500 k V主變壓器繞組及套管絕緣電阻的屏蔽測(cè)量方法

羅贊琛,韋 宇

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司南寧局,廣西 南寧 530021;2.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司百色局,廣西 百色 533000)

0 引言

500 k V主變壓器(簡(jiǎn)稱“主變”)大都為自耦變結(jié)構(gòu)。測(cè)量500 k V主變繞組、套管絕緣電阻,一般拆除主變各側(cè)繞組一次引線,主變外殼及非被測(cè)繞組接地,然后按有關(guān)規(guī)范接入兆歐表測(cè)量。500 k V主變?nèi)萘看?其500 k V、220 k V側(cè)一次引線安裝位置高,引線長(zhǎng)且重,拆除引線的工作量大,且存在恢復(fù)接線時(shí)線夾損壞或接觸不良造成過(guò)熱等風(fēng)險(xiǎn)。

目前有關(guān)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程提出,可開(kāi)展500 k V主變繞組絕緣電阻不拆引線試驗(yàn)方法的研究,并規(guī)定條件成熟者按規(guī)定程序批準(zhǔn)后可采用不拆線的試驗(yàn)方法[1]。文獻(xiàn)[2-4]提出了采用屏蔽法不拆高壓引線測(cè)量變壓器繞組絕緣電阻,但只簡(jiǎn)單論述了其基本方法及優(yōu)缺點(diǎn),未提出如何在屏蔽法的基礎(chǔ)上全面檢測(cè)、判斷變壓器主絕緣性能,未從原理上說(shuō)明數(shù)字兆歐表屏蔽測(cè)量的基本原理。DL/T 1331-2014《交流變電設(shè)備不拆高壓引線試驗(yàn)導(dǎo)則》規(guī)定了330～750 k V自耦變壓器不拆高壓引線進(jìn)行繞組絕緣電阻試驗(yàn)的方法,該方法是現(xiàn)場(chǎng)常用試驗(yàn)方法,但會(huì)造成測(cè)量結(jié)果小于實(shí)際值。

本文首先介紹了2種屏蔽方式的數(shù)字兆歐表的電路結(jié)構(gòu),詳細(xì)闡述了數(shù)字兆歐表屏蔽法測(cè)量主變繞組絕緣電阻的原理。在500 k V主變繞組絕緣電阻試驗(yàn)項(xiàng)目中,基于變壓器主絕緣結(jié)構(gòu),分析了屏蔽測(cè)量主變繞組各部分絕緣電阻的試驗(yàn)方法,提出采用屏蔽法測(cè)量主變繞組各部分絕緣電阻,再輔以其他指標(biāo)進(jìn)行分析、判斷。在500 k V主變套管絕緣電阻試驗(yàn)項(xiàng)目中,闡明了應(yīng)采用屏蔽法準(zhǔn)確測(cè)量套管絕緣電阻。

1 500kV主變繞組絕緣電阻試驗(yàn)方法

1.1 絕緣電阻常規(guī)試驗(yàn)方法

500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)試驗(yàn)主要用于檢測(cè)主變的主絕緣性能,對(duì)變壓器主絕緣的整體絕緣狀況有較高的靈敏性,能有效查出變壓器整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的缺陷,當(dāng)兩極之間的絕緣體呈貫穿性劣化時(shí),絕緣電阻會(huì)明顯降低[5]。

500 k V主變絕緣電阻試驗(yàn)主要測(cè)量其高、低壓繞組對(duì)外殼(地)以及繞組間的絕緣電阻,常規(guī)試驗(yàn)方法見(jiàn)表1[6]。

