電力變壓器電氣高壓試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)分析

王娟揚(yáng)

中譽(yù)設(shè)計(jì)有限公司 廣東佛山 528200

作為輸電系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備，為了保證質(zhì)量，每個(gè)交流電源變壓器出廠前都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，溫升測(cè)試可以驗(yàn)證變壓器冷卻系統(tǒng)是否能釋放最大損耗產(chǎn)生的熱量，并確定指定狀態(tài)下線軸、油箱和結(jié)構(gòu)件的溫度升高參數(shù)。該試驗(yàn)?zāi)壳罢谥鸩竭M(jìn)行，作為變壓器出廠試驗(yàn)中的一個(gè)例行試驗(yàn)項(xiàng)目，考慮到變壓器本身運(yùn)行的特點(diǎn)，具體試驗(yàn)方法與普通變壓器仍有許多不同之處。本文闡述了輸電變壓器與普通電力變壓器的異同，介紹輸電變壓器溫升試驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果，重點(diǎn)闡述了總損耗的應(yīng)用、線圈溫升的計(jì)算和時(shí)間常數(shù)的確定

1 電力變壓器概述

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的高壓輸電設(shè)備，能夠根據(jù)需求有效地改變電壓大小，適應(yīng)不同類(lèi)型的電流，以實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換目標(biāo)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，并促進(jìn)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。變壓器可以通過(guò)降低電力系統(tǒng)中的電壓傳輸過(guò)程中的電流來(lái)降低電力損耗，保證電力傳輸經(jīng)濟(jì)合理性，也可以將高電壓通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)楦骷?jí)用戶所需電壓，滿足用戶需求。根據(jù)不同電氣系統(tǒng)之間要轉(zhuǎn)換的電壓強(qiáng)度差異，需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的相應(yīng)參數(shù)選擇具有相同額定容量的變壓器，以便更好地適應(yīng)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行，有效地發(fā)揮變壓器的作用。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展有效地增強(qiáng)了變壓器的綜合實(shí)力，由于環(huán)保理念的不斷完善，環(huán)保型和新工藝材料被廣泛開(kāi)發(fā)應(yīng)用，非晶合金在變壓器生產(chǎn)中被用來(lái)反映環(huán)境保護(hù)概念，同時(shí)有效地提升了牽引性能，目前在電力系統(tǒng)中的變壓器仍然存在許多問(wèn)題，例如在工作期間對(duì)電力消耗的依賴增加，從而降低了工作效率，仍需采取有效措施大力發(fā)展變壓器。

2 電力設(shè)備高壓試驗(yàn)

電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)的目的一是使電氣設(shè)備安全運(yùn)行；二是延長(zhǎng)電氣設(shè)備壽命；三是進(jìn)一步提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，從電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力公司生產(chǎn)的各個(gè)方面來(lái)看，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)至關(guān)重要。高壓試驗(yàn)應(yīng)注意三點(diǎn)：①應(yīng)注意高壓電氣設(shè)備與傳統(tǒng)電氣設(shè)備之間的巨大差異，因此在實(shí)踐中，高壓電氣設(shè)備應(yīng)具有更強(qiáng)的工作能力；②高壓設(shè)備在使用過(guò)程中需進(jìn)行運(yùn)輸維護(hù)，高壓設(shè)備的安全穩(wěn)定性能應(yīng)得到良好保證，保證運(yùn)行安全，因此高壓設(shè)備應(yīng)進(jìn)行絕緣試驗(yàn)；③高壓電氣設(shè)備應(yīng)進(jìn)行出廠試驗(yàn)、移交試驗(yàn)和預(yù)防試驗(yàn)。

3 電力變壓器故障的類(lèi)型

電力變壓器所涉及的領(lǐng)域較廣，并且內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，特別是在設(shè)備運(yùn)營(yíng)階段難以對(duì)其進(jìn)行故障診斷。變壓器本體故障分為內(nèi)、外兩個(gè)部分，對(duì)于內(nèi)部故障而言，主要是指油箱內(nèi)各相繞組間的相間短路、匝間短路以及箱體接地等故障；對(duì)于外部故障而言，常見(jiàn)的是在油箱外部出現(xiàn)套管閃路等故障。按照回路類(lèi)型劃分，故障類(lèi)型一般分為磁路、油路及電路系統(tǒng)故障。按照內(nèi)部構(gòu)成進(jìn)行劃分，可將其分為鐵心、變壓器繞組等類(lèi)型故障。從上述故障類(lèi)型劃分層次來(lái)看，不同類(lèi)型的變壓器故障都會(huì)對(duì)其內(nèi)部絕緣性造成損傷，以致影響到自身的安全特性。實(shí)際運(yùn)行中以變壓器內(nèi)部絕緣減少、內(nèi)部過(guò)熱以及放電等故障表現(xiàn)較為常見(jiàn)。因此，需要對(duì)變壓器故障類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)描述的基礎(chǔ)上，深入探討較為常見(jiàn)的故障類(lèi)型，提出相應(yīng)的防護(hù)措施，保障其安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

