淺談電力變壓器高壓試驗(yàn)一次合格方法

漳浦海峽發(fā)電有限公司 謝 軍

在建設(shè)新能源過程中電力變壓器發(fā)揮著重要作用。為確保其得以穩(wěn)定運(yùn)行，就需把握好其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也就是高壓試驗(yàn)。這直接作用于電站正常運(yùn)行，一旦出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行缺乏穩(wěn)定性，無法保證用戶的用電質(zhì)量。在實(shí)踐中，電力變壓器試驗(yàn)質(zhì)量備受關(guān)注，須慎重選擇實(shí)驗(yàn)方法，否則會(huì)給試驗(yàn)帶來波折、無法一次合格通過，試驗(yàn)結(jié)果的可靠性程度也會(huì)降低，從而無法保證新能源電力順利送出。

1 電力變壓器高壓試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 電力變壓器高壓試驗(yàn)常規(guī)方法[1]

了解電力變壓器高壓試驗(yàn)，需從其常規(guī)方法為切入點(diǎn)，以此發(fā)現(xiàn)問題并逐步提出相應(yīng)處理措施建議：嚴(yán)格接線。在連接引線時(shí)，除要依照接線原理圖外，還要確保變壓器和控制箱足夠安全可靠；嚴(yán)格檢查接觸和“零”位。在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)部分接線進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保不存在接觸不良的情況，同時(shí)需要查看控制箱，確保調(diào)壓器處于“零”位；綠啟紅升。在接通電力變壓器電源后綠燈亮起，然后按下按鈕啟動(dòng)。紅燈亮起后等待升壓；緩升觀變。朝著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器手柄，保持勻速，在緩慢升壓的同時(shí)需密切關(guān)注儀表指針變化，全面了解試運(yùn)轉(zhuǎn)情形；歸零解線。在完成試驗(yàn)后需將電壓迅速歸零，同時(shí)按下停止按鈕將電源切斷，引線也要及時(shí)解開。

通常情況下，開展電力變壓器高壓試驗(yàn)，需完成9個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，如測量絕緣電阻、泄露電流，測試介質(zhì)損耗因數(shù)等。為確保得到更為準(zhǔn)確且真實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，在操作試驗(yàn)時(shí)須保證所有環(huán)節(jié)都按照規(guī)定來完成，試驗(yàn)內(nèi)容的選取要足夠合理。

1.2 絕緣電阻的測量問題及解決措施[2-4]

問題：在整個(gè)試驗(yàn)中，最簡單便利的預(yù)防性試驗(yàn)就是測量絕緣電阻。在此過程中，不僅可獲得絕緣電阻的大小，還可知道絕緣電阻的污穢、受潮以及老化情況。相對(duì)來說，如果絕緣電阻所處的地方鹽霧高、濕度大，則上述問題會(huì)變得更加突出。以1臺(tái)高壓側(cè)電壓220kV、容量120000kVA 變壓器的絕緣電阻測量為例，溫度變化會(huì)對(duì)絕緣吸收產(chǎn)生影響。如溫度超過了35℃，干燥絕緣吸收比會(huì)持續(xù)上升，在其達(dá)到極值之后又會(huì)下降。如果絕緣受潮則變化情況是不規(guī)則的；措施：須將試驗(yàn)室內(nèi)的溫度維持在一定范圍內(nèi)，然后才能得到真實(shí)的絕緣吸收比。例如將試驗(yàn)地點(diǎn)選擇出廠時(shí)的室內(nèi)，達(dá)到控制試驗(yàn)穩(wěn)定效果，在現(xiàn)場時(shí)可選擇低溫時(shí)段進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 泄漏電流的測量問題及解決措施

1.3.1 問題

在測量電力變壓器泄露電流時(shí)，使用的設(shè)備主要是數(shù)顯泄露電流測試儀，該儀器對(duì)電壓有一定的要求，須維持在2.5kV 以下，相對(duì)于變壓器的額定工作電壓明顯要低得多。出現(xiàn)此種問題一般原因，一是使用直流兆歐表無法滿足試驗(yàn)中對(duì)于電壓的要求，二是變壓器本身存在質(zhì)量缺陷。

