自耦变压器雷电冲试验控制支撑电压的方法

2019-04-04

福建质量管理 2019年7期

(特变电工沈阳变压器集团有限公司辽宁沈阳 110144)

一、概述

变压器在电力系统运行中要受到持续工频电压、暂时过电压、操作过电压及雷电过电压的作用。为了保证电力系统安全可靠的运行，要求变压器有足够的冲击绝缘强度，国家标准对变压器的不同的电压等级作了明确规定。雷电在输电线路或电力设备上，有可能造成幅值和陡度都很高的过电压，对设备的绝缘破坏较大。工程上，为了考验电力设备耐受雷电过电压的能力，使用冲击电压发生器进行模拟雷击的试验，这就是雷电冲击电压试验。雷电冲击试验分为雷电全波冲击试验和雷电截波冲击试验，即外绝缘不发生闪络时为全波电压，发生闪络为截波电压。

二、参考标准

GB/T 1094.1-2013 电力变压器第1部分：总则

JB T 501-2006电力变压器试验导则

GB/T 1094.1-2017 电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙

GB/T 1094.1-2013 电力变压器第4部分：电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则

三、试验要求

在电力系统中,雷电击中架空线路导线或户外变电站将产生雷电过电压,其波形变化范围是很大的。为了模拟这种瞬态电压,以研究和考验电气设备的绝缘强度,世界各国标准和国际标准都把冲击电压定义为一种单极性波形。现在包括我国在内的世界各国均采用国际电工委员会(IEC)标准中定义的冲击电压波形作为自己的标准冲击电压波形。国家标准(CB1094.3-2017)《电力变压器第3部分:绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》规定变压器只进行标准雷电全波冲击和标准雷电截波冲击。标准雷电冲击是具有一定极性的非周期性脉冲电压波。

•试验标准波形：波前时间1.2±30%μs 半峰值时间50±20%μs

•中性点波前时间不大于13μs

四、试验原理

冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，经过并联充电，串联放电的过程，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。通常对于雷电波形的调节是通过设备的波前电阻Rf，控制波前时间1.2±30%μs，但是对电压等级比较高，试品容量比较的情况，保证全波波形过冲不大于5%的前提，波前时间不大于2.5μs；全波波尾时间由波尾电阻Rt调节，也可以增加主电容C1进行调节，采用冲击设备并联使用情况，在试品接线回路电感非常小的情况，试验接线需要引入支撑电阻来增加波尾时间，与此同时会引起绕组末端支撑电压，对于半绝缘的变压器，末端的支撑电压可能高于其冲击绝缘要求的75%的冲击电压，这种情况在自耦变压器试验比较常见。

雷电冲击试验原理图

五、对于自耦变压器的冲击试验支撑电压的控制

图1 图2 图3

当对自耦变压器公共绕组即中压绕组进行雷电冲击试验时，由于高压绕组与中压绕组接线为并联连接，则试验回路电感较小，首先在冲击设备增加波尾电阻，设备主电容进行并联使用，当试品电感非常小的情况，上述方法均不能满足波尾时间要求的情况，则应考虑设法加大试品的等效电感,否则可能较难调出满足标准要求的半峰值时间50±20%μs。通常采取在中性点侧串联无感电阻，并且考虑无感电阻的容量是否满足要求，可以增加试品回路阻抗值，进而达到增加波尾时间的问题。如果产品中性点雷电冲击绝缘水平较低，在支撑电阻后，经测量中性的侧电经常超过其要求值的75%，甚至更高，这样必然给中性点绝缘产生不必要的破坏。经过分析，支撑电压过高，是由于雷电冲击波尾电压产生的电感电流，流经绕组后，在支撑电阻出产生的电压，通常的雷电冲击试验接线采取图1的方式，流过高压绕组电感电流I1与流过中压绕组的电感电流I2同时流过支撑电阻，中性点侧支撑电压必然会增加很高，试验过程可以通过测量绕组的示伤电流，与支撑电阻可以估算支撑电压大小，也可以通过电容分压器准确测量支撑电的幅值如图3接线方式，如果支撑电压确实超过中性的冲击绝缘水平的75%，必须要改变接线方式，降低支撑电压，根据自耦变压器绕组电感分析，高压绕组电感足够大，而中压绕组电感值比较小，试验就可以将高压绕组直接接地，高压绕组的电感电流不会流经支撑电阻，从而降低了中性点侧的支撑电压，再次经电容分压器测量电压会降低很多，进而满足中性点侧的绝缘水平，并且电压输入波形也能满足半峰值时间的要求，试验接线方式如图2。在这种接线方式选择上，应增加高压绕组的示伤电流的测量，用以判断高压绕组冲击后绕组的示伤情况。