变压器现场局部放电试验有关问题的分析

谷小博

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

变压器局部放电（简称局放）试验不仅能有效检查出产品在设计、生产、运输、安装以及运行中存在的问题，还能发现变压器内部绝缘的缺陷和隐患，是保证设备长期安全运行必不可少的试验项目。规程规定，220 kV及以上电压等级的变压器，在例行试验、交接试验、更换绕组和重要绝缘件以及怀疑变压器存在放电性故障时，应进行局放试验。

2007-2009年间浙江省电力试验研究院高压所完成主变压器（简称主变）局放试验共计105台次，其中220 kV主变为82台次，500 kV主变为23台次。试验时发现主变局放异常的共有10台次，以下就局放试验中的一些问题展开讨论。

1 变压器现场局放试验补偿容量的估算

1.1 局放试验接线

根据GB 50150－2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和GB/T 7354-2003《局部放电测量》的要求，现场局放试验采用单相接线、逐相加压的方式，以一台三线圈（包括高、中、低压线圈），联接组别为YNyn0d11的主变为例，试验时分别在低压加压，利用主变高压和中压套管的主电容作为耦合电容，从测量屏处抽取信号测量局放信号。试验接线图如图1所示。

图1 局放试验接线图（以主变A相为例）

由于现场试验电源容量的限制，必须增加感性无功以补偿变压器的容性无功分量，然而由于变压器绕组连同套管的主电容为分布电容，且各点电压又不相同，因此变压器的容性无功分量较难估算。

1.2 容性补偿容量的估算

变压器绕组连同套管的主电容为分布电容，以三绕组变压器为例，忽略杂散电容影响，如图2所示。

图2 变压器的主电容分布情况

图2中的铁芯和外壳在试验时为地电位。由于各绕组电压分布和电容分布都不均匀，导致各部分绝缘介质的容性电流也不相同，且呈无规律分布，这给容性无功容量的估算带来了较大困难，根据文献[1]采用积分电流的方法能满足现场试验的需要。以计算被试相高压绕组对地电容电流为例，忽略杂散电容等影响，积分电流法如图3所示。

因此被试相高压绕组对地电容电流为：

图3 积分电流方法

其他各部分电流计算方法类似，得到总的容性无功为：

忽略变压器低压侧的无功，得到简便的容性无功计算公式为：

以3台220 kV主变现场局放试验的容性无功容量估算为例。主变的主要参数和试验时实际的补偿容量见表1。

可以看出，根据上述公式估算出的补偿容量与实际的补偿容量相差不大，误差均在10%以内，能满足现场试验的需要。

2 现场试验干扰的判别和抑制

表1 3台主变的参数和实际补偿容量

局放脉冲信号是一个快速的放电过程，与其他电气试验中的测量相比，它又是一种弱电现象。如果各种干扰信号进入试验回路，将给测量带来许多困难。特别是在现场进行局放测量时，有些干扰幅值和密度都远大于变压器局放信号，为保证现场试验的顺利完成，必须找出并排除干扰源。

众所周知，采用脉冲电流法测量的变压器局放脉冲信号，通常显示在示波屏的李育沙（椭圆）基线上。随着试验电压的增加，脉冲的幅值和密度都有所增加，根据这一特点，可以将部分干扰信号排除。

2.1 试验加压前的干扰信号

在对某1号主变进行局放试验时，发现在电源未合闸之前，局部放电测试仪（简称局放仪）图形上显示干扰较大。经检查，主变高压侧架空线上有感应电压，后将架空线接地，干扰消除。此类干扰为固定干扰，不随试验电压增加而变，较容易排除。处理前后的图形如图4所示，左图为处理前的图形，右图为处理后的图形，以下相同。

图4 试验加压前的干扰

2.2 试验电压较低时的悬浮放电干扰

对某发电厂3号主变A相进行局放试验，当试验电压加至约50 kV时，试验人员听到明显的放电声，且局放仪显示局放量异常，停电检查后发现B相高压套管末屏接地未接而悬浮，接地后干扰排除，如图5所示。 此类干扰也容易排除，因为一般变压器绝缘上的局放不可能在较低电压下出现，一般这类干扰多为末屏接地不良、套管电流互感器二次接地不良等。

2.3 设备接触不良引起的干扰

对某1号主变进行局放试验，当试验电压加至约130 kV时，局放仪显示局放量异常，停电更换测量阻抗、同轴电缆后干扰依然存在，后排查发现补偿电抗器与高压引线接头处未旋紧，导致接触不良。处理后干扰排除，如图6所示。

