800 kV特高压换流变压器现场局部放电试验技术研究

吴梦凡　左干清　邝建荣

摘 要：在交流或者直流试验电压背景下，局部放电的水平是对特高压换流变压器是否具备可靠的绝缘性进行评估非常重要的指标，由于外部电磁可能会产生一定干扰进而影响到结果，造成这一指标不能得到准确判定。对于这一问题，有专家提出了进行局部放电来测量干扰的测量方法，即特高频（UHF ）旁路法，并且将它运用在了800 kV换流变压器出厂的测验当中。借助这一技术，可以非常准确地对通讯设备以及其他设备产生的感染进行识别，进而借助UFH建波脉冲所具备的分布特征，识别多种干扰。文章将就楚穗直流（云南楚雄至广东广州）±800 kV直流输电工程换流变压器现场局部放电试验进行讨论，为日后换流变压器进行现场局放提供了非常有价值的实践经验。

关键词：800 kV特高压；换流变压器；局部放电实验；研究

中图分类号：TM723 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）29-0010-02

换流变压器对技术要求比较高，同时制造工艺也十分复杂，因此进行现场局放的难度也非常大。在当前的社会环境下，换流变压器现场局放进行技术性调研对我国直流工程施工有非常重要的意义，同时也是保证直流工程能够如期投入使用的一项重要因素。本研究将从实际出发，进行全方位的探究，以此来提升换流变压器局放试验的可靠性和准确性。

1 楚穗直流（云南楚雄至广东广州）±800 kV直流输 电工程情况概述

楚穗直流（云南楚雄至广东广州）±800 kV直流输电工程（下文简称"楚穗直流"）额定电压为±800 kV，额定输电容量500万kV。该工程从云南省楚雄州禄丰县开始，终止于广州市增城市，整条线路长度近1 400 km，线路途经云南省、广西省、广东省三个区域。该工程是“十一五”重点建设项目，同时也是特高压直流输电示范工程，2006年开工建设，2010年投产。

2 实验设计

2.1 选择合理的加压方式

通常在现场试验当中，比较常用的加压方式包括以下两种，即单边独立加压以及对称共同加压。其中单边独立加压指的是把换流变压器的阀侧绕组其中一段与地线相接，另外一段则承受在本次实验当中全部的电压，实验需要借助中间变压器来完成。对称共同加压则指将实验中的全部电压都施加在换流变压器的阀侧绕组两端，将两台用于实验的变压器进行对称接线，取中间与地线相连。为了降低干扰，方便运输，选择对称共同加压方式。

2.2 选择合适的试验电源

通常在现场试验中比较常用的试验电源包括以下两种，即中频电动机到发电机组、变频电源。其中中频发电机到发电机组移动方便，整体来看性能稳定，但是发电机在某些容性情况下比较容易出现自激反应，造成电压失控；而变频电源可以调节输出频率，但是对技术要求比较高，设备整体也比较精密，难易承受长期工作。综上，选择使用中频发电机到发电机组，但是需要设计防范电路，避免自激。

2.3 选择实验频率

由于当前的客观环境，我国生产的机组都比较适应250 Hz，而且使用经验也非常成熟，由此综合来看选择250 Hz的中频发电机组比较经济且实用。

3 实验装置及参数预判

3.1 实验装置

结合实际，换流变压器用于现场局放实验的装置中主要包括：中频发电机组、中间变压器、补偿电抗器以及局放检测系统、紫外线成像系统、超声波局放定位系统等。

发电机组的输出电压在0～1 200 V之间，频率设置250 Hz的标准波。发电机内部自带防自激开关，电压在安全范围内不会触发，一旦输出电压超过这个范围，发电机可以立刻自动关闸。

中间变压器使用无局放的设计方式，并且通过有效手段来对低压侧的放电进行一定的干扰隔离，同时，补偿电抗器需要使用油浸式的结构，以便补油和排气，同时电抗器之间可以进行任意的组合，以便补偿配置的顺畅进行。

运用超声波局放定位，并以此来对干扰信号进行判别辅助，同时识别变压器内的局放信号。运用紫外线呈现来对实验回路、设备、环境电晕情况等进行檢测，消除对不必要的干扰。

3.2 参数预判

借助发电机组来对变压器进行实验，此时变压器呈现容性，很可能造成发电机启动自激反应，因此此时需要调节负载补偿到感性。

①预判变压器的容性电流量绕组对地线的电容估计值约为21 000 pF以及9 000 pF。按照以下公式进行计算，可以发现在不同的电压下变压器的电容电流可能会发生变化：

Ic=2？仔fC'10Us

f是在实验过程中的电源频率，即250 Hz；C'10则是阀侧电容，单位pF；Us则是试验电压，单位kV。

②预判补偿电抗器的补偿容量针对Y/△换流变压器来说，现场局放实验使用的是对称共同加压，因此需要借助补偿电抗器来对两侧进行双边补偿，在阀侧分别使用三台电抗器（注：175 kVA/35 kV）进行串联，在不同的电压下，补偿电抗器进行补偿的电流量也不尽相同；而针对Y/Y换流变压器来说，现场局放实验使用的是单边加压，因此需要借助补偿电流器来对单侧进行补偿，在阀侧使用四台电抗器（注：350 kVA/35 kV）进行串联，在不同的电压下，补偿电抗器进行补偿的电流依然有变化。

③电压不同变压器损耗以及有功电流的估算对于在250 Hz环境下，变压器可能出现的有功损耗以及电流进行估算的公式如下所示：

Ps=（（Us/UN）（fN/f））1.9x（f/fN）1.6xP0

IRa=Ps/Us.

