大容量变压器局部放电试验方法探讨

李学恭

摘 要：变压器是电力系统重要的输电设备，其自身绝缘效果的好坏对电力系统能否正常运行起关键性作用。文章通过对局部放电的基本含义及产生原因进行简要的分析，并着重对大容量变压器局部放电试验方法进行了深入的探讨，以期能够为今后的变压器局部放电试验提供可参考的依据，以便进一步完善现场试验工作，为变压器的正常、安全运行提供有力的保障。

关键词：变压器；局部放电；试验

中图分类号：TM835 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）32-0001-03

变压器内部的局部放电是促使绝缘劣化并发展到击穿的重要原因，因此局部放电量的检测也越来越受到重视，测量变压器局部放电水平，是评定变压器绝缘性能的有效方法。随着科学技术的迅速发展，变压器的额定电压越来越高，容量越来越大，这便对电力变压器的绝缘性能提出了更高的要求。局部放电试验更成为大型变压器交接试验或者预防试验测试项目中的重点。

1 局部放电的基本含义

在绝缘结构的生产过程中，由于绝缘材料在制作上不可避免地出现一些不均匀的地方或是一些小的缺陷，这便成为绝缘结构上的薄弱环节。当电力施加于这些绝缘结构上时，在电场的作用下，这些薄弱的环节将会造成局部超负荷的现象，而这是导致变压器局部放电的主要原因。

这种局部放电实际上是绝缘介质中的一种电气放电，具有以下几个特点：

第一，放电量相对较小，短时间内的放电不影响电气设备的整体绝缘强度；

第二，对绝缘性的危害将逐渐增大，具有一定的累计效应。

第三，对绝缘系统寿命的评估分散性较大，这与局部放电类型、绝缘种类及产生的位置有关。

第四，局部放电试验并不会对变压器的绝缘性造成损伤，属于一类非破坏性试验。

2 局部放电产生的原因

2.1 造成放电的因素

变压器的局部放电主要是由于电场的不均匀所导致的，但在实际操作过程中，造成电场不均匀的因素主要包括以下几个方面。

2.1.1 设备电极的不对称

若在变压器套管的出线端或其内部的套管导体连接处出现接触不良的现象，电场便很容易在这些部位集中，形成局部电流。这便需要及时采取措施加以解决，若未能对其进行及时的处理，则很容易引起尖端或表面放电。

2.1.2 绝缘介质的不均匀

变压器的内部制造过程中，除了绝缘油外，还需要树脂类、云母类、塑料类等不同的固体介质。气体的介电常数相对于液体和固体来说较小，因此若在绝缘油中存在些许气泡，或是其它固体绝缘材料在制作中存在空隙时，这些气体在交变场中便要承受较大的场强，但是耐压程度却相对较低。因此，在存在气体的部位首先引起放电现象。对于绝缘油来说，若未处理得当，很容易在其中产生气泡。

此外，绝缘材料的老化也会引起气泡的产生，最终导致局部放电的发生。

2.2 变压器安装工艺对局部放电的影响

变压器的内部环境对于局部放电现象也产生一定的影响。由于变压器内部完全暴露在空气中，很容易因为受潮而降低其绝缘性，若空气中的一些浮尘进入其中，也会引起场强的升高。因此，在变压器的安装过程中需要注意不要将工具或零件等物质遗落在变压器内部，使内部场强发生变化，从而产生局部放电现象。

3 局部放电试验方法分类

局部放电试验的主要目的是为了检验变压器是否存在放电现象，以及放电量是否超标等，从而确定设备的故障及原因。局部放电的试验方法主要包括电测法和非电测法两大类。

3.1 电测法

局部放电会引起电极间的电荷移动，并会引起外部电极上的电压变化。同时，由于每次放电持续的时间较短，放电脉冲容易产生高频的电磁信号向外辐射，而电测法正是基于这两个原理对局部放电进行检测。电测法包含脉冲电流法、无线干扰电压法、超高频法、介质损耗法等

其中高频脉冲电流法是检验变压器局部电流的方法中最普遍适用的一种方法，主要测量的是局部放电过程中，试样两端产生的瞬间电压变化或脉冲电流变化，从而获得视在放电量。但脉冲电流法在使用过程中仍存在很多问题，如抗干扰能力较差，很容易受到周围电磁的干扰，因此变压器在投入使用之后无法利用在线监测设备。

3.2 非电测法

非电测法包含化学检测法、声测法、光测法、红外热像法等。 其中化学检测法也称为油色谱分析法，在变压器出现故障时，产生的能量能够使部分的绝缘材料进行分解，分解后产生的气体会溶解在变压器里的绝缘油中。因此，通过检测变压器内气体的变化情况，便可以判断出变压器内部的局部放电情况。在油气分析过程中，最常用的方法是气相色谱检测法，这是一类可以根据局部放电过程中产生的气体，对局放程度和局放模式进行判断的有效方法。

