220kV 油浸式電力變壓器的高壓電氣試驗方法及應(yīng)用探討

楊進(jìn)

（貴州電網(wǎng)銅仁供電局，貴州 銅仁 554300）

1 研究背景和意義

220kV 油浸式電力變壓器高壓電氣試驗的研究設(shè)計主要涉及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、變壓器的可靠性和使用壽命，能源利用效率等方面。作為電力系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備之一，220kV 油浸式電力變壓器的安全穩(wěn)定運行對于保障電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性至關(guān)重要，高壓電氣試驗可以評估變壓器的絕緣性能，確保其在高電壓環(huán)境下能夠安全運行，預(yù)防絕緣擊穿等安全事故的發(fā)生。

1.1 高壓電氣試驗的原理

高壓電氣試驗是指對電力設(shè)備或電力系統(tǒng)中的電氣元件進(jìn)行一系列測試和檢查，以驗證其安全性、穩(wěn)定性和可靠性的過程。它主要通過施加高電壓、高電流、高頻率或高耐受能力的條件，對電氣設(shè)備進(jìn)行電氣性能的評估、故障診斷和耐受能力的檢驗，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷或損壞，并及時采取措施進(jìn)行修復(fù)或更換，確保設(shè)備在正常工作條件下具有良好的絕緣性能。高壓電氣試驗可以模擬設(shè)備在額定工作電壓下的工作條件，通過持續(xù)施加高電壓和持續(xù)運行，驗證設(shè)備的工作穩(wěn)定性和安全性。這有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)備在長時間運行中可能出現(xiàn)的問題，如溫升過高、局部放電、絕緣老化等，從而及時采取預(yù)防措施，提高設(shè)備的可靠性和壽命。高壓電氣試驗是對電氣設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制的重要手段，通過對出廠設(shè)備進(jìn)行高壓試驗，可以確保設(shè)備符合國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，達(dá)到一定的安全和性能要求，這可以有效減少不合格設(shè)備流入市場，提高設(shè)備的質(zhì)量和可靠性。

常用高壓試驗有：絕緣試驗、交流耐壓試驗、變比試驗、直阻試驗、空載試驗、短路阻抗試驗、局部放電量試驗、繞組變形試驗、變壓器絕緣油試驗等，高壓電氣試驗是確保電氣設(shè)備安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)。不同類型的試驗可以幫助檢測潛在的故障、確定設(shè)備性能，并提供改進(jìn)和維護(hù)的方向。具體選擇何種試驗取決于設(shè)備類型、規(guī)格和特定需求。

1.2 變壓器的繞組變形測試

電力變壓器在運輸過程中很可能受到各種物理撞擊或在運行中受到絕緣故障短路電流的沖擊。在強(qiáng)大的外物撞擊或故障電流作用下，變壓器繞組可能會出現(xiàn)局部變形，這將對變壓器的安全運行帶來了嚴(yán)重影響。根據(jù)國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911-2004，可使用頻率響應(yīng)分析法來測量變壓器的繞組變形。變壓器繞組的幅頻響應(yīng)特性等效于圖1，當(dāng)我們連續(xù)改變外施正弦波激勵源Us 的額率f，測量對應(yīng)的的響應(yīng)端電壓U2 和激動端電壓U1的信號幅值之比，就會獲得電力變壓器的幅頻響應(yīng)曲線（即變形曲線）。

圖1 繞組變形測試原理圖

1.3 變壓器的變比測試

變壓器的變比測試是一種常見的高壓電氣試驗方法，用于測量變壓器的變壓比，主要作用是檢測分接頭是否接錯，繞組是否匝、層、餅、相間短路，是否斷線。變壓比是指變壓器初級側(cè)和次級側(cè)匝數(shù)之間的比例關(guān)系，也可以理解為輸入電壓與輸出電壓之間的比值。如圖2，通過變比電橋法，在高壓側(cè)依次加單相交流電源，低壓側(cè)測量電阻，電阻之比即為電壓之比。

圖2 變壓器的變比測試原理圖

1.4 變壓器的直流電阻測試

變壓器繞組直流電阻測量是簡單常規(guī)的試驗項目，是確保變壓器生產(chǎn)質(zhì)量的一個重要手段。因為加入電流幾A-幾十A，所以檢測接觸/焊接情況靈敏，主要作用是檢測繞組、分接頭、引線、導(dǎo)電桿的接觸/焊接情況。如圖3，根據(jù)被試品的容量，在被測繞組中通以適當(dāng)?shù)暮愣ㄖ绷鳎娏髦岛屠@組橫截面有關(guān)），然后測量目標(biāo)繞組中的電流和電壓降，再根據(jù)歐姆定律，即可計算出的直阻值，但需要注意接頭處可能產(chǎn)生氧化膜，當(dāng)試驗不合格時，需要試驗員去排除接頭氧化膜干擾的問題。

圖3 電壓-電流表法測量直阻原理圖

1.5 變壓器的有載分接開關(guān)測試

有載分接開關(guān)（OLTC）可以在不斷電的情況下調(diào)節(jié)變壓器檔位，是一種重要的開關(guān)裝置，用于為變壓器在負(fù)載變化時提供相對穩(wěn)定的電壓。它通過切換電壓取樣點改變變壓器繞組的匝數(shù)，無須中斷負(fù)載電流，對供電可靠性有很大的保障，實現(xiàn)變壓器在負(fù)載狀態(tài)下的電壓調(diào)節(jié)。調(diào)整開關(guān)位置可以測量OLTC 的過渡時間、過渡波形、過渡電阻以及三相同步等電氣參數(shù)。此外，需要檢查OLTC 連接點是否存在接觸不良、內(nèi)部斷路或短路，并評估過渡接觸件的電氣壽命（圖4）。

