220kV 油浸式电力变压器的高压电气试验方法及应用探讨

2024-03-10杨进

中国设备工程 2024年4期

杨进

（贵州电网铜仁供电局，贵州铜仁 554300）

1 研究背景和意义

220kV 油浸式电力变压器高压电气试验的研究设计主要涉及电力系统的安全稳定性、变压器的可靠性和使用寿命，能源利用效率等方面。作为电力系统中不可或缺的设备之一，220kV 油浸式电力变压器的安全稳定运行对于保障电力供应的连续性和可靠性至关重要，高压电气试验可以评估变压器的绝缘性能，确保其在高电压环境下能够安全运行，预防绝缘击穿等安全事故的发生。

1.1 高压电气试验的原理

高压电气试验是指对电力设备或电力系统中的电气元件进行一系列测试和检查，以验证其安全性、稳定性和可靠性的过程。它主要通过施加高电压、高电流、高频率或高耐受能力的条件，对电气设备进行电气性能的评估、故障诊断和耐受能力的检验，发现潜在的绝缘缺陷或损坏，并及时采取措施进行修复或更换，确保设备在正常工作条件下具有良好的绝缘性能。高压电气试验可以模拟设备在额定工作电压下的工作条件，通过持续施加高电压和持续运行，验证设备的工作稳定性和安全性。这有助于发现设备在长时间运行中可能出现的问题，如温升过高、局部放电、绝缘老化等，从而及时采取预防措施，提高设备的可靠性和寿命。高压电气试验是对电气设备进行质量控制的重要手段，通过对出厂设备进行高压试验，可以确保设备符合国家标准和技术规范，达到一定的安全和性能要求，这可以有效减少不合格设备流入市场，提高设备的质量和可靠性。

常用高压试验有：绝缘试验、交流耐压试验、变比试验、直阻试验、空载试验、短路阻抗试验、局部放电量试验、绕组变形试验、变压器绝缘油试验等，高压电气试验是确保电气设备安全可靠运行的重要环节。不同类型的试验可以帮助检测潜在的故障、确定设备性能，并提供改进和维护的方向。具体选择何种试验取决于设备类型、规格和特定需求。

1.2 变压器的绕组变形测试

电力变压器在运输过程中很可能受到各种物理撞击或在运行中受到绝缘故障短路电流的冲击。在强大的外物撞击或故障电流作用下，变压器绕组可能会出现局部变形，这将对变压器的安全运行带来了严重影响。根据国家电力行业标准DL/T911-2004，可使用频率响应分析法来测量变压器的绕组变形。变压器绕组的幅频响应特性等效于图1，当我们连续改变外施正弦波激励源Us 的额率f，测量对应的的响应端电压U2 和激动端电压U1的信号幅值之比，就会获得电力变压器的幅频响应曲线（即变形曲线）。

图1 绕组变形测试原理图

1.3 变压器的变比测试

变压器的变比测试是一种常见的高压电气试验方法，用于测量变压器的变压比，主要作用是检测分接头是否接错，绕组是否匝、层、饼、相间短路，是否断线。变压比是指变压器初级侧和次级侧匝数之间的比例关系，也可以理解为输入电压与输出电压之间的比值。如图2，通过变比电桥法，在高压侧依次加单相交流电源，低压侧测量电阻，电阻之比即为电压之比。

图2 变压器的变比测试原理图

1.4 变压器的直流电阻测试

变压器绕组直流电阻测量是简单常规的试验项目，是确保变压器生产质量的一个重要手段。因为加入电流几A-几十A，所以检测接触/焊接情况灵敏，主要作用是检测绕组、分接头、引线、导电杆的接触/焊接情况。如图3，根据被试品的容量，在被测绕组中通以适当的恒定直流（电流值和绕组横截面有关），然后测量目标绕组中的电流和电压降，再根据欧姆定律，即可计算出的直阻值，但需要注意接头处可能产生氧化膜，当试验不合格时，需要试验员去排除接头氧化膜干扰的问题。