图6 设备接触不良引起的干扰

在对某发电厂1号主变进行局放试验时，同样发现类似的放电波形，后经排查发现励磁变压器与高压引线的接头未拧紧，处理后干扰排除。

从以上事例可以看出，现场试验比较容易排除的是固定干扰、试验电压较低下的干扰。而试验设备自身带来的干扰较难排除，因为它们的波形与变压器局放信号的波形较为类似，容易混淆且随着试验电压的增加而增加，对于这类干扰一定要认真对待，防止误判。

3 变压器局放试验超标分析

在对某1号主变进行局放交接试验时，发现B与C两相高中压侧局放量值均小于背景干扰40 pC，放电波形如图7所示。在对A相进行加压时，中压侧局放量值合格，其放电波形与图7相同；而高压侧局放量值超标，起始电压和熄灭电压分别为100 kV和60 kV，在高压侧试验电压为100 kV和200 kV时的放电量值分别为100 pC和1 000 pC，放电波形（局放仪均已外接同步电压）见图8和图9。被试变压器高、中压侧的传递系数约为3∶1。试验后取变压器油样进行色谱分析，总烃及乙炔均正常。再一次加压，其试验结果和放电波形与之前无差异，而变压器出厂试验时三相局放量均为40 pC左右。

根据以上情况分析认为：B与C相局放正常，可基本排除试验电源、测量系统及外部强电场干扰等问题。而根据被试变压器高、中压侧传递比的关系，A相高压侧局放超标导致变压器内部绕组绝缘出现问题的可能性不大，且根据局放波形对称的现象，可排除内部悬浮电位放电的可能。

图7 B与C两相局放波形

图8 试验电压100 kV下A相的波形

图9 试验电压200 kV下A相的波形

综上分析，原因可能是高压侧引线与套管连接松动、出线绝缘或套管本身的问题。对变压器进行放油处理，发现A相高压侧出线绝缘和连接正常，而后将A相高压侧套管与B相高压侧套管互换后再次试验，发现更换后的A相局放合格，B相超标，其测试结果与放电波形分别同更换前的B与A相相同，最后将存在问题的套管更换为新套管后，试验全部合格。

4 总结与展望

变压器局放试验是考核变压器绝缘的一项重要试验，相应的试验设备和技术也得到了较大的发展—从测量局放仪的数字化，到试验设备的集约化，再到试验电源的更新换代，给现场试验带来了较大的便利，也大大提高了工作效率。但是有几点需要注意和思考：

（1）随着产品材料、工艺技术的发展和制造水平的提高，变压器的局放水平已被控制在较小的范围之内。在现场安装过程中，应注意套管、高压引线和其他外绝缘附件的安装，以避免因此带来的局放异常问题。

（2）局放试验时的一些干扰可以首先从试验前的接线处理中得到抑制，如防止感应电的影响，局放仪的输入单元尽可能接近被试变压器、高压引线尽量避免尖角、毛刺或悬浮电位的影响，试验接线时尽量选择同一点接地等。而对于试验过程中出现的干扰要正确区分固定干扰、电晕干扰、悬浮电位干扰、接地干扰和试验设备的干扰等。

（3）由于变压器油中局放信号的频率分布可达1 GHz，空气中局放约为200 MHz，而目前窄频带局放测量系统的工作带宽约为10 kHz，宽频带系统的工作频带也就仅为几十到几百千赫兹，在这种工作带宽下，提取到的局放信息量非常少，不足以反映设备的局放水平，且在这个工作频带下去除干扰也是难题，所以更宽工作频带的局放测量系统或特高频测量技术是发展趋势。

（4）变压器局放测量目的是通过检测到的局放来判断变压器绝缘状况，但目前还没有很好地将局放测量结果和变压器绝缘状况联系起来。因此，需要更深入地研究局放检测结果与变压器绝缘发展程度的关系，以实现对变压器整体绝缘寿命的评估和预测。

（5）随着特高压等级电网的发展，特高压变压器局放试验的相关问题得到了广泛关注和研究。与目前220和500 kV电压等级变压器的局放试验不同的是：试验的电压更高，试验设备复杂，对测量设备和现场试验环境的要求较严，1 000 kV电压侧的局放量要求≤100 pC。为此，需要充分准备好试验方案、试验和测量设备，精心测试，才能取得准确的试验结果。

[1]白国兴，吴国良，电力变压器局部放电试验时容性无功的分析与估算[J].江苏电机工程，2007，26（1）∶28-31.

[2]GB 50150－2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京：中国计划出版社，2006.