在本方程式中，Us指的是试验电压值，单位kV；fs指的是实验的电源频率，即250 Hz；P0指的是在50 Hz的时候换流变空载的损耗，单位kW；Ps指的是在250Hz的时候换流变空载的损耗，单位kw；IRa指的是有功电流，单位为A；UN指的是额定电压，单位为kV；fN指的是额定频率，单位为Hz。

在不同的电压环境下，变压器的有功损耗量以及电流量都有所区别。

4 实行抗干扰的措施以及干扰识别技术的应用

4.1 干扰原因以及实行抗干扰的措施必要性

通常对局放测量造成干扰的主要来源包括以下几种：

①在加压实验的回路设备外部进行放电；②在加压实验的回路设备内部进行放电；③在加压实验的回路存在多点连接地线二形成的干扰；④在换流变压器的网侧以及阀侧的高压套管顶部存在一些悬浮物而形成的放电；⑤在设备周围存在带电设备，借助空间电磁产生干扰作用；⑥实验环境中存在电焊机以及电机，在启动过程中形成的干扰。综上所述，对局放造成干扰的因素是很多的，尽管在大多数情况下，局部放电都是比较快速的过程，但是比起其他类型的电气试验来说，它又是相对弱电的现象，加上很多干扰因素总是不经意间出现的，假如很多干扰信号同时进到回路当中，可能会对测量造成比较大的阻碍。尤其是一旦有个别干扰信号无论是在幅值还是密度上都比变压器本身的信号要大，可能会直接造成结果的偏差。因此，必须通过有效的措施来控制干扰因素。

4.2 干扰识别技术的应用

针对不同的干扰因素对放电的影响，可以选择调整施工的时间来进行错时施工、在试验中实行回路单点接地线的方式、选择最理想的均压环等。通常常规检测的方法不能在最大程度上将电晕的强度进行量化以及不能进行准确的定位，导致无法准确识别以及防范干扰源，工作压力非常大。因此为了保证局放实验的顺利运作，对设备以及换流变压器的情况进行随时的掌握以及控制，需要采取很多有效的新型手段。①紫外线成像由于电晕在放电的过程当中会释放一定的紫外线，而紫外线成像技术则正是利用了这一特性，并且这种技术非常适合检测局放实验当中电晕的状态，使用价值非常高。②超宽频带识别这种技术可以很好地识别在局放环境当中存在的噪声干扰以及电晕放电等类型，同时还能够区别防电信号来自工频还是实验系统的内部。③超声定位在换流变压器进行局放实验的时候，这种技术能够对实验的设备以及回路等进行实时测量，随时观察设备的状况是否有异常，对于换流变压器的绝缘起到了很好的辅助作用。在实际使用中，这种技术通常会和电测法以及油色谱分析法相结合，共同进行科学的诊断。④电磁场分析在换流变压器进行现场局放的过程中，很多设备都可能会对这之中的电磁场分布产生不同程度的影响，他们中有一部分可以忽略不计，但是有一部分可能会对准确性造成极大的影响，因此，借助计算机来进行电磁场辅助计算的办法不但准确，而且还具有极强的实用性，在其他的工程领域也有很高的应用价值。

5 研究意义总结

通过楚穗直流（云南楚雄至广东广州）±800 kV直流输电工程换流变压器进行现场局放，我们可以总结出以下几点意义：首先，在换流变压器进行现场局放实验的过程中，需要采用对称共同加压以及单边独立加压相融合的方式，需要考虑是否有比必要对实验设备中单体容量以及体积进行调节以便于进行运输：此处可以认为，Y/△换流变压器进行现场局放时选择对称同时加压；而Y/Y换流变压器进行现场局放的时候则要选擇单边独立加压的形式。

进行换流变压器局放实验的时候，所使用的试验电源最好是中频发电机以及发电机组联系这样的方式，因为这一系统运输移动起来十分方便，实验波形也比较好、性能十分稳定，还有其本身具有非常好的低局放，可以与现场试验需要的要求一一符合。

进行换流变压器局放实验的时候，使用了紫外线成像、超声波定位以及宽频在线检测等多种不同类型的新技术来对干扰来源进行分析，之后借助有效措施来防范干扰带来的影响，因此保证局放实验具有高度的有效性。

针对这次实验，从研究当中得到了十分清晰的结果，同时也给未来的换流变压器局放实验带来了可靠的理论依据以及提供制定标准的参考。

6 结 语

本文针对目前已经正式投入使用且拥有良好成绩的楚穗直流±800 kV直流输电工程换流变压器局放试验展开了系统分析，并且采用不同的电源模式以及不同的新技术来探究抗干扰的具体措施以及现场局放所具备的有效性，同时该研究也为日后进行换流变压器的现场局放提供了可靠参考。

参考文献：

[1] 杨在葆.基于并联谐振原理对±800 kV换流变压器进行局部放电 试验的研究[D].济南：山东大学，2014.

[2] 彭倩，聂德鑫，刘凡，等.特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰 技术[J].变压器，2013，（7）.