4 電力變壓器高壓試驗(yàn)的影響因素

變壓器試驗(yàn)內(nèi)容較為復(fù)雜，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中影響因素較多，一定程度上阻礙試驗(yàn)的順利進(jìn)行，因此必須采取措施減少相關(guān)消極因素對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的影響∶壓力變化速度是一個(gè)較為常見(jiàn)的影響因素，它在電流進(jìn)入變壓器時(shí)引起橫向泄漏電流，可能對(duì)電力造成損害，因此需要在試驗(yàn)前為電流的實(shí)際條件確定適當(dāng)?shù)膲毫ψ兓俣龋源_保電流的適當(dāng)極性防止正負(fù)相吸現(xiàn)象，避免引起電能損耗和電流通過(guò)量的大幅度變化，并需要在試驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)格記錄不同極性條件下?lián)p耗量的變化，提高試驗(yàn)質(zhì)量；在試驗(yàn)過(guò)程中，還應(yīng)注意鐵芯與地面的接觸情況，而且鐵芯與地面不完全接觸也可能影響試驗(yàn)的順利進(jìn)行，因此必須結(jié)合實(shí)際情況采取有效措施。

5 電力變壓器電氣高壓試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)分析

5.1 局部放電測(cè)量

局部放電是指在受電壓影響的電氣設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的某些位置存在非橫向放電，這類(lèi)問(wèn)題集中在導(dǎo)體邊緣、油膜和氣體間隙等區(qū)域，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的變壓器表現(xiàn)更加突出，特別在設(shè)計(jì)水平不合理的情況下，實(shí)際運(yùn)行階段會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)、質(zhì)量下降等因素的影響。進(jìn)而引發(fā)外部應(yīng)用程序產(chǎn)生電壓，最終導(dǎo)致放電問(wèn)題。與此同時(shí)，由于氣體較難排出，局部填埋現(xiàn)象持續(xù)存在，將導(dǎo)致長(zhǎng)期隔離的變壓器設(shè)備嚴(yán)重老化。因此，原有或新建的110kV變壓器上均應(yīng)進(jìn)行局放試驗(yàn)。

5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從各種高壓試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能因變壓器高壓試驗(yàn)過(guò)程的不同而存在差異。因此，測(cè)試儀必須對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析工作，不僅要判斷試驗(yàn)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)果，還需將數(shù)據(jù)信息有機(jī)地與變壓器的具體情況結(jié)合起來(lái)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，判斷電變壓器高壓試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。如在高壓試驗(yàn)中，如果電壓符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)要求，罐殼就會(huì)產(chǎn)生低放電噪聲。此時(shí)，儀表指針保持不變。為了使試驗(yàn)工作順利進(jìn)行，試驗(yàn)者必須根據(jù)具體情況降低電壓值，使實(shí)際操作電壓與試驗(yàn)電壓保持相同，從而可以充分提高試驗(yàn)效率和試驗(yàn)質(zhì)量。

5.3 紅外試驗(yàn)

紅外測(cè)試是在線監(jiān)測(cè)的一部分，它們主要是指變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)遇到的發(fā)熱，變壓器套管的油層由紅外探測(cè)器進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)。具體操作方式如下：①實(shí)施一般監(jiān)視。由于電流的作用，檢測(cè)設(shè)備局部和全局熱的缺陷，對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求不高，主要適用于大面積掃描檢測(cè)環(huán)境。②精確檢測(cè)。檢測(cè)局部電流產(chǎn)生的熱量和電壓產(chǎn)生的熱量，該模式簡(jiǎn)單高效，可以精準(zhǔn)定位設(shè)備的故障位置。

5.4 試驗(yàn)設(shè)備與工頻高壓電分析

對(duì)于測(cè)試設(shè)備的分析和工頻高壓分析工作，具體分析如下：①測(cè)試設(shè)備分析。在高壓試驗(yàn)過(guò)程中，變壓器相關(guān)設(shè)備通電后，驅(qū)動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)會(huì)產(chǎn)生直接影響電壓表精度的動(dòng)作，導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置無(wú)法正常工作。為避免出現(xiàn)這種情況，工作人員應(yīng)在測(cè)試前對(duì)設(shè)備進(jìn)行分析，以確定繼電保護(hù)器是否工作正常。這將有助于準(zhǔn)確判斷電力變壓器是否出現(xiàn)故障。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)電力變壓器油進(jìn)行色譜分析，更換受損部件，直至電力變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。②工頻高壓分析。在進(jìn)行試驗(yàn)工作時(shí)，工作人員要對(duì)工頻高壓電力進(jìn)行了解與綜合分析。如果設(shè)備測(cè)試時(shí)容量過(guò)大，在串聯(lián)諧振設(shè)備中，將產(chǎn)生工頻高壓電力。通過(guò)以上分析基礎(chǔ)，在高壓電氣試驗(yàn)工作中，所選電源應(yīng)保證性能穩(wěn)定，結(jié)合試驗(yàn)的實(shí)際情況，制定有效的試驗(yàn)方案，為聯(lián)合試驗(yàn)工作的部署提供有效的指導(dǎo)。總之，測(cè)試設(shè)備和工業(yè)頻率的高壓分析工作必須做好，才能保證最終測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5.5 換流變壓器與普通變壓器溫升試驗(yàn)區(qū)別分析

