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变压器感应式振荡型操作冲击试验及局部放电测量技术

发表时间:2017/11/5  浏览次数:935  
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  • IEC60060-3标准推荐的振荡型冲击电压波形具有易于调波、产生效率高的特点。本文针对变压器感应式振荡型操作冲击试验技术进行研究,论述了变压器感应式振荡型操作冲击电压的产生原理,对其参数计算方法进行了研究;并提出了在变压器进行操作冲击耐压试验的同时进行局部放电检测的方法。仿真和试验结果表明,采用所提出的方法可以使用低电压设备产生符合IEC60060-3标准的高幅值振荡型操作冲击电压波形,便于开展变压器现场操作冲击耐压试验:在变压器进行操作冲击耐压试验的同时进行局部放电检测具有可行性。
    关键字: 冲击试验 [2篇] 局部放电 [19篇] 变压器 [185篇]

西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室 李军浩 郭飞 张亮  梁建锋 张哲铭 李彦明

宁夏电力公司电力科学研究院 郭飞

1 引言

近年来超特高压(HV)输电系统在世界各地尤其是在中国快速发展。电力变压器是电力系统的核心组成部分,它是保证电网可靠、安全运行的关键。在电力系统中主要存在短时工频过电压、雷电过电压和操作过电压这3种过电压形式。对于超特高压系统,短时工频过电压和雷电过电压已经不是影响设备绝缘水平的主要因素,而操作过电压是主要影响因素。因此,对电力变压器进行现场操作冲击耐受试验的相关研究近年来得到了广泛关注。对于变压器而言,操作波试验通常采用感应式方法,即采用常规的MARX回路向被试变压器低压(LV)绕组放电,通过电磁感应原理在高压侧上感应产生操作波电压。自1964年由美国GE公司提出该方法以来,国内外相关单位进行了大量的相关研究和现场试验[1-5],并确定了相关标准[6-8]。但由于变压器存在漏抗、线路杂散电感等原因,而该方法所采用的波形是标准操作波。因此,调波困难,且产生效率低,难以通过此方法在现场进行变压器的操作冲击试验,这也阻碍此方法进一步推广应用。

IEC于2006年推出的IEC60060-3标准推荐采用振荡型冲击电压波形作为现场冲击耐压的试验波形(我国于2010年等效采用了该标准)[9-10]。振荡型冲击电压波形具有产生效率高、易于调波适合现场使用、接近设备实际作用波形等优点[11-13]。根据标准定义,振荡型操作冲击电压的振荡频率在1kHz~15kHz之间,峰值时间在20 ~400 之间,半峰时间在1000 ~4000 之间,其波前、波长时间由包络线计算得到。

在设备耐压试验的同时进行局部放电的测量可以更为准确地掌握设备的绝缘状态。目前,已对工频电压下变压器局部放电的测量进行了大量研究。在冲击电压试验的同时进行局部放电的测量同样可以对其局部缺陷进行检测,可更为准确地掌握设备的绝缘状态。

本文针对变压器感应式振荡型操作冲击电压试验,对其产生原理、参数计算方法进行了详细研究,通过现场变压器的高压试验证明了该方法的有效性。提出了在进行该项试验的同时进行局部放电检测的方法,并通过试验验证了其可行性。

2 波形产生基本原理

通过低电压等级的冲击电压发生器对变压器低压绕组放电,对应的变压器高压绕组通过电磁感应产生高幅值振荡型操作冲击电压,利用该电压波形对高压绕组的绝缘进行冲击耐压试验。该方法利用了变压器自身的电磁感应原理,可以采用低电压等级设备实现高幅值的冲击耐压试验。试验方法的原理图如图1所示。

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对于变压器而言,低频振荡部分电压幅值低,对变压器绝缘没有考核作用。而高频振荡部分则具有幅值高、振荡频率高的特点,可作为变压器振荡型操作冲击电压用的试验电压波形。

3 变压器等值参数计算

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3.2 高压星形联结、中压星形联结、低压三角形联结、三相三绕组变压器

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3.3 单相自耦三绕组电力变压器

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将回路参数代入图1所示的等效电路,利用ATP进行电路仿真,可获得高压侧产生的电压波形。

主电容 的直流充电电压为-10.4kV,仿真与试验结果的对比图如图10所示,试验波形参数如表7所示。

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从表7可以看出,所产生的振荡型操作冲击电压波形参数满足IEC60060-3标准的要求。波前时间的仿真值小于试验值,振荡频率和波尾时间的仿真值大于试验值,其中波尾时间的误差最大,主要原因在于仿真时未考虑球隙导通电阻的非线性特性。实际球隙在击穿时的导通电阻为非线性电阻,本文仿真将其当作线性电阻,导致仿真结果在波前部分差异较小,而在波尾部分差异相对较大。

5 振荡型冲击电压下的局部放电测量

工频耐压试验时进行局部放电测量可实现对设备绝缘状态更为准确的评估,近年来振荡型冲击电压下GIS及相关设备局部放电的检测已经进行了一些研究[17-21],表明冲击电压下进行局部放电的检测在技术上是可行的[22-25]。在变压器振荡型操作冲击耐压试验中进行局部放电的测量,可将其从耐压试验提升为诊断性试验。在变压器振荡型操作冲击电压下,可在套管末屏串联检测阻抗来测量局部放电脉冲电流从而对电力变压器进行局部放电测量。

对一台三相双绕组电力变压器进行振荡型操作操作冲击电压试验的同时进行局部放电测量。该变压器额定容量50MVA,高压额定电压110kV,低压额定电压10.5kV。利用高频电流传感器(HFCT)测量局部放电脉冲电流,其原理图如图11所示。

该变压器为新出厂变压器,在进行振荡型操作冲击电压试验前先进行工频局部放电测量,测量结果表明A相、B相和C相放电量均≤50pC,满足电力变压器局部放电出厂试验要求。工频局部放电试验完成后,进行振荡型操作冲击试验及局部放电测量。试验中逐步提高振荡型操作冲击电压幅值,直到出现局部放电脉冲电流,记录此时的振荡型操作冲击电压幅值为局部放电起始电压。该变压器A相在不同外加电压下的局部放电测量结果如图12所示,图中 为脉冲电流幅值。

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从图12可以看出,当外加电压为53kV时,未检测到任何放电信号,而当外加电压增加到163kV时,在波形的第1个上升沿出现了明显的局部放电脉冲信号,测试过程中绝缘未出现击穿现象,但表现出了局放特征。这也验证了在变压器振荡型操作冲击耐压试验中进行局部放电检测的可行性。

6 结论

(1)采用合适的发生器参数可产生符合IEC60060-3要求的振荡型操作冲击电压波形,该波形易于现场调节、产生效率高,该方法可用于变压器的现场操作冲击耐压试验。

(2)在进行变压器感应式振荡型操作冲击电压试验的同时,可利用脉冲电流法进行局部放电检测,有利于进一步提高绝缘评估的准确性。

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参考文献

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