变压器暂态电压传输特性试验技术研究
2022-05-08黄炫磊王文渊
黄炫磊，马 斌，陈 光，王文渊
（1.保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071050；2.河北省输变电装备电磁与结构性能重点实验室，河北 保定 071050）
目前电力变压器绝缘是衡量变压器性能的一个重要指标，其安全可靠运行对电力系统有着重要的意义。电磁瞬态过程造成的绝缘故障是变压器各种故障中比较常见的一种，其中就包括雷击输电线路产生的雷电入侵波。当雷电入侵波进入变压器高压绕组时，若其绝缘强度不够，就会造成绝缘击穿，发生绝缘事故。通常设计时会比较重视在雷电冲击下变压器绕组的电压分布，实际上除了高压绕组本身产生振荡过电压外，通过电容性和电感性耦合，在中压绕组、低压绕组上也会产生较高的冲击电压。因此开展变压器暂态电压传输特性测量试验技术研究工作具有重要的意义。
1 试验平台搭建
电力变压器暂态电压传输特性测量试验原理为模拟雷电波入侵高压绕组时，测量其他绕组传递电压值，因此应该在高压绕组端头施加标准雷电波形，测量中、低压对应端头电压值，根据该原理搭建试验测量平台。
1.1 试验平台的组成
本次研究测试平台由3个系统组成，分别是雷电冲击信号输出系统、被试变压器和测量系统。其中雷电冲击信号输出系统提供标准雷电冲击波形，测量系统用来测量输出波形参数、输出电压和传递电压。测量平台系统图如图1所示。
图1 变压器暂态电压传输特性测定试验平台系统图
1.2 雷电冲击电压信号输出系统选择
国标规定变压器暂态电压传输测定试验，可采用低电压循环冲击发生器或在冲击试验期间降低电压进行，本次研究选用雷电冲击重复脉冲信号发生器，该设备最高可输出电压1 000 V，通过调节仪器参数进行波形调节实现标准雷电波形输出。
1.3 测量系统选择
测量系统由示波器和可调电容器组成，具体如下。
1.3.1 示波器选择
本次变压器暂态电压传输特性测量试验研究测量示波器选用泰克示波器。
1.3.2 标准电容选择
实际变压器运行过程低压绕组连接了一部分设备及母线，形成低压波阻抗，模拟该波阻抗的方法可以选择电阻也可以选择电容，本次研究选择低压侧绕组测量上采用不同的电容来模拟低压侧线路电容值。
2 试验方法设计
根据测量原理对几种典型结构变压器试验接线方法提出建议。
2.1 试验线路
试验线路接线图如图2～图6所示。
图2 三相变压器（YNd11）带电容的试验接线图
图3 三相变压器（YNd11）不带电容的试验接线图
图4 三相变压器（YNyn0d11）不带电容的试验接线图
图5 单相变压器的带电容试验接线图
图6 单相变压器的不带电容试验接线图
2.2 测量方法
无论三相变压器或单相变压器，每一相绕组都需要进行测量。对于单相及双绕组变压器高压入波除了测量端子外其余端子均接地；对于三绕组变压器和自耦变压器要在高压绕组施加标准波形时，同时测量中压绕组及低压绕组对应端头传递电压。测量时先不接电容进行测量，如果测量结果传递电压不超低电压绕组雷电冲击耐受电压80%，记录此时测量值，存储波形完成测量。如果超过低电压绕组雷电冲击耐受电压80%，则在记录实际测量值存储波形后接可调标准电容，调节电容值使得低压传递电压不超80%雷电冲击电压耐受时，记录此时电容值并存储波形完成测量。
3 测量结果与讨论
根据设计的试验方法，对不同型号的变压器进行了实际测量，测量时施加雷电波形需满足波头时间范围T1：1.2μs±30%，波尾时间范围T2：50.0μs±20%。输入峰值电压100 V，被测端头电压与输入电压的比值，即可表征被试品暂态电压传输关系。下面分析几种典型型号电力变压器测量结果。
3.1 SZ11-20000/110型变压器测量结果
SZ11-20000/110型变压器测量结果见表1，端子a电压测量如图7所示。
图7 端子a电压测量图
表1 SZ11-20000/110型变压器测量结果
3.2 SFP-280000/220型变压器传测量结果
SFP-280000/220型变压器传测量结果见表2，测量端子a测量电压如图8所示。
图8 端子a测量电压图
表2 SFP-280000/220型变压器传测量结果
3.3 ODFS-334000/500型变压器传测量结果
ODFS-334000/500型变压器传测量结果见表3，相测量电压如图9所示。
图9 相测量电压图
表3 ODFS-334000/500型变压器传测量结果
3.4 SFP-380000/500变压器传测量结果
SFP-380000/500变压器传测量结果见表4，测量端子a测量电压如图10所示。
图10 端子a测量电压图
表4 SFP-380000/500变压器传测量结果
4 结论和建议
开展了变压器暂态电压传输特性测定的研究，设计了变压器暂态电压传输特性试验方法，在几种典型结构的变压器上进行了测量，得到如下结论：
变压器暂态电压传输特性主要受到产品结构影响，与低压侧负载有关，因此在变压器暂态电压传输特性试验时，不带负载直接测量的值，等同于产品在最恶劣情况下电压传递情况。当测量结果超过规定值的时候，通过接负荷电容的方式测量传递电压临界值的时候的变压器负载电容值，将该测量结果提供给用户作为低压侧阻抗设计的参考，可以为绝缘结构优化设计提供参考，具有较高的工程实践价值。