由于诸多外在因素的影响及检测方法的区别，现场常用的变压器局部放电检测方法为脉冲电流法和化学检测法。下面就以电测法为例作简要介绍。

4 大容量变压器局部放电试验方法

我司自2008年以来所面对的是750～1 000 MVA三相一体电大型力变压器的局部放电试验，此项试验带来的问题是试验设备和试验电源的容量都需要较大，特别是施工现场很难满足长时间使用高达600 kW的试验电源。为解决这一问题公司成立了课题小组；经过课题小组的调查研究制定了采用“变频电源双机并联获得试验电压的方法”，从而解决了问题，在 500 kV惠历变、500 kV龙海变等变电站进行推广和应用。

4.1 工法特点

①试验采用双套无局放变频电源、双套中间励磁变压器并联，对被试变压器的低压侧进行对称加压励磁。利用励磁变压器激发串联或并联谐振回路。通过调节变频电源的输出频率和电压，使得回路中的电抗器电感L和被试品电容C发生谐振，从而在试品上获得所需要的试验电压。用无局放分压器对励磁变高压侧电压（被试变压器低压侧）进行监视，高压端感应出所需的试验电压。在高、中压套管测量端（末屏）处取信号并经检测阻抗接入局部放电检测仪对放电量进行测量。

②双变频试验系统并机运行方法。充分体现了现场试验的灵活性和适应性，解决了大型试验设备在现场布置、吊装困难、使用不灵活的问题。

③技术关键。两套变频电源柜通过智能控制箱可设置为主机和从机，从而达到一台控制箱同时控制两套变频电源励磁系统同步输出，使其两套变频电源励磁系统平均负担负载电流，从而获得试验设备容量的增倍效果。

4.2 试验系统设备的主要技术要求

①变频电源柜：容量相等（400 kW/台），同一生产厂家。

②励磁变压器：容量相等（350 kVA/台），输入、输出电压相同，短路阻抗偏差小于1% 同一生产厂家。

4.3 试验接线原理

变频电源、励磁变并列运行接线方式，如图1所示。

4.4 试验加压程序

试验加压程序如图2所示。

4.5 试验实例

以500 kV惠历变容量为1 000 MVA的变压器为例进行分析。

①被试设备主要铭牌参数，见表1，中压线圈联接方式，见表2。

②局部放电试验参数计算（A相为例）。

试验时被试品分接档位： 置1档

试验分接档位电压比：525/■/241.5/■/36 kV

中压侧：241.5■=139.434 kV

高压侧：525■=303.118 kV

高压侧应加的试验电压计算：

U1=1.1Um■=1.1×550■=349.307 kV

U2=1.5Um■=1.5×550■=476.328 kV

U3=1.7Um■=1.7×550■=539.838 kV

1.7Um■时的电压计算关系为：

假设被试品低压侧施加试验电压为X；根据变比关系列式 303.118 /539.838=36/X。

解得X=64.114 kV；

由于被试品低压侧为对称加压方式，所以分压器一次监视值为X/2=32.057 kV；根据现场电压校核，该设备我们取5%～8%的容升系数，故被试品低压侧监视电压取29.492 kV。变频输出电压实际计算结果见表3。

以此可得出，1.5Um■时被试品低压侧监视电压电压为26.023 kV；1.1Um■时被试品低压侧监视电压电压为 19.082 kV。由于变频电源柜单柜最多只能输出350 V变频电压。为了防止过压损坏试验设备，通过以上计算我们可以确定励磁变压器取分压比取 35/0.32=109.375最为理想。试验容量的初步计算：试验容量大约为2倍的空载损耗，即 2×258.6 kW =517.2 kW；根据S=■UI 可以初步算出低压侧工频试验电流为 785.827 A左右，考虑到并机单根电缆上电流在392.91 A左右，从而可以确认我试验保护空开容量，初略确认试验电源容量。考虑到试验电缆的长度影响，被试容量特大情况试验电压可能有所下降，电流可能会超过800 A。

③试验相关实测数据（以A相时的试验数据为例），见表4。表5和表6。

通过以上试验数据对比可以看出，根据以上试验原理和计算方法来进行大型变压器局部放电试验是完全可行的。如果采用600 kW的变频电源柜及配套的励磁变压器，购置费过高，并且设备体积大、运输吊装难度加大、现场摆放困难。采用增加一台400 kW的变频励磁系统与原来的同型号的变频励磁系统并机使用，使用灵活，针对750 MVA及以下的主变压器可分开同时做试验，增加了试验设备的使用频率，提高了效益。

5 结 语

局部放电试验是检测变压器内部放电情况及故障位点的重要手段，同时也是判断变压器绝缘情况的有效方法。虽然目前人们已经逐渐对变压器局部放电试验提高了重视，但是仍没有很好地将局部放电检测结果与变压器的实际运用情况相结合，需要在局放试验方法上不断改进与创新，从而真正地实现对变压器绝缘寿命的评估与预测工作。

参考文献：

[1] 梁钊，杨晔闻，叶彦杰.电力变压器局部放电检测方法探讨[J].南方电

网技术，2011，（1）.