表1 500 k V主變繞組絕緣電阻常規(guī)試驗(yàn)方法

采用常規(guī)測(cè)量方法時(shí),宜拆除主變各側(cè)一次引線。若不拆除,在進(jìn)行表1的2、3項(xiàng)試驗(yàn)時(shí),主變高、中壓側(cè)的外接絕緣支柱、CVT、避雷器等設(shè)備的絕緣電阻就會(huì)與主變高、中壓繞組對(duì)地絕緣電阻并聯(lián)測(cè)量,導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)偏小,不能真實(shí)反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況。如果試驗(yàn)過(guò)程中空氣濕度偏大,主變高、中壓側(cè)外接設(shè)備的表面泄漏電流會(huì)增大,此時(shí)測(cè)得的絕緣電阻將遠(yuǎn)小于實(shí)際值,甚至可能出現(xiàn)絕緣電阻、吸收比不合格的情況。

1.2 不拆高壓引線試驗(yàn)方法

DL/T 1331-2014提出了330～750 k V自耦變壓器不拆高壓引線測(cè)量繞組絕緣電阻的試驗(yàn)方法:拆除變壓器中性點(diǎn)、低壓繞組一次引線,保留高、中壓繞組一次引線,采用屏蔽法測(cè)量高、中壓繞組與低壓繞組之間的絕緣電阻,同時(shí),宜再采用常規(guī)法測(cè)量高、中壓繞組與低壓繞組及地的絕緣電阻作為參考[7]。

屏蔽法試驗(yàn)接線為:高、中壓繞組與中性點(diǎn)繞組短接后接絕緣電阻測(cè)試儀L端鈕,低壓繞組短接后接絕緣電阻測(cè)試儀E端鈕,絕緣電阻測(cè)試儀G端鈕接地,變壓器的鐵心、夾件及外殼保持在接地狀態(tài)如圖1所示。

圖1 屏蔽法測(cè)量高、中壓繞組與低壓繞組絕緣電阻接線

2 數(shù)字兆歐表屏蔽法測(cè)量方法

2.1 數(shù)字兆歐表基本原理

現(xiàn)場(chǎng)一般使用數(shù)字兆歐表測(cè)量大型變壓器繞組絕緣電阻。數(shù)字兆歐表采用電壓、電流法的測(cè)量原理,主要由直流測(cè)試電源和采樣電路串聯(lián)而成。根據(jù)測(cè)量電源和采樣電路串聯(lián)的相對(duì)位置,數(shù)字兆歐表可分為高電位屏蔽和低電位屏蔽2種組構(gòu)制式[8],目前現(xiàn)場(chǎng)使用的數(shù)字兆歐表大多為高電位屏蔽組構(gòu)制式,2種兆歐表的測(cè)量原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字兆歐表原理

圖2中Us為直流電源電壓,Ra為采樣電路附加電阻,R0為采樣電阻,Rx為被試品絕緣電阻,Ra、R0、Rx的阻值大小關(guān)系為:Ra+R0?Rx(Ra+R0電阻值一般為歐姆級(jí),Rx電阻值為兆歐級(jí)或更大)。數(shù)字兆歐表的測(cè)量回路電流在采樣電阻R0產(chǎn)生電壓U0,通過(guò)U0可衡量被試品絕緣電阻的大小。數(shù)字兆歐表有L、E、G 3個(gè)輸出端鈕,L端輸出負(fù)極高壓。E端輸出正極高壓,因被試品一端常在接地狀態(tài),故測(cè)試過(guò)程中E端鈕一般接地。G端為屏蔽端,因Ra+R0?Rx,對(duì)于高電位屏蔽組構(gòu)制式的兆歐表,G端電位與L端電位一致,對(duì)于低電位屏蔽組構(gòu)制式的兆歐表,G端電位為0。

2.2 數(shù)字兆歐表屏蔽法測(cè)量原理

2.2.1 數(shù)字兆歐表常用屏蔽法

兆歐表具有屏蔽功能,可屏蔽與被試品并聯(lián)且一端接地的雜散電阻。兆歐表屏蔽測(cè)量的常用接線方式為:L端鈕接被試品,E端鈕接地、G端鈕接入雜散電阻內(nèi)部,如圖3所示。如用于屏蔽被試品表面泄漏電流時(shí),可在試品表面加金屬護(hù)環(huán)或用裸導(dǎo)線纏繞后再接入兆歐表G端鈕[9]。

