大型变压器雷电冲击试验波形的改善研究

董家明

摘要：随着基础建设规模不断扩大，我国电网电力建设日益完善，不管是经营生产还是人们的日常生活对于电力能源的需求不断增加，在很大程度上也促进了电力行业的迅速发展。电力系统具有复杂性与风险性特征，而大型變压器作为电力系统运行过程中极为重要的组成部分，发挥着突出的作用。文章对大型变压器雷电冲击试验回路中有着较大回路电感具体原因进行了分析，并进一步探究了通过减小试验回路电感逐步改善雷电冲击试验波形的方法。

关键词：大型变压器;雷电冲击;试验波形;有效方法

前言：在电力系统运行过程中，会存在各种未知的风险隐患，其与社会发展及人们的生活密切相关，而其中最为核心的电气元器件便是大型变压器，雷电冲击试验能够对设备安装质量进行有效控制，也是非常关键的环节之一。 雷电冲击试验一定要严格按照相关技术规范要求进行，并对试验数据进行全面分析，找到异常超标数据，第一时间消除风险隐患，从而保障电力系统安全稳定运行。

1大型变压器雷电冲击试验论述

大型变压器雷电冲击试验的主要目的是为了进一步验证变压器绝缘性特点，也是关键试验项目，相关部门也对雷电冲击试验波形制定了严格的规定标准。需将波前时间控制在1.2us±30%u，波前时间峰值为1.56us，波峰处不能大于5%，波尾时间r为50us±20%，也就是波尾时间为40-60s。冲击试验电压并非因雷电过电压所决定，与避雷器水平密切相关，雷击过电压主要指的是避雷器放电之后雷电留残压，同时雷电冲击试验波形又可被分为全波与截波两种。雷电冲击波主要指的是感应雷在架空线路沿着线路相对方向传递的冲击波，冲击波的传播速度大约在150m/us，在架空线路中传播速度为300m/us，不同的冲击波波形差距也非常大。耐压试验过程中，峰值电压为400-480kV，波长在（40±4）us，大型变压器绕组等值电容大，因此，波形可以存在比较大的偏差，同时，样品电感也无法获取单极性波形，振荡反峰值要控制在施加电压值50%以内，分析波形过程中，也需要密切注意变压器出现不过零的情况[1]。

大容量变压器以及高电压在雷电冲击过程中，额定电压比较高，通常在300kV，甚至是更高，我国许多地区，高参数冲击电压发生器，电压在300kV。渡前电阻尺度比较长，回路变大，也说明电感比较大，高电压冲击试验进行过程中，发生器级数也很多，并且各级之间不能并联运行。所以，冲击电压发生器各级电感相加在60-90H，其次，冲击电压发生器和变压器两者之间也有一定距离，一般在10m，从而形成很大的接线回路，其周长在40m以上，外接线路电感超过40H。冲击试验回路总电感超过100H，当技术方面无法科学处理，冲击试验回路电感甚至能够达到150H[2]。

2雷电冲击试验基本原理

变压器冲击试验过程中，可能存在各种未知风险与故障，为了进一步明确样品绝缘性有无被破坏，通常可根据电阻电流以及电压波形图做出有效判断。冲击电压波形可由分压器获取，电流波形可由示伤电阻获取，50%电流及电压波形与全电压状态进行综合对比，比较常用的方法为，假设50%的电压状态下的波形为正常状态，可根据波形重合情况判断变压器的绝缘性有无遭到破坏[3]。

3大型变压器雷电冲击试验波形的有效改善措施

3.1构成冲击试验回路电感L的环节以及减小电感的详细方法

雷电冲击试验回路电感则主要含有冲击电压发生器电感与外部回路电感。另外冲击电压发生器也包含了电容器、引线以及波前电阻电感。目前，国内大型冲击电压发生器主要使用脉冲电容器，并形成不同级别电容，各级之间采用脉冲电容器进行串联，并且可产生300kV电压。在具体试验过程中，冲击电压发生器主要使用脉冲电容器，其电感在1uH，进行串联之后，电感可达到2uH[4]。因为各级电压比较高，大约在300kV，所以，引线回路长度大约在2.95m，各级引线回路电感在2.95uH。各级波前电阻电感，根据其实际结构状况，通常为若干uH。波前电阻电感，经过实测可知，但是因为波前电阻残余电感具体数值比较小，一般在几微亨，每级波前电阻值大约在几十欧。经过充电之后，电容器放电过程中，阻尼比较大，不能有效获取振荡波形衰减情况，因此不能对波前电阻直接实测。该情况下，应当使用直径和波前电阻丝相同的铜线，针对电阻详细尺寸，绕制模型电阻。使用充电后的电容器对该模型电阻构成的回路进行放电，通过高压脉冲示波器，能够有效测得不同结构尺寸的波前电阻具体电感[5]。