與普通電氣變壓器相比，當(dāng)變壓器在溫度升高試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)應(yīng)確定機(jī)油表面溫度，用于模擬其工作狀態(tài)的總損失包括總工作負(fù)荷損失、空負(fù)荷損失和直流磁損失。普通變壓器溫升穩(wěn)定期為3小時(shí)，轉(zhuǎn)換器油面溫升穩(wěn)定期為12小時(shí)；在測(cè)量線圈溫度升高時(shí)，必須將傳遞變壓器電流降低到等效電流，而不是額定電流；在同一批電壓水平相同的電流互感器中，通常選用設(shè)備對(duì)銘牌容量下的溫升進(jìn)行測(cè)試，目前技術(shù)協(xié)議通常規(guī)定為容量的1.05倍。

5.6 噴油前和熱油循環(huán)后絕緣油試驗(yàn)

按照國(guó)標(biāo)GB50150要求在引進(jìn)新油之前共進(jìn)行8次試驗(yàn)，重點(diǎn)是體積電阻率、酸值、接口電壓等。在國(guó)標(biāo)GB50832中，噴油和熱油循環(huán)前后，絕緣油必須符合試驗(yàn)指標(biāo)，即檢測(cè)油中的顆粒含量、濕度、空氣含量試驗(yàn)、爆破應(yīng)力測(cè)量、環(huán)境損耗系數(shù)測(cè)量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，了解熱油循環(huán)運(yùn)行技術(shù)的質(zhì)量，應(yīng)注重濾油和熱油循環(huán)運(yùn)行質(zhì)量控制，并在噴油前后進(jìn)行綜合分析，在設(shè)備注入后的絕緣油試驗(yàn)中，許多高壓工程現(xiàn)階段不進(jìn)行試驗(yàn)操作。在實(shí)際操作過(guò)程中，在向設(shè)備注入絕緣油之前，需要進(jìn)行抽油泵檢查、真空濾清器處理、絕緣油過(guò)濾后以及試驗(yàn)檢測(cè)，充分保證絕緣油的質(zhì)量水平。此外，注油前設(shè)備應(yīng)完全排出殘馀油，進(jìn)行真空干燥，以免在噴油過(guò)程中嚴(yán)重污染絕緣油。注入絕緣油后進(jìn)行熱油循環(huán)處理，循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行絕緣油質(zhì)量檢查。

5.7 高壓試驗(yàn)合適環(huán)境的選擇

高壓電力設(shè)備需要合適的環(huán)境才能正常發(fā)揮作用，所以試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇必須受到重視。試驗(yàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓流量，測(cè)試電力設(shè)備電壓符合實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。此外，應(yīng)當(dāng)深入分析電壓測(cè)試時(shí)每種類(lèi)型變壓器的優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)，綜合評(píng)估選擇最合適的設(shè)備以達(dá)到相關(guān)要求，促進(jìn)測(cè)試的順利進(jìn)行。

5.8 油中溶解氣體色譜分析

變壓器發(fā)生故障前期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中通常會(huì)析出大量氣體，相關(guān)研究結(jié)果表明：不同類(lèi)型故障所析出的氣體也具有較大差異，而通過(guò)分析油質(zhì)中溶解的氣體來(lái)判斷變壓器內(nèi)部故障較為實(shí)用，色譜分析法能夠全面檢測(cè)出溶解的氣體。通常情況下，油浸設(shè)備的檢測(cè)主要使用三比值法、特征氣體法來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，以精準(zhǔn)判斷出變壓器的具體故障類(lèi)型與不足，特別是局部電弧放電、局部放電等問(wèn)題的檢查，都可以使用上述方法進(jìn)行判斷。故障臨近區(qū)域位置的絕緣油分解產(chǎn)生的氫氣、乙炔等雜質(zhì)氣體，就是所指的特征氣體成分，在判斷時(shí)可以通過(guò)氣體含量以及內(nèi)部成分的確認(rèn)，來(lái)精準(zhǔn)判定出故障位置。

6 結(jié)語(yǔ)

高壓試驗(yàn)可為變壓器的運(yùn)行提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，確保變壓器正常運(yùn)行，從根本上提高變壓器的安全性、可靠性和效率，并盡量減少相關(guān)因素對(duì)變壓器的影響。在變壓器高壓試驗(yàn)過(guò)程中，工作人員應(yīng)對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行全面分析，結(jié)合問(wèn)題內(nèi)容和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為變壓器的運(yùn)行提供支撐依據(jù)，確保變壓器可靠穩(wěn)定。為實(shí)時(shí)控制故障因素，預(yù)防故障因素，降低變壓器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高變壓器運(yùn)行效率奠定基礎(chǔ)。