圖3 數(shù)字兆歐表常用屏蔽法接線原理

圖3中,R11+R12為與試品并聯(lián)的雜散電阻,對(duì)于高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表,其電流不會(huì)流過(guò)兆歐表采樣電阻R0,因此R11+R12被屏蔽。對(duì)于低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表,同樣R11+R12被屏蔽。

2.2.2 屏蔽法測(cè)量主變繞組絕緣(不拆高、中壓引線)的試驗(yàn)原理

不拆高、中壓引線,屏蔽法測(cè)量主變高、中壓繞組與低壓繞組之間絕緣電阻(圖1)的等效電路如圖4所示。圖4中R＇x為主變高、中壓側(cè)外接設(shè)備的絕緣電阻。

圖4 屏蔽法測(cè)量主變繞組絕緣電阻(不拆高、中壓引線)試驗(yàn)原理

高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表:兆歐表G端鈕接 地,則R0+Ra與R＇x并 聯(lián),UL=US,因R0+Ra?R＇x及Rx,工程上 可 認(rèn) 為:則同理可認(rèn)為=0,故UL=0,因此無(wú)試驗(yàn)電流流過(guò)R＇x,主變高、中壓側(cè)的外接設(shè)備絕緣電阻被屏蔽。

低電位屏蔽組構(gòu)制式數(shù)字兆歐表:兆歐表G端鈕接地,R＇x與Ra+R0+Rx為相互并聯(lián)的2個(gè)支路,故R＇x支路的電流不會(huì)流入Ra+R0+Rx支路,R＇x被屏蔽。

需要說(shuō)明的是,目前有部分低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表(如AI-6000 M型介質(zhì)損耗儀附帶的數(shù)字兆歐表),只有2個(gè)輸出端鈕,一端為高壓輸出端(L端),另一端電位為0(E端),儀器內(nèi)部R0與電源正極之間位置接地,即“G”端在儀器內(nèi)部接地。這類儀器也可以實(shí)現(xiàn)屏蔽法測(cè)量主變繞組絕緣電阻(不拆高、中壓引線),其測(cè)量原理與圖4(b)一致。

3 主變繞組絕緣電阻屏蔽測(cè)量試驗(yàn)方法

表2為500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)表。主變各級(jí)繞組對(duì)鐵心柱、鐵軛的絕緣,高、中壓繞組對(duì)低壓繞組的絕緣組成均為絕緣油-隔板絕緣,絕緣油-隔板絕緣屬多層電介質(zhì)的絕緣結(jié)構(gòu),此類絕緣吸收現(xiàn)象明顯,如果發(fā)生絕緣整體受潮或貫穿性絕緣劣化缺陷,絕緣電阻及吸收比會(huì)明顯降低。變壓器繞組及引線與外殼之間絕緣介質(zhì)為變壓器油,故繞組及引線對(duì)外殼間的絕緣電阻主要取決于變壓器油的性能[10-11]。

表2 500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)

500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)分布如圖5所示(圖中主變外殼為接地狀態(tài),主變鐵心為不接地狀態(tài),主變中性點(diǎn)及低壓引線被拆除,主變高、中壓引線不拆除)。可見(jiàn),500 k V主變繞組絕緣電阻試驗(yàn)中需要測(cè)量的是高壓繞組對(duì)低壓繞組絕緣電阻(RHL)、高壓繞組對(duì)鐵心絕緣電阻(RHC)、低壓繞組對(duì)鐵心絕緣電阻(RLC)、高壓繞組對(duì)外殼絕緣電阻(RHT)、低壓繞組對(duì)外殼絕緣電阻(RLT)[12]。應(yīng)以屏蔽法為主,常規(guī)法為輔進(jìn)行測(cè)試,試驗(yàn)方法見(jiàn)表3。

