談電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)

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摘要：電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目多，內(nèi)容復(fù)雜，對(duì)試驗(yàn)人員專業(yè)技術(shù)要求高。試驗(yàn)質(zhì)量管理水平，是保證電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵。文章將結(jié)合電力變壓器預(yù)防試驗(yàn)的技術(shù)要求，分別從測(cè)量絕緣電阻、吸收比，直流耐壓及泄漏電流，測(cè)量介質(zhì)損耗角正切值和交流感應(yīng)耐壓試驗(yàn)入手，對(duì)試驗(yàn)中的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行分析總結(jié)，希望能為電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)質(zhì)量管理提供參考。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；預(yù)防性試驗(yàn)；直流耐壓及泄露；感應(yīng)耐壓

前言

電力變壓器本身的特性以及在電力系統(tǒng)中的特殊作用，使得變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性成為影響電力系統(tǒng)供給穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。隨著整體工業(yè)水平的提高，雖然電力變壓器制造工藝有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但21世紀(jì)以來，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，使得電力系統(tǒng)更加智能化，復(fù)雜化。隨著電力系統(tǒng)“智能電網(wǎng)”和“無人值班，少人值守”運(yùn)行模式的推進(jìn)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求配備更少值班人員的同時(shí)，也對(duì)設(shè)備的性能和運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高的要求。電力變壓器作為電力系統(tǒng)中舉足輕重的調(diào)壓設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行定期、及時(shí)的運(yùn)行分析，并對(duì)已發(fā)現(xiàn)的隱患進(jìn)行跟蹤、處理和預(yù)判，是保證電力變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段之一。而電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部隱患，評(píng)估其性能的最重要方法，也是對(duì)其運(yùn)行分析最重要的參考指標(biāo)。因此，深入了解電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)的特點(diǎn)，工具和技術(shù)要點(diǎn)，并能使用科學(xué)的試驗(yàn)方法和流程，是保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性的前提，也是分析變壓器性能的最重要參考指標(biāo)，這也是本文分析的重點(diǎn)。

1絕緣電阻和吸收比試驗(yàn)

1.1技術(shù)思路

在預(yù)防性試驗(yàn)中，測(cè)量絕緣電阻和吸收比主要是針對(duì)變壓器絕緣材料受潮以及熱老化等方面的問題進(jìn)行綜合分析，其也是評(píng)估電力變壓器絕緣水平和發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的重要手段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，變壓器絕緣材料在干燥后，其絕緣電阻的變化要顯著高于介質(zhì)損耗角正切值的變化。因此，在試驗(yàn)中通過測(cè)量絕緣電阻與吸收比能很好的表征電力變壓器的絕緣水平[1]。

1.2試驗(yàn)技術(shù)路徑

1.2.1試驗(yàn)設(shè)備選擇目前測(cè)量絕緣電阻和吸收比的設(shè)備主要有兩種，手搖指針式兆歐表和電子式兆歐表。因企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本等因素，老式手搖兆歐表仍在被使用。相比于電子式兆歐表，手搖式兆歐表操作更復(fù)雜，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)技術(shù)要求更高。所以，本文選擇老式手搖兆歐表作為分析對(duì)象。一般技術(shù)要求建議，變壓器額定電壓大于1kV，選擇規(guī)格為2500V的兆歐表；變壓器額定電壓不足1kV時(shí)，選擇1000V兆歐表；對(duì)于220kV以上變壓器，選擇輸出電壓5000V，輸出電流大于等于3mA的兆歐表。

1.2.2測(cè)試環(huán)境設(shè)定測(cè)試時(shí)變壓器需在隔離態(tài)，測(cè)試前需對(duì)變壓器進(jìn)行電氣隔離，并斷開前、后連接，且繞組短接接地。一般設(shè)備放電時(shí)間應(yīng)大于1分鐘，對(duì)于大容量變壓器，放電時(shí)間應(yīng)大于5分鐘。

