高压变压器现场感应耐压及局放测量试验技术

赵云涛

【摘 要】阐述了电厂1 000 kV特高压变压器现场感应耐压及局放测量试验技术，详细介绍了试验电源的频率、试验时有功损耗和无功损耗的估算方法，计算了补偿电抗的数值，进而选择了试验所需的励磁变压器和变频电源，制定了试验方案，并通过实例说明该方法能很好地解决现场试验所需电源容量大的难题。

【关键词】特高压变压器；感应耐压；局部放电；变压器

随着我国特高压电网的快速发展，发电机出口电压直接升至特高压也成为现实。某电厂DFP-400000/1100升压变是国内外首台由发电机出口电压27 kV直接升至1 000 kV的特高压大容量变压器，与常规特高压站用1 000 kV变压器相比，其绕组变比更大，对试验设备的要求更高。

变压器现场感应耐压及局放测量试验是变压器现场交接试验中最为复杂和难度最大的试验，也是对变压器绝缘考核最为严格的试验。现场采用变频电源加补偿电抗器对变压器进行感应耐压及局放测量试验，其因具有重量轻、体积小、试验所需电源容量小等优点而得到了广泛的应用，基本原理是根据经验或计算方法正确估算变压器低压侧的入口等效电容，依据试验频率范围，确定所需的补偿电抗器的大小，当入口等效电容与补偿电抗器满足并联谐振条件时，试验所需的无功全由补偿电抗器提供，大大减小了对试验装置容量的要求，且被试变压器在试验电压和频率下的空载损耗为试验中主要的功率损耗，根据有功损耗大小，即可选择所需变频电源与励磁变压器的容量。

1 试验电源及补偿电抗器的选择

1.1 被试变压器基本参数

被试变压器基本参数如下：

变压器型号：DFP-400000/1100；

额定电压： ；

额定电流：629.8/14 814.8 A；

额定空载损耗：157 kW；

额定空载无功功率：330 kVar；

高压绕组对地的电容CH-E：7.269 nF；

低压绕组对地的电容CL-E：33.659 nF；

高压绕组对低压的的电容CH-L：9.251 nF；

高压套管的电容CT：0.771 nF。

1.2 试验相关参数计算

1.2.1 变压器感性功率的计算

在变压器铁心不饱和的情况下，变压器的空载感性功率与磁场强度成正比关系，所以感应耐压试验时，被试变压器的感性功率为：

. （1）

式（1）中：UL为试验电压；f为试验频率。

1.2.2 变压器容性功率的计算

感应耐压试验时，采用单边加压，利用功率积分法可以求得变压器容性功率：

式（2）中：w=2πf .

1.2.3 变压器低压侧入口电容

从功率的角度，将变压器模型等效为可变电阻R和可变电容C并联。则被试变压器低压侧的等效入口电容为：

1.3 试验电源及补偿电抗的选择

感应耐压试验时，将被试变压器低压侧的等效电容量代入

谐振频率计算公式 ，可以得到谐振频率与补偿电感

的关系：

式（4）中：L为补偿电感；UL为试验电压。

当L固定时，谐振频率随着电压的增加而单调递减，所以如果在UL达到最大试验电压40.5 kV时的谐振频率满足要求，则其他施加电压时的谐振频率都能满足要求。为了使被试变压器随着试验电压的增加不发生磁饱和，根据频率与磁感应强度成反比这一规律，在最大试验电压下，要使变压器铁心不发生饱和，试验频率必须满足f≥1.5×50=75 Hz，所以补偿电感应满足：0<="" p="">

选择电感值5 H，额定电压100 kV，额定电流22 A的电抗器6台并联使用，可以得到电抗器并联后的补偿电感值为0.83 H。

在UL=40.5 kV时，试验频率 Hz。

感应耐压试验时，根据有功功率公式 ，

取m=1.6，n=1.9，在UL=40.5 kV时，有功功率P=280 kW。

所以考虑裕量电源采用2台450 kW变频电源装置并联使用，输出功率为900 kW，输出电压范围为0～350 V，输出最大电流为1 285 A，频率变化范围为30～300 Hz。中间变压器采用2台250 kVA励磁变，两台并联运行，高压侧额定电压40 kV，额定电流12.5 A；低压侧额定电压320 V，额定电流1 562 A。

2 试验接线及加压程序

2.1 试验接线

试验采用单边加压的方式，试验接线原理图如图1所示。

2.2 加压程序

根据《1 000 kV交流系统电力设备现场试验实施导则》（DL/T 309—2010）中的有关技术要求，试验加压程序如图2所示。

系统最高电压Um=1 100 kV，预加电压U1=1.5Um/ =1.5×1 100/ =952.6 kV。测量电压U2=1.3Um/ =1.3×1 100/ =825.6 kV，U3=1.1Um/ =1.1×1 100/ =698.6 kV。T=6 000/試验频率，但不小于15 s。

3 局放测量方法及结果

变压器内部的放电信号会通过不同的途径传输，可以在变压器每一个出线端子和地之间均接上大小不同的阻抗来抽取信号进行测量。这就是变压器局放的多端测量法。尽管我们可以进行多端测量，但局放仪是不能直接给出视在放电量大小的，所以必须进行多端校正。用已知大小的脉冲注入被试品测量端子的两端，应在试品每个出线端与地之间分别校正。在此值得注意的是：①当在被试品两端进行校正时，注入电容與高压出线端子的连线应尽可能短，否则引线太长，其杂散电容的影响会使注入电容值发生改变，从而改变了注入脉冲电荷量。②各测点的测量阻抗应根据耦合电容量的大小，合理选择阻抗允许流过的电流值，以提高测量灵敏度，避免烧坏测量阻抗。③变压器内部的局放信号经各

种途径传输到测量位置，其局放信号已有所衰减，所以我们在测量位置测得的局放量往往已不是其内部放电点的真实放电量水平。因此，我们不但要进行多端测量，而且要在局放试验前后截取油样进行色谱分析，综合判断被试变压器状况。

经过现场实测，该电厂特高压升压变压器A，B，C三相局部放电量分别为70 pC、95 pC和86 pC。

4 结束语

通过对电厂1 000 kV特高压变压器现场感应耐压及局放测量技术的介绍，可以得出以下结论：①采用两台大功率变频电源装置并联，选择合适的补偿电抗器作为试验电源，不但可以满足现场1 000 kV变压器感应耐压及局放测量试验需求，而且还可以进行其他需要大容量试验电源装置的现场试验项目；②利用调节频率的大小来达到完全的无功补偿，使得变频电源柜仅提供有功输出，充分发挥了变频电源的输出能力，在现场是可行的好办法；③采用多端校正、多端测量法和一系列行之有效的抗干扰措施能很好地解决现场局部放电测量干扰大的难题。