圖5 500 k V主變主絕緣結(jié)構(gòu)分布

表3 測(cè)量500 k V主變繞組絕緣電阻(不拆高壓引線)試驗(yàn)方法

需要說(shuō)明的是,屏蔽法不能測(cè)量高、中壓繞組對(duì)外殼的絕緣電阻(RHT),RHT由繞組及引線對(duì)外殼、分接開(kāi)關(guān)對(duì)外殼兩部分絕緣并聯(lián)組成,繞組及引線對(duì)外殼的絕緣狀態(tài)可通過(guò)絕緣油介質(zhì)損耗,油耐壓等指標(biāo)進(jìn)行判斷考察。分接開(kāi)關(guān)對(duì)外殼的絕緣為固體絕緣,這部分絕緣不能直接測(cè)量,常規(guī)法測(cè)量包含了這部分絕緣電阻,故常規(guī)法試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定的參考性。

綜上,采用屏蔽法測(cè)量主變繞組絕緣電阻(不拆主變高、中壓引線),采用常規(guī)法的試驗(yàn)結(jié)果作為參考,再結(jié)合絕緣油試驗(yàn)數(shù)據(jù),除了主變分接開(kāi)關(guān)對(duì)外殼這一小部分絕緣電阻的檢測(cè)較為粗略外,能夠全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)500 k V主變的主絕緣性能。

某變電站1臺(tái)500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比試驗(yàn)中,常規(guī)法及屏蔽法測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示,可見(jiàn),常規(guī)法測(cè)量并入了主變高、中壓側(cè)的其他外接設(shè)備,絕緣電阻測(cè)量數(shù)據(jù)明顯偏小,吸收比數(shù)據(jù)也不合格,采用屏蔽法能夠準(zhǔn)確測(cè)量主變繞組絕緣,由屏蔽法試驗(yàn)數(shù)據(jù)可判斷該主變絕緣電阻合格。

表4 某500 k V主變繞組絕緣電阻、吸收比試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(不拆高壓引線)

4 主變套管絕緣電阻屏蔽測(cè)量試驗(yàn)方法

500 k V主變套管主絕緣電阻試驗(yàn)一般不拆主變高、中壓引線,DL/T 1331-2014提出的試驗(yàn)方法是:與被測(cè)套管相連的所有繞組短接、與被測(cè)套管不相連的所有繞組短接后接地,其它非被測(cè)套管末屏接地,被測(cè)套管導(dǎo)電桿部位(即套管首屏)接兆歐表L端鈕,套管末屏接兆歐表的E端鈕,這是套管主絕緣電阻試驗(yàn)的常用接線方法,同時(shí)適用于主變高、中壓引線不拆除的情況。500 k V主變高壓套管主絕緣電阻常用試驗(yàn)方法接線如圖6所示。

圖6 500 k V主變高壓套管主絕緣電阻常用試驗(yàn)方法接線

采用此法測(cè)量500 k V主變高壓套管主絕緣電阻,其電阻分布如圖7所示,圖中Rb為高壓套管主絕緣電阻,Re為末屏對(duì)地絕緣電阻,R＇為主變高壓繞組對(duì)低壓繞組及外殼(地)的絕緣電阻,R＇x為外接設(shè)備絕緣電阻。由圖7可見(jiàn),實(shí)際測(cè)量的絕緣電阻為Rb∥(R＇X∥[R＇)+Re],顯然測(cè)量結(jié)果是偏小的。若高壓引線已拆除,實(shí)際測(cè)量的絕緣電阻值則為Rb∥(R＇+Re),仍小于實(shí)際值。

圖7 高壓套管主絕緣電阻試驗(yàn)(不拆高、中壓引線接線)的電阻分布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),多數(shù)電容型套管末屏絕緣電阻的阻值都很大(可達(dá)10 GΩ至數(shù)百GΩ),試驗(yàn)過(guò)程中空氣濕度較低時(shí),主變高、中壓側(cè)的外接設(shè)備的絕緣電阻也較大,此時(shí)的套管主絕緣電阻測(cè)量值雖小于實(shí)際值,但仍遠(yuǎn)大于其規(guī)程規(guī)定值(10 GΩ),故一般不會(huì)引起注意。倘若套管末屏絕緣電阻偏低,同時(shí)試驗(yàn)過(guò)程空氣濕度偏大,套管主絕緣電阻的測(cè)量結(jié)果就會(huì)遠(yuǎn)低于實(shí)際值,甚至不合格。