1.2.3測(cè)量時(shí)的技術(shù)要求（1）變壓器表面污垢可能會(huì)產(chǎn)生雜散電流，被試設(shè)備計(jì)算為泄露電流時(shí)，將造成絕緣電阻偏低。為避免此問題，變壓器放電結(jié)束后選擇清潔的布料清理變壓器瓷屏、器身等部位，必要時(shí)可借助除油劑等處理污垢。若設(shè)備所處環(huán)境濕度偏高，可從被試設(shè)備屏蔽端子引出屏蔽線，通過軟裸線纏繞后與被試部件表面連接，屏蔽表面雜散電流。（2）試驗(yàn)時(shí)，為避免被試?yán)@組與非被試?yán)@組之間電容和感應(yīng)電壓的影響，測(cè)量絕緣電阻時(shí)，可使用空閑繞組短接接地的方法。其關(guān)鍵技術(shù)包括：將變壓器需要測(cè)試的繞組引出線前后短接，短接后與兆歐表“L”端連接。其非被試?yán)@組短接，并外殼連接接地，連接在兆歐表“E”端子上。這樣不但保證了被試部分與非被試部分有效隔離，而且避免了高反電動(dòng)勢(shì)傷人和擊穿絕緣。（3）整個(gè)測(cè)試過程，應(yīng)由兩名以上專業(yè)工作人員相互配合，在確定接線正確且有效后，由一個(gè)人負(fù)責(zé)操作兆歐表，并指定為負(fù)責(zé)人；另一人戴絕緣手套對(duì)兆歐表“L”端進(jìn)行接線，并按負(fù)責(zé)人指令進(jìn)行操作。（4）試驗(yàn)時(shí)，需將兆歐表放置平整。操作人員一只手穩(wěn)住兆歐表，另一只手虎口靠近搖桿位置并緊握搖柄。在“L”端與被試部位接觸良好后，轉(zhuǎn)動(dòng)操作搖柄，將轉(zhuǎn)速保持在100-120轉(zhuǎn)/分鐘。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到建議轉(zhuǎn)速后，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并勻速搖動(dòng)，以保證輸出電壓恒定[2]。（5）在讀取測(cè)試結(jié)果后，操作搖柄保持搖動(dòng)。當(dāng)負(fù)責(zé)人發(fā)出“拉開”命令后，斷開“L”端與設(shè)備連接線，隨后停止搖動(dòng)。

2直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)

直流耐壓及泄露試驗(yàn)是變壓器預(yù)防性試驗(yàn)的重要組成部分，能夠?qū)ψ儔浩鹘^緣的局部缺陷或端部缺陷做出有效評(píng)估。

2.1試驗(yàn)技術(shù)要求

測(cè)量前需斷開變壓器高、低壓側(cè)引線，在明確斷開點(diǎn)之后展開試驗(yàn)，其具體技術(shù)要求包括：（1）試驗(yàn)前、后應(yīng)充分放電，以避免殘余電荷對(duì)人員和設(shè)備以及試驗(yàn)結(jié)果的影響。（2）試驗(yàn)周圍設(shè)置圍欄，并做好專人管理，在發(fā)現(xiàn)異常后，須立即停止試驗(yàn)并切斷電源。（3）試驗(yàn)設(shè)備、設(shè)備非被試部分需可靠接地。（4）試驗(yàn)中，若發(fā)現(xiàn)泄漏電流隨時(shí)間變化而出現(xiàn)異常波動(dòng)，應(yīng)停止試驗(yàn)，重新進(jìn)行設(shè)備和接線核查。

2.2試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)分析

直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)分析：（1）斷開變壓器被試?yán)@組引線，并與試驗(yàn)設(shè)備高壓輸出端連接，且短接接地其他非被試部分。（2）詳細(xì)記錄試驗(yàn)時(shí)變壓器上層油溫及環(huán)境溫度與濕度。（3）試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)持續(xù)緩慢加壓，并以0.5倍的額定電壓作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并在各電壓等級(jí)維持1min，確保在不同電壓等級(jí)下考驗(yàn)其部件絕緣水平。（4）在試驗(yàn)結(jié)束后，將電壓降為0，并斷開試驗(yàn)電源，再對(duì)設(shè)備充分放電，最后拆除試驗(yàn)接線。（5）對(duì)于大容量設(shè)備，試驗(yàn)結(jié)束后，在操作臺(tái)回調(diào)電壓至最低值，然后用放電棒對(duì)被試設(shè)備進(jìn)行放電，并在操作臺(tái)監(jiān)視電壓變化，待放電至電壓為零時(shí)再關(guān)閉設(shè)備電源。

