2018有关高压电网变压器局放试验的探讨

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　　摘 要：文章阐述高压电网变压器在局部放电试验（简称局放试验）时补偿容量的有效估算方法，并探讨局放试验时常见的干扰现象与排除措施，以供参考。
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　　关键词：局部放电试验；有效估算；干扰排除
　　
　　1 局放试验时补偿容量的估算方法
　　1.1 局放试验接线
　　根据GB50150－2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和GB/T7354-2003《局部放电测量》的要求，现场局放试验采用单相接线、逐相加压的方式，以一台三线圈（包括高、中、低压线圈），联接组别为YNyn0d11的主变为例，试验时分别在低压加压，利用主变高压和中压套管的主电容作为耦合电容，从测量屏处抽取信号测量局放信号。试验接线图如图1所示。
　　
　　图1局放试验接线图（以主变A相为例）
　　注：G为无局放变频电源；T为励磁变压器；L为补偿电抗器；T1为被试变；Z1与Z2为检测阻抗。
　　1.2 容性补偿容量的估算
　　变压器绕组连同套管的主电容为分布电容，以三绕组变压器为例，忽略杂散电容影响，如图2所示。
　　
　　图2变压器的主电容分布情况
　　注：CHO，CHM，CHL，CMO，CML，CLO分别为图示高压绕组对地、高压对中压绕组、高压对低压绕组、中压绕组对地、中压对低压绕组和低压绕组对地间绝缘介质的电容量。
　　图2中的铁芯和外壳在试验时为地电位。由于各绕组电压分布和电容分布都不均匀，导致各部分绝缘介质的容性电流也不相同，且呈无规律分布，这给容性无功容量的估算带来了较大困难，采用积分电流的方法能满足现场试验的需要。以计算被试相高压绕组对地电容电流为例，忽略杂散电容等影响，积分电流法如图3所示。
　　
　　图3积分电流方法
　　注：H为绕组的高度，Uh，Ch和Ih为积分单元dh的电压、电容和容性电流。
　　因此被试相高压绕组对地电容电流为：
　　 =ω × ω
　　其他各部分电流计算方法类似，得到总的容性无功为：
　　Q= ω（CHO+CHM+CHL）U2 H+ ω(CMO+CML) U2 M+ ωCHMUHUM+ωCLOU2 L
　　忽略变压器低压侧的无功，得到简便的容性无功计算公式为：
　　Q ωCHU2 H
　　以3台220kV主变现场局放试验的容性无功容量估算为例。主变的主要参数和试验时实际的补偿容量见表1。可以看出，根据上述公式估算出的补偿容量与实际的补偿容量相差不大，误差均在10%以内，能满足现场试验的需要。
　　表1 3台主变的参数和实际补偿容量
　　型号 主变1 主变2 主变3
　　额定容量/kVA 180000 180000 180000
　　最高运行电压/kVA 252 252 252
　　介质损耗因数测量试验中得到的电容量/pF 高压侧：15120 高压侧：13820 高压侧：14990
　　 中压侧：24950 中压侧：20390 中压侧：24130
　　 低压侧：25620 低压侧：20480 低压侧：25490
　　试验频率/Hz 170 180 180
　　实际补偿容量/kVA 182 174 182
　　根据公式估算的容量/kVA 192 185 200
　　估算与实际补偿容量的误差/% +5.5 +6.3 +9.9
　　2 局放试验时常见的干扰现象与排除措施
　　局放脉冲信号是一个快速的放电过程，与其他电气试验中的测量相比，它又是一种弱电现象。如果各种干扰信号进入试验回路，将给测量带来许多困难。特别是在现场进行局放测量时，有些干扰幅值和密度都远大于变压器局放信号，为保证现场试验的顺利完成，必须找出并排除干扰源。
　　众所周知，采用脉冲电流法测量的变压器局放脉冲信号，通常显示在示波屏的李育沙（椭圆）基线上。随着试验电压的增加，脉冲的幅值和密度都有所增加，根据这一特点，可以将部分干扰信号排除。
　　2.1 试验加压前的干扰信号