1.3.2 措施

在試驗(yàn)中如果使用直流兆歐表則無法達(dá)成電壓要求。為保證測量得到的結(jié)果足夠精確，可以選用加直流高壓的方法；相對(duì)于低壓環(huán)境，在高壓環(huán)境下變壓器泄露電流要高得多，則說明變壓器的質(zhì)量有問題，因?yàn)楦邏航^緣電阻比低壓絕緣電阻要小。防泄漏功能也無法滿足使用要求，這在監(jiān)造設(shè)備時(shí)要嚴(yán)格控制設(shè)備制造質(zhì)量，選擇技術(shù)能力強(qiáng)的監(jiān)造人員，嚴(yán)格控制每一道工序并定期檢查。

1.4 局部放電試驗(yàn)問題及處理措施

1.4.1 問題

局部放電試驗(yàn)在變壓器試驗(yàn)中十分常見，具有“非破壞性”特征。在試驗(yàn)中主要會(huì)選取以下方法：一是用工頻耐壓作為預(yù)激磁電壓，在10～15min 內(nèi)將局部電壓維持在試驗(yàn)電壓水平，并在此時(shí)對(duì)局部放電量進(jìn)行測量；二是對(duì)運(yùn)行中的過電壓進(jìn)行模擬，以此作為預(yù)激磁電壓，在1～1.2h 內(nèi)將電壓維持在試驗(yàn)電壓水平，對(duì)局部放電量進(jìn)行測量。以上試驗(yàn)方法常見的問題，一是在局部放電試驗(yàn)中選擇依據(jù)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致試驗(yàn)不合格，二是變壓器絕緣性能不理想引起不同程度的破壞性，三是噪聲控制源選擇錯(cuò)誤導(dǎo)致噪聲超標(biāo)。

1.4.2 措施

上述第二種方法可對(duì)長期工作電壓下的變壓器進(jìn)行測量，確定其是否存在局部放電問題，從而確保在實(shí)際應(yīng)用中變壓器處于安全運(yùn)行狀態(tài)。在該試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣件加工、絕緣介質(zhì)承受場強(qiáng)等的主要依據(jù)并非主、縱絕緣是否放電，而是局部放電量必須比規(guī)定值更低；在該試驗(yàn)中選取第一種試驗(yàn)方法時(shí)需花費(fèi)15min 時(shí)間，如將此時(shí)間適當(dāng)延長更有助于測試絕緣性能。如得到的結(jié)果比預(yù)期更糟糕，可能會(huì)造成各種損壞，程度各有輕重。如選取第二種試驗(yàn)方法，按照標(biāo)準(zhǔn)需在1h 內(nèi)維持試驗(yàn)電壓，絕緣結(jié)構(gòu)的伏秒特性會(huì)影響到變壓器承受的時(shí)間。

在做局部放電試驗(yàn)時(shí)局部放電量受到多方面因素的影響，比如帶電和接地電表面場強(qiáng)，但是不會(huì)因?yàn)殡娫搭l率變化而產(chǎn)生影響。根據(jù)這一點(diǎn)，在選取試驗(yàn)地點(diǎn)時(shí)盡量不要選擇嘈雜的地方，還要隔離局部放電量。

1.5 變壓比測量問題及處理措施

1.5.1 問題

有多種方法可以用來測量電力變壓器的變壓比，相對(duì)于雙電壓表法，在試驗(yàn)當(dāng)中更為常用的方法是變壓比電橋法。這種方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如具有較高的靈敏度、準(zhǔn)確度更高、可以直讀誤差。在試驗(yàn)中可根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓，這也就增加了試驗(yàn)的安全度。在試驗(yàn)中，只要是連續(xù)組別的試驗(yàn)均能夠同步完成，讓變壓器并聯(lián)運(yùn)行有一個(gè)基本前提，那就是結(jié)線組別相同。如果判斷變壓器接線組別出現(xiàn)了問題就無法取得試驗(yàn)成功。

1.5.2 措施

在進(jìn)行高壓試驗(yàn)的過程中也需要對(duì)結(jié)線組別進(jìn)行判斷，這個(gè)環(huán)節(jié)是不能省略的。進(jìn)行這一環(huán)節(jié)有多種方法，比如組別表法、相位表法、直流感應(yīng)法等。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，組別表屬于一種專用儀表，它非常常見又具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如指示準(zhǔn)確、反映的信息一目了然，使用起來也十分方便。為此，可以采用組別表來對(duì)變壓器組別進(jìn)行直接判斷。

