电力变压器雷电冲击试验故障分析探讨

□ 万长鸿

电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压设备。变压器的作用是多方面的，不只升高电压把电能送到用电地区以满足用电需要。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，利用变压器提高电压，可以减少送电损失。工程上，为了考验电力设备耐受雷电过电压能力，使用冲击电压发生器进行模拟雷击试验，这就是雷电冲击电压试验。雷电冲击电压波是单极性的（正或负）。

一、雷电冲击波及故障分析

（一）雷电冲击波

雷电冲击波是指直击雷或感应雷在架空线路或在空中金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的高压冲击波。雷电冲击波的传播速度在架空线路中约为300m/μs，在电缆中约为150m/μs。

各雷电冲击波的波形相差很大。做耐压试验时，试验标准波的波头为(1.5±0.2)μs、波长为 (40±4)μs、峰值电压为400～4 800kV。

由于大型电力变压器绕组的等值电感小和等值电容大，允许波形有较大的偏差，加之由于试品电感存在，得不到单极性波形，在波尾部分有过零震荡，则要求振荡反峰值不超过施加电压中幅值的50%。也有些变压器存在不过零现象，在波形分析时要引起注意。标准电压波形和不同的电压等级只是雷电冲击试验电压的要求，对冲击试验是否合格的判断则需要借助其他方法进行鉴定。

（二）雷电冲击试验有无故障的判断

在冲击电压试验前，变压器应进行下列准备工作：

1、大型变压器要进行真空注油，中小型变压器注油后也要抽真空。冲击电压试验对这一点要求特别严格，因油中有气泡存在时，气泡放电往往会造成对试验结果的误判断。

2、应进行全部项目的例行试验，包括绝缘特性测定、外施耐压试验和感应耐压试验，以检查绝缘是否存在缺陷。

3、尽可能进行一次低电压冲击波下的电压分布测量，以掌握绕组各部的电位和梯度分布，估算各部绝缘裕度。

4、将开关调到电压最小分接位置，这是对纵绝缘考验最严厉的情况。

变压器冲击试验过程较为直观的判断方法如：变压器油箱中有声响，油箱内烟、气泡逸出，冲击试验后重复高周波感应耐压试验，空载试验的空载电流和空载损耗显著增加。

目前，判断冲击故障的主要方法是波形比较法，即比较冲击试验全电压下的电压波形和示伤电流波形，看有无畸变来分析判断。

（三）冲击故障分析

1、电压波形法。根据不同电压的电压波形来比较，如果波形可以明显的看出发生畸形改变的话，就说明有较为明显的故障。电压波形法是比较50%和100%时波形的变化，主要看波形振幅和振荡频率，波形走势变化，但是灵敏度较低，即线圈大面积受损击穿才能在电压波形上有所反应。

2、中性点电流法。中性点电流是由流过绕组电容的各种电流合成的电流。当对变压器施加冲击波时，可以假设匝间、段间、层间出现了击穿现象，那么短路线匝的去磁作用，绕组的电抗值也会随之发生改变。具体的故障实例分析：

（1）进行25MVA/110KV变压器电压引线对升高座放电时，施加电压端对地放电由于电压截断，导致中点电流中的电感电流得不到有效发展，因此在最后得到的中点电流波形为截波式，对实验的数据带来了影响。

（2）全波电压绕组中部对地放电，故障发生的原因通常为绕组一半对地放电，电压突然间降落，引起中点电流时间缩短，从而使波形发生畸变。

（3）高压绕组对低压或者铁心放电所得到的波形开始起伏明显，后期趋于直线，对数据的整理带来了极大的不便。

（4）实验时还可能出现调压绕组击穿现象，波形幅值明显增大了，周期也随之变小。

（5）多层纵绝缘击穿也是时常发生的，这种故障会使波形幅值显著变大，振荡频率明显变化。

（6）变压器绕组纵绝缘这一类的故障主要是由于沿绕组或者支撑条形成贯通性故障引起的，因此故障也使中点电流幅值升高十分明显，但是很快又会下落，持续的时间不长。