　　在对某1号主变进行局放试验时，发现在电源未合闸之前，局部放电测试仪（简称局放仪）图形上显示干扰较大。经检查，主变高压侧架空线上有感应电压，后将架空线接地，干扰消除。此类干扰为固定干扰，不随试验电压增加而变，较容易排除。处理前后的图形如图4所示，左图为处理前的图形，右图为处理后的图形，以下相同。
　　
　　图4试验加压前的干扰
　　2.2 试验电压较低时的悬浮放电干扰
　　对某变电所3号主变A相进行局放试验，当试验电压加至约50ＫＶ时，试验人员听到明显的放电声，且局放仪显示局放量异常，停电检查后发现Ｂ相高压套管末屏接地未接而悬浮，接地后干扰排除，如图 5 所示。此类干扰较易排除，因为一般变压器绝缘上的局放不可能在较低电压下出现，一般这类干扰多为末屏接地不良、套管电流互感器二次接地不良等。
　　
　　图5 试验电压较低时的悬浮放电干扰
　　2.3 接触不良引起的干扰
　　对某1号主变进行局放试验，当试验电压加至约130ＫＶ时，局放仪显示局放量异常，停电更换测量阻抗、同轴电缆后干扰依然存在，后排查发现补偿电抗器与高压引线接头处未旋紧，导致接触不良。处理后干扰排除，如图6所示。
　　
　　图6设备接触不良引起的干扰
　　综上所述，现场试验比较容易排除的是固定干扰、试验电压较低下的干扰。而试验设备自身带来的干扰较难排除，因为它们的波形与变压器局放信号的波形较为类似，容易混淆且随着试验电压的增加而增加，对于这类干扰一定要认真对待，防止误判。
　　3 局放超标分析
　　在对某1号主变进行局放交接试验时，发B与C两相高中压侧局放量值均小于背景干扰40pC，放电波形如图7所示。在对A相进行加压时，中压侧局放量值合格，其放电波形与图7相同；而高压侧局放量值超标，起始电压和熄灭电压分别为100kV和60kV，在高压侧试验电压为100kV和200kV时的放电量值分别为100pC和1000pC，放电波形（局放仪均已外接同步电压）见图8和图9。被试变压器高、中压侧的传递系数约为3∶1。试验后取变压器油样进行色谱分析，总烃及乙炔均正常。再一次加压，其试验结果和放电波形与之前无差异，而变压器出厂试验时三相局放量均为40pC左右。
　　根据以上情况分析认为：B与C相局放正常，可基本排除试验电源、测量系统及外部强电场干扰等问题。而根据被试变压器高、中压侧传递比的关系，A相高压侧局放超标导致变压器内部绕组绝缘出现问题的可能性不大，且根据局放波形对称的现象，可排除内部悬浮电位放电的可能。
　　
　　图7B与C两相局放波形
　　
　　图8试验电压100kV下A相的波形
　　
　　图9试验电压200kV下A相的波形
　　综上分析，原因可能是高压侧引线与套管连接松动、出线绝缘或套管本身的问题。对变压器进行放油处理，发现A相高压侧出线绝缘和连接正常，而后将A相高压侧套管与B相高压侧套管互换后再次试验，发现更换后的A相局放合格，B相超标，其测试结果与放电波形分别同更换前的B与A相相同，最后将存在问题的套管更换为新套管后，试验全部合格。
　　4 小结
　　现今我国变压器局放试验相应的试验设备和技术都有了较大的发展，从测量局放仪的数字化，到试验设备的集约化，再到试验电源的更新换代，给现场试验带来了较大的便利，也大大提高了工作效率。但仍需要注意以下几点：
　　（1）随着产品材料、工艺技术的发展和制造水平的提高，变压器的局放水平已被控制在较小的范围之内。在现场安装过程中，应注意套管、高压引线和其他外绝缘附件的安装，以避免因此带来的局放异常问题。
　　（2）局放试验时的一些干扰可以在试验前的接线处理中得到排除，如防止感应电的影响，局放仪的输入单元尽可能接近被试变压器、高压引线尽量避免尖角、毛刺或悬浮电位的影响，试验接线时尽量选择同一点接地等。
　　（3）由于变压器油中局放信号的频率分布可达1GHz，空气中局放约为200MHz，而目前窄频带局放测量系统的工作带宽约为10kHz，宽频带系统的工作频带也就仅为几十到几百千赫兹，在这种工作带宽下，提取到的局放信息量非常少，不足以反映设备的局放水平，且在这个工作频带下去除干扰也是难题，所以更宽工作频带的局放测量系统或特高频测量技术是发展趋势。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。