宜采用屏蔽法準(zhǔn)確測(cè)量主變套管主絕緣電阻。高電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表接線方法為:兆歐表L端鈕接套管首屏、E端鈕接套管末屏,G端鈕接地;內(nèi)部為接地結(jié)構(gòu)的低電位屏蔽組構(gòu)制式兆歐表接線方法為:兆歐表高壓輸出端鈕接套管首屏,低壓端鈕接套管末屏。圖8為屏蔽法測(cè)量套管主絕緣電阻的等效電路圖,圖中R＇表示Rt或Rt∥R＇。圖8(a)中:兆歐表G端鈕接地,則L端電位為0,無(wú)試驗(yàn)電流通過(guò)R＇,末屏絕緣電阻Re雖通過(guò)試驗(yàn)電流,但不會(huì)流經(jīng)兆歐表采樣電阻R0,因此Re及R＇均被屏蔽。圖8(b)中:兆歐表G端鈕接地,則E端電位為0,無(wú)試驗(yàn)電流通過(guò)Re,R＇通過(guò)電流,但不流經(jīng)R0,故Re及R＇被屏蔽。

圖8 屏蔽法測(cè)量套管主絕緣電阻等效電路

表5為某500 k V主變高、中壓套管主絕緣電阻測(cè)量數(shù)據(jù)(不拆高、中壓引線)?？梢?jiàn)采用屏蔽法可大大提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

表5 某500 k V主變高、中壓套管主絕緣電阻測(cè)量數(shù)據(jù)(不拆高、中壓引線)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中,因套管末屏絕緣電阻規(guī)程規(guī)定值為不小于1 GΩ,而正常套管的主絕緣電阻都大于10 GΩ,所以測(cè)量誤差常被忽略。建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,選擇采用屏蔽法測(cè)量,測(cè)量接線為:斷開(kāi)主變繞組接地,兆歐表L端鈕接套管末屏,E端鈕接地,G端鈕接套管首屏。

5 結(jié)論

不拆主變高、中壓引線采用常規(guī)試驗(yàn)方法測(cè)量500 k V主變繞組絕緣電阻,測(cè)得的絕緣電阻值會(huì)偏小,不能真實(shí)反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況。為了真實(shí)反映變壓器內(nèi)部絕緣狀況又不拆除主變高、中壓引線,可選擇采用屏蔽法測(cè)量。500 k V主變套管主絕緣、末屏電阻試驗(yàn)中,無(wú)論高壓引線拆除與否,若按DL/T 1331-2014提出的接線方法測(cè)量,試驗(yàn)結(jié)果都會(huì)小于實(shí)際值。不拆主變高、中壓引線,采用屏蔽法測(cè)量500 k V主變繞組絕緣電阻,能夠消除主變高、中壓繞組外接設(shè)備的影響,準(zhǔn)確測(cè)量繞組絕緣電阻。根據(jù)500 k V主變的主絕緣結(jié)構(gòu),以屏蔽法測(cè)量繞組各部分的絕緣電阻為主,以常規(guī)法測(cè)量及主變絕緣油試驗(yàn)數(shù)據(jù)為輔,可以實(shí)現(xiàn)主變繞組絕緣電阻試驗(yàn)及診斷。屏蔽法測(cè)量套管主絕緣電阻,能夠屏蔽套管末屏絕緣電阻、主變繞組及主變外接設(shè)備絕緣電阻對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,故建議采用屏蔽法測(cè)量。而測(cè)量套管末屏絕緣電阻時(shí),也建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用屏蔽法測(cè)量,以得到更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。