图3 电压-电流表法测量直阻原理图

1.5 变压器的有载分接开关测试

有载分接开关（OLTC）可以在不断电的情况下调节变压器档位，是一种重要的开关装置，用于为变压器在负载变化时提供相对稳定的电压。它通过切换电压取样点改变变压器绕组的匝数，无须中断负载电流，对供电可靠性有很大的保障，实现变压器在负载状态下的电压调节。调整开关位置可以测量OLTC 的过渡时间、过渡波形、过渡电阻以及三相同步等电气参数。此外，需要检查OLTC 连接点是否存在接触不良、内部断路或短路，并评估过渡接触件的电气寿命（图4）。

图4 有载分接开关三相波形图

1.6 变压器绝缘电阻试验

变压器的绝缘油、固体绝缘材料等是不导电的物质，但并不是绝对的不导电，如图5，其在直流电压的作用下，会有微小电流流过，可视为由三部分电流组成：Ia 为吸收电流，指有损极化对应的电流，随时间衰减至0；Ib为电容电流，加压瞬间套管中的无损极化所引起的电流，也随时间衰减至0；Ig 为泄漏电流，离子定向移动形成的电导电流，数值基本恒定。当K1合上后，套管绝缘电阻R=U/I=I=U/(Ia+Ib+Ig)=U/Ig。

图5 绝缘电阻试验原理图

1.7 变压器介质损耗试验

变压器介质损耗试验的目的主要是检查变压器内外部整体、变压器套管是否进水受潮、油纸绝缘是否劣化等缺陷。变压器介质损耗试验主要使用QS 西林电桥来实现，如图6，调节R3 和C4电检流计Ip 为0，此时a、b 两点的电压相等，即R3 和C4 的两端电压相等，可得到介质损耗因数tanɑ=ωR4C4，实测电容量CX=R4×CN/R3。

图6 QS 西林电桥原理图

1.8 变压器绕组连同套管的工频交流耐压试验

绝缘电阻等非破坏性试验对局部缺陷反应不灵敏，为了防止变压器丧失绝缘性能发生击穿现象，需要在出厂前、投运前、必要时做交流耐压试验，可以帮助我们准确判断变压器的绝缘状态。如图7，从左至右分别为交流部分、调压部分、保护部分、测量部分。交流部分的容量需要满足需求，调压部分应平滑调节，少畸变，容量与试验变压器相同。保护部分通过限流、击穿短接来保护电容型套管、试验变压器。连接试验变压器与调压器的接线，将变压器空升，确保自身性能正常。参考出厂耐压值来选择本次耐压的数值，匀速升压到耐压值，计时60s，期间应无放电、闪络、冒烟、过流跳闸现象。

图7 工频交流耐压试验

2 绕组变形测试的数据分析判断方法以及相关注意事项（图8）

图8 绕组变形的判断方法

2.1 绕组变形测试的相关注意事项

有载开关应在最大分接下测试（一般是1 挡，直阻最大），无载开关应在运行档位测试；绕组底部激励发信号，顶部响应接信号；应先测绕组变形，防止直阻、绝缘电阻、介损等试验产生剩磁，影响绕组变形结果。

2.2 变压器的直流电阻测试的数据分析判断方法以及相关注意事项

（1）变压器的直流电阻测试的数据分析判断方法。各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2%；无中性点引出的绕组，线间差别不应大于三相平均值的1%。

（2）变压器的直流电阻测试的相关注意事项。变压器低压侧直流电阻测量应使用大电流恒流源。因为变压器容量越大，额定电流必然越大，低压绕组截面积必然要做大，电阻也就更小，绕组是感性元件，电感因为自感要阻止电流上升，充电平衡时间（即外加电流的时间）与时间常数L/R 成正比，与电流大小成反比，故通过增加电流才能缩短测量时间。