圖4 有載分接開關(guān)三相波形圖

1.6 變壓器絕緣電阻試驗

變壓器的絕緣油、固體絕緣材料等是不導(dǎo)電的物質(zhì)，但并不是絕對的不導(dǎo)電，如圖5，其在直流電壓的作用下，會有微小電流流過，可視為由三部分電流組成：Ia 為吸收電流，指有損極化對應(yīng)的電流，隨時間衰減至0；Ib為電容電流，加壓瞬間套管中的無損極化所引起的電流，也隨時間衰減至0；Ig 為泄漏電流，離子定向移動形成的電導(dǎo)電流，數(shù)值基本恒定。當(dāng)K1合上后，套管絕緣電阻R=U/I=I=U/(Ia+Ib+Ig)=U/Ig。

圖5 絕緣電阻試驗原理圖

1.7 變壓器介質(zhì)損耗試驗

變壓器介質(zhì)損耗試驗的目的主要是檢查變壓器內(nèi)外部整體、變壓器套管是否進(jìn)水受潮、油紙絕緣是否劣化等缺陷。變壓器介質(zhì)損耗試驗主要使用QS 西林電橋來實現(xiàn)，如圖6，調(diào)節(jié)R3 和C4電檢流計Ip 為0，此時a、b 兩點的電壓相等，即R3 和C4 的兩端電壓相等，可得到介質(zhì)損耗因數(shù)tanɑ=ωR4C4，實測電容量CX=R4×CN/R3。

圖6 QS 西林電橋原理圖

1.8 變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓試驗

絕緣電阻等非破壞性試驗對局部缺陷反應(yīng)不靈敏，為了防止變壓器喪失絕緣性能發(fā)生擊穿現(xiàn)象，需要在出廠前、投運前、必要時做交流耐壓試驗，可以幫助我們準(zhǔn)確判斷變壓器的絕緣狀態(tài)。如圖7，從左至右分別為交流部分、調(diào)壓部分、保護(hù)部分、測量部分。交流部分的容量需要滿足需求，調(diào)壓部分應(yīng)平滑調(diào)節(jié)，少畸變，容量與試驗變壓器相同。保護(hù)部分通過限流、擊穿短接來保護(hù)電容型套管、試驗變壓器。連接試驗變壓器與調(diào)壓器的接線，將變壓器空升，確保自身性能正常。參考出廠耐壓值來選擇本次耐壓的數(shù)值，勻速升壓到耐壓值，計時60s，期間應(yīng)無放電、閃絡(luò)、冒煙、過流跳閘現(xiàn)象。

圖7 工頻交流耐壓試驗

2 繞組變形測試的數(shù)據(jù)分析判斷方法以及相關(guān)注意事項（圖8）

圖8 繞組變形的判斷方法

2.1 繞組變形測試的相關(guān)注意事項

有載開關(guān)應(yīng)在最大分接下測試（一般是1 擋，直阻最大），無載開關(guān)應(yīng)在運行檔位測試；繞組底部激勵發(fā)信號，頂部響應(yīng)接信號；應(yīng)先測繞組變形，防止直阻、絕緣電阻、介損等試驗產(chǎn)生剩磁，影響繞組變形結(jié)果。

2.2 變壓器的直流電阻測試的數(shù)據(jù)分析判斷方法以及相關(guān)注意事項

（1）變壓器的直流電阻測試的數(shù)據(jù)分析判斷方法。各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%；無中性點引出的繞組，線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。

（2）變壓器的直流電阻測試的相關(guān)注意事項。變壓器低壓側(cè)直流電阻測量應(yīng)使用大電流恒流源。因為變壓器容量越大，額定電流必然越大，低壓繞組截面積必然要做大，電阻也就更小，繞組是感性元件，電感因為自感要阻止電流上升，充電平衡時間（即外加電流的時間）與時間常數(shù)L/R 成正比，與電流大小成反比，故通過增加電流才能縮短測量時間。

3 變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓試驗的數(shù)據(jù)分析方法以及注意事項

（1）變壓器繞組連同套管的工頻交流耐壓。試驗的數(shù)據(jù)分析判斷方法試驗?zāi)褪茈妷簶?biāo)準(zhǔn)為出廠試驗值的80%，期間應(yīng)無放電、閃絡(luò)、冒煙、過流跳閘現(xiàn)象。

（2）變壓器繞組連同套管的工頻交流。耐壓試驗的相關(guān)注意事項。試驗電壓波形應(yīng)接近正弦，試驗電壓值應(yīng)為測量電壓的峰值除以√2，頻率不應(yīng)低于40Hz，全電壓下耐受時間應(yīng)為60s；大型變壓器一般為半絕緣變壓器，繞組短接試驗電壓必須以該繞組中心點耐壓值為準(zhǔn)。

4 結(jié)語

本文旨在設(shè)計和研究220kV 油浸式電力變壓器的高壓電氣試驗。首先，我們詳細(xì)描述了變壓器的工作原理和重要參數(shù)，包括鐵芯、繞組、額定電壓、變比等。接下來，我們介紹了高壓電氣試驗的背景和意義，高壓電氣試驗是評估變壓器絕緣耐受能力和安全性的重要手段，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的故障或缺陷。

通過設(shè)計適用于220kV 油浸式電力變壓器的高壓電氣試驗方案，可以全面評估變壓器的絕緣性能、耐壓能力和工作穩(wěn)定性。這有助于確保變壓器的安全運行，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在實施試驗時，需要遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并嚴(yán)格執(zhí)行試驗過程和安全措施。