1.6 介質(zhì)損耗因數(shù)測試問題及處理措施

1.6.1 問題

在試驗(yàn)中，對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測量是不可缺少的一項(xiàng)工作，它是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中的內(nèi)容，其目的在于對(duì)變壓器的絕緣性能做出判斷，而判斷的依據(jù)是介質(zhì)損耗因數(shù)大小。當(dāng)變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，絕緣損耗會(huì)改變介質(zhì)損耗因數(shù)的大小。在試驗(yàn)中，如果試驗(yàn)人員沒有準(zhǔn)確掌握變壓器絕緣劣化和受潮的情況，就無法得出準(zhǔn)確的結(jié)果。

1.6.2 措施

安排技術(shù)能力過硬的試驗(yàn)人員進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)在電力變壓器的介質(zhì)損耗因數(shù)測試中，試驗(yàn)電壓和設(shè)備大小并沒有影響到試驗(yàn)結(jié)果，相對(duì)于測量絕緣電阻以及測試泄漏電流的試驗(yàn)，該試驗(yàn)的準(zhǔn)確度更高，試驗(yàn)人員對(duì)絕緣變化的判斷是準(zhǔn)確的。

1.7 交流耐壓試驗(yàn)問題及處理措施

問題：為了判斷絕緣強(qiáng)度，需要在試驗(yàn)中測量交流耐壓。從該試驗(yàn)結(jié)果來看出變壓器集中性性能的不足，確保提升變壓器的絕緣性，否則一旦絕緣性出現(xiàn)問題就會(huì)產(chǎn)生安全隱患。在試驗(yàn)中很可能出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)問題，計(jì)算得到的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，所以無法準(zhǔn)確獲得交流耐壓的數(shù)據(jù)；措施：在試驗(yàn)之前，應(yīng)該對(duì)前述中提到的試驗(yàn)步驟進(jìn)行認(rèn)真操作，并得出準(zhǔn)確的結(jié)果，在完成前述試驗(yàn)之后，再進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

2 電力變壓器高壓試驗(yàn)的安全設(shè)計(jì)方法

在試驗(yàn)中需要將電壓調(diào)到較大的程度，這意味著可能會(huì)產(chǎn)生安全隱患，所以必須針對(duì)安全問題做出有效設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)不僅事關(guān)試驗(yàn)人員安全，還會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確的問題。所以必須慎重選擇安全設(shè)計(jì)方案，確保整個(gè)試驗(yàn)不會(huì)因?yàn)榘踩珕栴}而造成無法順利推進(jìn)的情況。

2.1 防止感應(yīng)電壓與放電反擊

在試驗(yàn)中，不同設(shè)備之間可能會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電壓的問題[5]，對(duì)此必須采取措施加以防范。一般來說，要將所有設(shè)備進(jìn)行短接，同時(shí)可靠接地。在試驗(yàn)室內(nèi)會(huì)有專門的接地系統(tǒng)或者短路接地井，這些都是按照規(guī)定設(shè)置的。試驗(yàn)室內(nèi)還有一些電容設(shè)備，雖然這些設(shè)備處于閑置狀態(tài)，但是按照規(guī)定也要完成短路接地工作。

一般來說，需要選擇在一個(gè)封閉的六面屏蔽體環(huán)境中完成電力變壓器高壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)時(shí)，要做好瞬間放電的準(zhǔn)備。為了確保試驗(yàn)中不發(fā)生安全事故，所有高壓電纜外面需要增加金屬管，以此起到保護(hù)作用，同時(shí)這些電纜要埋地敷設(shè)。通常而言金屬管應(yīng)該在15m 以上，每5m 還要連接接地極，盡可能避免出現(xiàn)放電反擊現(xiàn)象。

2.2 可靠的接地

在試驗(yàn)中，接地系統(tǒng)必須擁有足夠高的質(zhì)量，通常情況下要有一個(gè)不超過0.5Ω 的接地電阻，這樣才能確保試驗(yàn)過程中不發(fā)生意外，保證人員和設(shè)備處于相對(duì)安全的環(huán)境中。在接地條件足夠好的條件下，要把試驗(yàn)室看成特殊等電位體，其中包括許多金屬儀器和設(shè)備，它們均需要安裝外殼且做好接地處理。特別是要用金屬材料連接變壓器和試驗(yàn)設(shè)備，確保連接足夠穩(wěn)定、安全和可靠。在試驗(yàn)室內(nèi)，所有接地電的位置都應(yīng)該標(biāo)明，防止試驗(yàn)人員不小心觸電。