3介質(zhì)損耗角正切值試驗(yàn)

3.1介質(zhì)損耗角正切值物理意義

任何絕緣材料在電壓作用下，都將產(chǎn)生電容電流、吸收電流和電導(dǎo)電流，其中電容電流和反映吸收過程的無功分量不消耗能量，只有電導(dǎo)電流和吸收電流中的有功分量消耗能量，絕緣材料中產(chǎn)生的損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果絕緣材料損耗增大，會(huì)使絕緣材料溫度升高，發(fā)生老化（發(fā)脆、分解等）。甚至?xí)菇^緣材料熔化、燒焦，喪失絕緣能力，從而導(dǎo)致熱擊穿。因此，監(jiān)測(cè)絕緣材料損耗量，對(duì)衡量絕緣材料的絕緣性能意義重大。從結(jié)構(gòu)上來看，變壓器屬于典型的多級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，絕緣有明顯的分層，在交變電場(chǎng)的作用下，會(huì)引起一定量的損耗[3]。然而不同設(shè)備由于運(yùn)行電壓、結(jié)構(gòu)尺寸等不同，不能直接通過介質(zhì)損耗量的大小來衡量對(duì)比其絕緣水平。因此，引入了介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ（又稱介質(zhì)損耗角正切值）的概念。介質(zhì)損耗因數(shù)被定義為：被試品的有功功率比被試品的無功功率。而介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ也只與材料本身特性有關(guān)，與材料的尺寸、體積無關(guān)。其關(guān)系公式如（1）所示： 公式（1）中，tgδ為變壓器介質(zhì)損耗角正切值；Ir為電阻性電流；Ic為電容性電流；C為等效電容；R等效電阻；ω為頻率。公式（1）中的相關(guān)參數(shù)中，C與R和頻率、溫度等存在相關(guān)性，其中R分別受極化等效電阻、體積電阻、表面電阻三方面因素影響。

3.2試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)分析

油侵式變壓器絕緣材料主要由絕緣油和絕緣紙構(gòu)成，此類材料tgδ值較低，一般情況下，變壓器繞組及套管的tgδ值為0.2%-0.3%，絕緣紙tgδ為5%。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)絕緣材料整體受潮以或老化時(shí)，等效電阻值R將下降，將導(dǎo)致tgδ偏高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，在保證各層絕緣材料tgδ不變的情況下，減少絕緣材料的比例厚度，會(huì)使介損整體水平顯著下降。由此可認(rèn)為，在設(shè)備使用較大絕緣材料的情況下，介質(zhì)損耗并不能靈敏反應(yīng)設(shè)備的絕緣水平。因此，在變壓器性能管理中，可考慮通過改善絕緣材料性能以及絕緣紙板厚度的方法，將tgδ值控制在合理范圍內(nèi)。考慮到油侵式變壓器繞組與鐵芯、夾件之間有絕緣油作為隔離，且泄露距離較長(zhǎng)，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也將造成其繞組和套管tgδ偏高。其次，因?yàn)榫o貼線圈的壓釘與線圈在絕緣結(jié)構(gòu)中所占比例較高，在能適當(dāng)抬高壓釘?shù)那闆r下，在壓釘下部增設(shè)適當(dāng)厚度的絕緣紙板，能減少變壓器介質(zhì)損耗量。

4感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

4.1試驗(yàn)意義

變壓器感應(yīng)耐壓試驗(yàn)是變壓器零起升壓的重要組成部分，其能夠?qū)ψ儔浩鞯碾姎鈴?qiáng)度做出綜合評(píng)價(jià)，也是考驗(yàn)變壓器絕緣水平的重要方法[4]。變壓器長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓試驗(yàn)是在其連續(xù)運(yùn)行以及瞬變電壓的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的質(zhì)量控制。在變壓器運(yùn)行期間，小范圍內(nèi)固體、液體的局部擊穿會(huì)造成局部放電。受積累效應(yīng)影響，局部放電將逐漸演化為絕緣介質(zhì)電性能惡化。當(dāng)局部放電不能及時(shí)、有效控制時(shí)，將逐步發(fā)展成重大事故隱患，甚至事故。而通過感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，能夠?qū)ψ儔浩鞯狞c(diǎn)流量進(jìn)行測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行情況的監(jiān)視。

