn)一步實測，實測值和估算值非常接近。通過分析不同環(huán)節(jié)電感，想要減小各級引線回路電感、脈沖電容器電感是極其困難的，甚至不可能完成。電容器電感大約只有1uH，想要減小可能性不高，并且其也并非關(guān)鍵問題。常年使用的沖擊電壓發(fā)生器，各級引線長度無法減小，外回路部分，沖擊發(fā)生器和大型變壓器之間的距離通常在15m左右。已經(jīng)完成安裝的沖擊發(fā)生器與產(chǎn)品運輸軌道現(xiàn)場，是無法改變的，在高壓試驗環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)盡可能的縮短兩者之間的護(hù)理，從而達(dá)到減小試驗外回路電感的目的，可能性比較高的便是渡前電阻殘余電感[6]。

3.2減小試驗回路電感對沖擊波形的改善

為了證實通過減小沖擊試驗回路電感，從而對雷電沖擊波形起到良好的改善效果，試驗過程中，在相同的SSZ-180000/220變壓器中，對高壓繞組進(jìn)行試驗研究與對比。在每次試驗過程中，沖擊電壓發(fā)生器都是采用4級串聯(lián)保持運行，并且包括了接地回路等外回路引線，三條邊周長在37m。使用寬30cm、厚1mm的銅帶，對傳統(tǒng)無感結(jié)構(gòu)及新型結(jié)構(gòu)不同波前電阻形成的回路電感進(jìn)行對比，并分析不同阻值情況，以及對沖擊波形產(chǎn)生的影響進(jìn)行了全面測量。R阻值主要指波前電阻串聯(lián)值[7-8]。

對變壓器可能存在的絕緣薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)優(yōu)化，同時使其靜放大約24小時以后，再次試驗，該次試驗結(jié)果與之前的試驗結(jié)果大致是相同的，在完成試驗后，容易出現(xiàn)繞組絕緣短路的情況。其內(nèi)側(cè)出現(xiàn)放電情況。導(dǎo)線質(zhì)量問題都會造成變壓器樣品發(fā)生放電的現(xiàn)象，將放電部分進(jìn)項拆開，并深入分析，2根導(dǎo)線繞組，其都可能會發(fā)生沖擊放電，在之后的試驗過程中，故障還會逐步擴(kuò)大，出現(xiàn)擊穿問題，經(jīng)過查找，能夠及時發(fā)現(xiàn)絕緣層之間無壓疊，導(dǎo)線中無絕緣空隙，受到強(qiáng)壓作用情況是，會導(dǎo)致油隙發(fā)生放電現(xiàn)象，絕緣紙板也會逐漸碳化，發(fā)生短路與擊穿，導(dǎo)線絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生故障，可對高壓繞組導(dǎo)線及時進(jìn)行更換，之后重新完成裝配后，再次進(jìn)行試驗，明確試驗合格率。

結(jié)束語

一直以來，大型變壓器雷電沖擊試驗波形峰值過沖、波前時間都無法符合相關(guān)規(guī)定要求，其中非常重要的一點便是試驗回路電感比較大，繞組電容也明顯較大。雷電沖擊也會對變壓器的正常運行造成不同程度的影響，甚至?xí)ψ儔浩鞯陌踩栽斐捎绊?，但因為電壓等級多樣化，且繞組工藝也復(fù)雜化，類型繁多，變壓器的容量也各不相同，導(dǎo)致雷電沖擊故障判斷及處理方法無標(biāo)準(zhǔn)方法。只有結(jié)合經(jīng)驗，不斷的深入研究，才能夠探索出更好的方法與措施，這也是行業(yè)關(guān)注的焦點。

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