2.3 防火、防爆

在試驗(yàn)中，在運(yùn)行變壓器的時(shí)候，無論是短路還是過載的情況都不允許出現(xiàn)，對(duì)于絕緣材料要特別關(guān)注，還應(yīng)該注意到電火花和高溫等因素產(chǎn)生的作用，受此影響會(huì)出現(xiàn)膨脹、分解和氣化現(xiàn)象，快速增加變壓器內(nèi)部壓力，當(dāng)壓力足夠大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生爆炸、噴出大量絕緣油，燃燒中的油處于流動(dòng)狀態(tài)，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的火災(zāi)。所以在試驗(yàn)中首先要考慮的是安全問題，消除所有安全隱患。

2.4 電力變壓器高壓試驗(yàn)中的安全保障措施

在電力變壓器進(jìn)行高壓試驗(yàn)過程中存在較高的電壓，因而試驗(yàn)過程中必須針對(duì)危險(xiǎn)因素制定安全保障措施，特別是高鹽霧腐蝕和高濕度環(huán)境條件下的區(qū)域，并在試驗(yàn)前安排專人對(duì)措施進(jìn)行落實(shí)，從而保證人員和設(shè)備在足夠安全的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，確保試驗(yàn)順利完成。

一是在電力變壓器高壓試驗(yàn)過程中，技術(shù)負(fù)責(zé)人組織試驗(yàn)人員開展試驗(yàn)方案交底和安全培訓(xùn)，讓所有參加試驗(yàn)的人員都能形成較強(qiáng)的安全意識(shí)，熟知試驗(yàn)中可能存在的緊急情況，并能夠及時(shí)選擇正確的應(yīng)對(duì)措施保障自身和設(shè)備安全，把損失降到最低。在試驗(yàn)中，所有人員必須按照事先確定的方案操作，所有操作必須符合規(guī)定，不允許違規(guī)操作。

二是試驗(yàn)前需要檢查所有設(shè)備和儀器，并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，檢核工作也應(yīng)該得到加強(qiáng)，除了確保設(shè)備和儀器不存在任何損壞且能夠滿足精度上的要求之外，還要確保設(shè)備質(zhì)量足夠好，符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)，保證設(shè)備儀器在操作上既準(zhǔn)確又可靠。對(duì)于設(shè)備接線位置應(yīng)該引起高度重視，避免接線錯(cuò)誤或者線路老化的問題，避免因設(shè)備和儀器引發(fā)安全事故。

三是在試驗(yàn)過程中做好相應(yīng)的防護(hù)網(wǎng)設(shè)置和警示標(biāo)志的設(shè)置等隔離措施，特別注意容易出現(xiàn)危險(xiǎn)的區(qū)域，要制定針對(duì)性措施，同時(shí)安排專門人員進(jìn)行看護(hù)來規(guī)避安全事故（事件）的發(fā)生。

綜上，電力設(shè)備高壓試驗(yàn)對(duì)技術(shù)的要求非常高，整個(gè)試驗(yàn)的難度較大。在試驗(yàn)中，一定要選取合理的試驗(yàn)條件、方法、內(nèi)容、參考依據(jù)及數(shù)據(jù)讀取標(biāo)準(zhǔn)，著重考慮安全問題，做好安全設(shè)計(jì)，嚴(yán)格檢查試驗(yàn)中所需要使用的各種儀器設(shè)備，同步嚴(yán)格控制出廠質(zhì)量驗(yàn)收，以保證試驗(yàn)操作的順利進(jìn)行，從而得到相關(guān)數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)一次合格，進(jìn)而科學(xué)判定變壓器的綜合性能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本控制，從而為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的新能源電力。電力變壓器高壓試驗(yàn)一次合格方法的選擇，并在試驗(yàn)過程中及時(shí)對(duì)已經(jīng)存在或者潛在的故障進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和處理，才能真正意義上保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也是實(shí)現(xiàn)2030年前碳中和、2060年前碳達(dá)峰的技術(shù)保障之一。