冲击试验外回路电感主要则由波前电阻到变压器之间的高压引线、接地回路电感等部分构成，这样的不同边周长便是外回路长度，依据1gH/m来进行估算是很接近的。试验过程中，外回路长度在37m，外回路电感估算值在37uH，研究环节中，可对外圆路电感进一步实测，实测值和估算值非常接近。通过分析不同环节电感，想要减小各级引线回路电感、脉冲电容器电感是极其困难的，甚至不可能完成。电容器电感大约只有1uH，想要减小可能性不高，并且其也并非关键问题。常年使用的冲击电压发生器，各级引线长度无法减小，外回路部分，冲击发生器和大型变压器之间的距离通常在15m左右。已经完成安装的冲击发生器与产品运输轨道现场，是无法改变的，在高压试验环境下，应当尽可能的缩短两者之间的护理，从而达到减小试验外回路电感的目的，可能性比较高的便是渡前电阻残余电感[6]。

3.2减小试验回路电感对冲击波形的改善

为了证实通过减小冲击试验回路电感，从而对雷电冲击波形起到良好的改善效果，试验过程中，在相同的SSZ-180000/220变压器中，对高压绕组进行试验研究与对比。在每次试验过程中，冲击电压发生器都是采用4级串联保持运行，并且包括了接地回路等外回路引线，三条边周长在37m。使用宽30cm、厚1mm的铜带，对传统无感结构及新型结构不同波前电阻形成的回路电感进行对比，并分析不同阻值情况，以及对冲击波形产生的影响进行了全面测量。R阻值主要指波前电阻串联值[7-8]。

对变压器可能存在的绝缘薄弱处进行加强优化，同时使其静放大约24小时以后，再次试验，該次试验结果与之前的试验结果大致是相同的，在完成试验后，容易出现绕组绝缘短路的情况。其内侧出现放电情况。导线质量问题都会造成变压器样品发生放电的现象，将放电部分进项拆开，并深入分析，2根导线绕组，其都可能会发生冲击放电，在之后的试验过程中，故障还会逐步扩大，出现击穿问题，经过查找，能够及时发现绝缘层之间无压叠，导线中无绝缘空隙，受到强压作用情况是，会导致油隙发生放电现象，绝缘纸板也会逐渐碳化，发生短路与击穿，导线绝缘结构发生故障，可对高压绕组导线及时进行更换，之后重新完成装配后，再次进行试验，明确试验合格率。

结束语

一直以来，大型变压器雷电冲击试验波形峰值过冲、波前时间都无法符合相关规定要求，其中非常重要的一点便是试验回路电感比较大，绕组电容也明显较大。雷电冲击也会对变压器的正常运行造成不同程度的影响，甚至会对变压器的安全性造成影响，但因为电压等级多样化，且绕组工艺也复杂化，类型繁多，变压器的容量也各不相同，导致雷电冲击故障判断及处理方法无标准方法。只有结合经验，不断的深入研究，才能够探索出更好的方法与措施，这也是行业关注的焦点。

参考文献

[1]杨敏青， 朱士全. 大型变压器雷电冲击试验波形的改善[J]. 变压器， 2017， 36（3）：5.

[2]肖林， 张乐. 变压器雷电冲击试验全波波形调节[J]. 电力机车与城轨车辆， 2018， 39（1）：5.

[3]宋作森， 刘东， 钱国超，等. 论规范大容量换流变的雷电冲击试验波形参数的重要性[J]. 电瓷避雷器， 2016（4）：5.

[4]孙宇， 刘洋. 变压器雷电冲试验接地方式的选择[J]. 福建质量管理， 2019， （007）：108.

[5]ZHAO Jun， 赵军， CHEN Weijiang，等. 变压器雷电冲击试验的空间磁场计算分析[C]// 中国电机工程学会高电压专业委员会学术年会. 中国电机工程学会高电压专业委员会， 2018.（13）22-23

[6]王承， 何志伟. 电力变压器雷电冲击试验波形的电阻调节[C]// 中国电机工程学会测试技术及仪表专业委员会换届年会暨电力系统综合测量技术研讨会. 2019.（13）33-34

[7]赵军， 陈维江， 高飞，等. 变压器雷电冲击试验空间磁场对智能组件影响的计算分析[J]. 中国电机工程学报， 2018， 36（14）：9.

[8]刘洋， 汪斌， 王丽丹. 变压器雷电冲击试验波形调节方法[J]. 山东工业技术， 2019， 291（13）：196.

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