4.2試驗(yàn)技術(shù)要求

考慮到變壓器須在不帶電的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)前應(yīng)做好相關(guān)技術(shù)措施和組織措施，包括電氣隔離、放電和接地等。試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)建議采用下列措施控制干擾源：（1）電源干擾：在試驗(yàn)中選擇WJFY型變頻電源，該裝置不僅能滿足試驗(yàn)電源的基本要求，也兼具LC濾波功能，可有效過濾配電網(wǎng)中的高頻信號(hào)，維持正弦信號(hào)的穩(wěn)定輸出。（2）接地干擾：為降低接地干擾，可采用一點(diǎn)接地的接地方式。（3）在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，為避免電焊機(jī)等大型用電設(shè)備的信號(hào)干擾，可選擇在無其他作業(yè)或夜間時(shí)間段進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3感應(yīng)耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行

試驗(yàn)前，要核查接線正確，尤其是套管末屏與檢測(cè)阻抗之間的連接要牢靠。須全面了解是否存在擊穿等問題的可能性，并做好預(yù)防和處置措施，并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置試驗(yàn)隔離區(qū)。

4.3.1檢測(cè)阻抗以及方波校驗(yàn)試驗(yàn)建議選擇XD系列裝置，該系裝置為RLC型結(jié)構(gòu)，屬于調(diào)諧阻抗。在選擇合適的檢測(cè)阻抗后，須保證回路的諧振頻率處于正常水平，且保證檢測(cè)結(jié)果的靈敏度。根據(jù)主變高壓套管的電容參數(shù)，結(jié)合高壓繞組引線的結(jié)構(gòu)，可任意選擇一個(gè)項(xiàng)目做阻抗檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，調(diào)整調(diào)諧電容量在5000-6000pF范圍內(nèi)，最大通流容量控制在2A左右。為保證最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，在試驗(yàn)開始前，需利用校正方波在校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器上校準(zhǔn)電容，其校準(zhǔn)電壓包括1.0V、2.0V、5.0V、10.0V四個(gè)電壓等級(jí)，校準(zhǔn)電容為10pF與100pF。在校準(zhǔn)結(jié)束后保存其結(jié)果，且設(shè)置脈沖信號(hào)幅值在80%-85%之間。

4.3.2試驗(yàn)過程試驗(yàn)時(shí)，使用無局放變頻電源，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)兩組電抗器。并采用高壓末端接地的方法，懸空套管。使用高壓套管主電容為耦合電容，并直接將測(cè)量阻抗連接到接地法蘭與測(cè)量屏之間，同時(shí)從測(cè)量屏中記錄局部放電數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：試驗(yàn)時(shí)，須保證被試變壓器鐵心、外殼、中性點(diǎn)有效接地，且套管電流互感器二次繞組短接接地。試驗(yàn)期間要保證試驗(yàn)回路接近諧振狀態(tài)，且變壓器分布電容隨著電壓的變化而發(fā)生相應(yīng)的改變。為此，建議在試驗(yàn)期間調(diào)整頻率，并保證變頻電源輸出電流為可持續(xù)電流，此種設(shè)置可使試驗(yàn)結(jié)果更好的體現(xiàn)變壓器實(shí)際性能。

5結(jié)束語

電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)本身具有復(fù)雜、專業(yè)、高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。因此試驗(yàn)時(shí)，需要試驗(yàn)人員深入了解變壓器的結(jié)構(gòu)以及不同試驗(yàn)之間的特點(diǎn)和區(qū)別，能根據(jù)變壓器實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào)整預(yù)防性試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目。并能根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)變壓器性能進(jìn)行評(píng)估，且預(yù)判其運(yùn)行趨勢(shì)，以保證電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。并在試驗(yàn)設(shè)備選型，試驗(yàn)流程、安全措施等正確完備的情況下，進(jìn)一步持續(xù)實(shí)踐，以提高試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性和專業(yè)性。

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作者：張大宏 尚等鋒 單位：華電云南金沙江中游水電開發(fā)有限公司梨園發(fā)電分公司