半绝缘电压互感器三倍频耐压试验研究

赵海燕

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司供电分公司，山西 晋城 048006）

0 引 言

三倍频感应耐压装置是考核绕组绝缘水平是否符合要求的一个重要指标[1]，目前已广泛用于对电压互感器作倍频感应耐压试验。它是利用磁路的饱和特性采用三次谐波电作为发生器的电源，用来测试电压互感器、变压器等线圈的纵绝缘感应耐压试验。

1 三倍频感应耐压试验目的

按绝缘类型，电磁式电压互感器可分为主绝缘和纵绝缘。主绝缘主要是指一、二次绕组间和对地绝缘，纵绝缘是指绕组匝间和层间的绝缘。工频耐压试验仅仅考验的是绕组的主绝缘，无法对电压互感器的纵绝缘进行测试。同时，半绝缘电压互感器的一次绕组只引出一个接线柱，另一个尾端N接在内部接壳内，一般和二次端子在一起引出，并且直接接地；受电端向尾端绝缘强度逐渐减低，最后到尾部基本上也就没有什么绝缘，无法在一次加工频交流耐压试验，所以只能在二次侧做感应耐压试验[2]。因为PT是一种功能和结构都比较特殊的变压器，它的铁芯被制作得容易饱和，一般施加1.2倍的额定电压，此时铁芯磁通将达到饱和，励磁电流将急剧增加。如果工频电压逐渐升压，铁芯会迅速饱和并急剧发热，最后导致PT烧毁，因而行不通。从感应电势公式可以得出，要施加比额定电压更高的试验电压又不会使铁心饱和，必须使用提高电源频率的方法作为电源发生器，从而达到电压互感器绕组内部线匝间、层间、线段间的绝缘考核目的。通常采用3倍频或5倍频的目的均可降低铁芯的磁饱和度，使得PT在试验过程中不至于烧坏。工程中选择三倍频变压器一般可以满足电压互感器的感应耐压试验的要求。

2 三倍频耐压装置原理

三倍频耐压装置由三台单相变压器组成，电源侧为星形接线，负载侧为开口三角接线。正常情况下，三相电源电压对称，二次开口三角电压为零。但是，在一次侧加上50 Hz正弦波电源，电压升高，铁芯磁路会出现饱和现象。当铁心饱和时，二次侧的感应电势为含有零序谐波的平顶波[3]，磁通出现平顶波形。平顶波形的磁通可分解出基波和三次谐波，基波磁通感应产生的基波三相电动势之和为零，而三次谐波的三相向量和是同相相加，并在开口三角处串联相加，由此得出零序谐波中的三次谐波分量最大。于是，有150 Hz电压输出作为三倍频试验电压。

实际操作中，在电源侧接一台三相调压器逐渐升高电压，使单相变压器超过额定电压过励磁。当所加电压达到变压器额定电压的140%以上时，铁心进入深度饱和，二次开口三角有电压输出，这个电压就是150 Hz三倍频电压。随着电源侧调压器继续升压，饱和加重，开口三角输出的三倍频电压也升高。图1中在开口三角输出回路串联电容器C，用来补偿带电负荷后二次侧绕组回路上的压降。

3 试验方法

3.1 试验接线及步骤

（1）电压互感器外壳、二次绕组、辅助绕组及一次绕组尾端接地，一般35 kV电压互感器可从二次绕组加压，110 kV以上电压互感器可从辅助绕组施加电压。

（2）将试验所需的三倍频、操作箱、互感器按图2方法连接好，仔细检查，确保输入、输出、仪表接地线准确无误后，方可通电操作。此时，三倍频的次级输出即为150 Hz的三倍频电源。

（3）接通电源，合上空开，将调压器的手轮旋转至零位处，从零开始升压。试验过程中，密切观察电流表和电压表的变化情况以及电压波形是否平滑，升压速度在75%试验电压前可以是任意的，在75%试验电压开始时，以每秒2%试验电压的速率升压至试验电压，开始计时[4]。

（4）耐压时间到发出报警声音迅速降压到零，然后切断电源，使用放电棒对被试品电压互感器进行放电，拆除试验接线，试验结束。

3.2 注意事项

（1）注意发生器外壳、操作箱外壳、绕组尾端地线必须良好接地，不允许随意扎在自来水管道上，否则将危及人身与设备的安全。

（2）由于是高压试验，接线时应特别注意线、设备、试品之间的安全距离应符合电力试验规定[5]。

图1 三倍频电源装置接线图

图2 三倍频感应耐压试验接线图

（3）设过流保护，应根据负载实际情况整定，不致使三倍频电源发生装置受到损坏。

（4）为了防止铁芯饱和，试验电源频率f≥100 Hz，但不宜高于400 Hz，以免铁芯过热。

4 案例分析

公司某35 kV站一台电压互感器型号为JDZX9-35W2，额定电压比为35/；0.1/；0.1/3 kV。出厂检验报告显示，出厂工频为一次绕组末端N对二次绕组及地5 kV、3 min，二次绕组间及地3 kV、60 s；出厂倍频耐压为二次271 V，一次95 kV、150 Hz、40 s。现采用型号为FHT-10E的三倍频耐压试验装置进行感应耐压试验。

4.1 试验标准及要求

倍频感应耐压试验电压应为出厂试验电压的80%进行耐压。试验电源频率为150 Hz以上时，试验时间为t=2fn/fs×60，其中t为试验时间（单位s），fn为额定频率（单位Hz），fs为试验频率（单位Hz）。试验电源频率不大于400 Hz，试验电压持续时间不小于20 s。在倍频感应耐压升压时应考虑容升电压。倍频耐压试验时，由于容升性电流实际在绕组上产生的漏抗电压，电压互感器一次绕组上产生的电压值要超过变比计算所输出的电压值，产生容升电压。

电压互感器感应耐压试验容升修正系数，如表1所示。

表1 电压互感器感应耐压试验容升修正系数

4.2 试验结果分析

4.2.1 试验电压

实际高压侧试验电压UX为：

不考虑容升辅助绕组施加电压：

考虑容升辅助绕组施加电压（其中K1为修正系数）：

4.2.2 试验时间

试验时间的计算公式为：

现场试验，二次绕组施加倍频电压217 V、频率150 Hz、试验时间40 s，一次高压侧感应耐压76 kV。试验过程中仔细观察电流、电压的变化情况，无电压突降、电流突升的现象，无破坏性放电发生，说明未发生绝缘击穿。电压互感器顺利通过感应耐压试验，判断绝缘没有问题。如果发现被试品有“呲呲呲”断断续续的放电响声，或有冒烟、闪络现象应立即停止升压，并查明原因。如果是绝缘部分放电产生，则认为被试品耐压测试不合格。

5 结 论

由于耐压试验试验电压高，容易在打压时损坏被试设备，有时虽然耐压通过了，但对被试设备造成了伤害。因此，现场试验人员最好再进一步进行绝缘电阻测试，测试耐压试验后的被试设备的绝缘情况。绝缘电阻合格，判断耐压试验通过，电压互感器绝缘合格。