变压器雷电冲击试验波形调节方法

刘洋 汪斌 王丽丹

摘 要：变压器在电力系统运行中要经常受到雷电过电压的作用。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雷电冲击试验波形做出规定。因此本文主要通过介绍调节冲击设备参数，调试试验回路，以及引入调波试验装置，达到调节出标准的雷电冲击波形的目的。

关键词：变压器试验；雷电冲击试验；标准

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.175

1 概述

变压器雷电冲击试验主要用于考核变压器耐受雷电冲击波绝缘水平，是变压器绝缘试验中的主要项目。变压器雷电冲击试验时，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》规定了变压器雷电全波冲击和标准雷电截波冲击试验标准。试验标准波形： 波前时间1.2±30%μs 半峰值时间50±20%μs。但是，在进行特高压、大容量变压器和换流变压器雷电冲击试验时，由于电压等级较高，试品入口电容较大，通常波前时间很难上述试验标准要求；尽管标准上也允许在满足过冲小于5%的情况下，有较长的波前时间，但是，试验波形尽量接近标准雷电冲击波形，对变压器试品的绝缘水平考核越严格。

2 试验回路分析

雷电冲击试验的主要设备是冲击电压发生器，电容分压器和冲击测量系统，冲击电压發生器是利用电容器的并联充电和串联放电的方式，而得到的高电压雷电冲击波形。雷电冲击试验等值回路图1，C1为冲击发生器的本体主电容，如果发生器有n级，每级电容为C，那么C1=C/n；C2为负载电容，它包括试品电容及冲击电压分压器电容，冲击电压发生器杂散电容等。Rf为所有波前电阻之和，Rt为所有波尾电阻之和。

3 冲击波形参数的调节

3.1 冲击发生器本体电容对雷电冲击波形的影响

冲击发生器的本体电容决定了发生放电时的能量，当主体电容增大时，波前时间几乎没有变化，波前时间按1.67（T0.9-T0.3）计算，Um值变大，所以波前时间按略有变化，但变化不大。放电波形明显抬高，放电时间增大。

冲击发生器20级，每级电容0.9μF，调节主电容与波前时间，波尾时间关系。

3.2 波前电阻对雷电冲击波形的影响

由可得，。

因此冲击波形的波前时间，由冲击发生器的波前电阻值决定，当波前电阻变大时，波前时间也明显变大，下表为其他参数不变时不同波前电阻的波形的比较。当波前电阻增加时，冲击波形过冲振荡减小，因此波尾时间有所增加。

3.3 波尾电阻对雷电冲击波形的影响

由，可得：其中。

因此冲击波形的波尾时间，由冲击发生器的波尾电阻值决定，改变波尾电阻Rt，能够改变冲击电压发生器主电容的放电时间。下表为其他参数不变，改变波尾电阻的波形图比较。

3.4 调波装置的引入

由于回路电感的存在，对于的特高压、大容量变压器产品，如果按冲击电压波峰值处振荡过冲不得超过基本幅值的5%，通过冲击设备参数调整，波前时间无法满足1.2μs±30%μs的试验标准要求，若按波前时间调整，冲击电压波峰值处的震荡过冲又达不到要求。因此引入调波试验装置，改善大负荷时的全波波形，减小峰值的过冲或振荡，并且减小波前时间，在波前电阻处并联调波电容，这样试品入口电容的充电电流除通过波前电阻外，还通过调波电容，从而减小波前时间，同时调波电容还能抑制回路电感所引起的波形振荡，减小过冲。由回路电感产生的波形振荡得到抑制，同时由于峰值降低，波前时间也有很大的改善。

4 结论

通过对一般的变压器产品的试验，通常对冲击设备调波原件参数的调整，可以得到较为理想的冲击波形，但是对于特高压类大容量变压器来说，目前冲击设备还不能满足冲击波形的要求，试验过程尽量合理布置设备与产品的位置，减小回路电感，必要时采用调波装置进行试验。