变压器工频交流耐压试验分析及注意要点

张永刚

（保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

过电压耐受能力是衡量变压器绝缘水平的一项重要技术指标，工频交流耐压试验是一种有效手段，确定变压器绝缘缺陷位置，并进行维修，保障变压器安全稳定运行。串联与并联谐振交流耐压试验装置已在工程中广泛应用，极大地缩短了试验准备时间，但串联与并联谐振交流耐压试验仪器存在自身的不足，无法正确判别油隙击穿放电、金属构件悬浮点位放电与绝缘件缺陷等异常状况[1]。无论采用串联还是并联方式，谐振试验原理决定了，当绝缘放电或被击穿时，谐振状态停止，高压随之消失，无法对异常部位进行后续判别。鉴于工频交流耐压试验对油浸式电力变压器的重要作用，须对存在的问题进行深入分析，寻找合理的解决方案。

1 试验电源的容量选取

进行工频交流耐压现场试验前，首先应确定试验电源容量，选取并确认电源变压器容量满足试验需求。

电源变压器为三相电力变压器，当调压输入侧电压为380 V 时，电源容量选取计算公式为公式（1），当调压输入侧电压为220 V 时，电源容量选取计算公式为公式（2）。

式中：

S—试验电源变压器容量，kVA。

Ut—电源变压器输出电压，kV。

Ic—被测变压器绕组对地电容电流，A。

交流耐压试验为短时操作，依据载流量来选取电源线截面积，电缆线及表面温升不应超过电缆绝缘温度许用值。选用较小的电缆线径时，会造成试验过程中的绝缘破坏。选用较大电缆线径时，会造成资源浪费，同时不利于电缆搬运、布置。

2 球间隙距离的确定与调整

球间隙的存在是为了避免交流耐压试验电压超过被测变压器电压许用值，其采用的是并联布置形式。球间隙两端施加电压后，极间缝隙处便会产生电场，当球直径足够大、极间缝隙足够小时，此时的电场呈现稍不均匀分布。球直径确定后，在标准电压（760 mm Hg，20℃）作用下[2]，稍不均匀电场的放电电压与球间隙距离表现为非线性的正相关性，球间隙距离可由测量的放电电压计算，但是球间隙处电场强度与放电电压的理论计算值会受现场温湿度与周围物体的影响。该文探讨了额定放电电压下的球间隙快速调整方法。

2.1 理论依据

国际电工委员会给出了球间隙放电电压查询表，当球直径 ＜ 10 cm 且一球接地时，间隙放电电压与间隙距离间的比例关系不成立。在球间隙的某个小范围内可近似认为放电电压与间隙距离呈现正相关性[3]。经过多次反复试验，建立球间隙与放电电压间的对应关系，交流耐压试验过程中，首先将间隙固定在一个基本的放电距离上，然后根据试验结果缩短或加大球间隙距离，计算方法见公式（3）。

式中：

ΔS—球间隙距离差值，mm。

Ve—期望放电电压，kV。

V—实测放电电压，kV。

d—每千伏球间隙均值，mm／kV。

当放电电压实测值低于期望值时，ΔS 为正值，此时对应加大球间隙距离。反之，ΔS 为负值，对应缩短球间隙距离。

2.2 球间隙快速调整方法

以35 kV 变压器绕组交流耐压试验为例，多次重复试验发现，球间隙放电电压位于73.9 kV ～ 79.1 kV，直径10 cm 球放电间隙为45 mm 左右，将该距离定位为放电基准。通过球间隙手柄调节刻度尺零线基准，调整高压球位置，使其与低压球对正并相接，拧紧固定螺栓，通过手柄调节球隙间距至45 mm 位置并固定，连接接地线，完成试验准备工作。

试验过程中，球间隙放电电压位于73.9 kV ～ 79.1 kV，取75 kV 为电压基准，每千伏电压的间隙均值d = 45 mm / 75kV。当放电电压升高至80 kV 后，ΔS=（75-80）kV×0.6 mm/kV=-3.0 mm，此时需要缩短3 mm 球间隙；当放电电压跌至72 kV放电时，ΔS=（75-72）kV×0.6 mm/kV =1.8mm，此时需要增加1.8 mm 球间隙。

3 水阻的选择与配制

交流耐压试验过程中，当被测变压器出现内部绝缘击穿、高压套管闪络、铜球间隙放电等故障时，试验变压器绕组会产生层间或匝间过电压，因此，必须在试验变压器与铜球间隙处各串联一个水阻，起到限流作用，保证试验电流不超过试验变压器与电源变压器许用值。同时，限流水阻值不宜选用过大，当水阻两端压降过大时，会导致水沸腾飞溅，试验过程中断，水阻值的合理选择是交流耐压试验的一个关键参数。

3.1 水的阻值特性

水的阻值随温度的升高而降低，施加220 V 电压时，水的阻值随温度升高而降低曲线的斜率记为k1；施加3 000 V 以上高压时，水的阻值随温度升高而降低的曲线斜率记为k2，试验结果表明|k1| ＞ |k2|。在室温（20℃）及以下时，很难用万用表测量一个稳定的准确数值。当水温升高至40℃以上时，用万用表测量的高压与220 V 状态下的水阻值基本一致。试验数据同时表明，在高压状态下，水阻值随电压变化很小。

3.2 水阻值的有效测量

水阻值的测量精度与测量方法的选择密切相关，工程中常用的测量方法有3 种。1）数字式万用表测量法。当水温较高时建议选用该方法，水温不够时可采用外部加热法升温。2）220 V 电压测量+毫安表法。当水温为40℃时，建议选用该方法，当水温过低时，应采用外部加温措施，以免影响测量精度。被测变压器经由水阻接地，水温随试验电压升高迅速上升，当水温升高至40℃时，即可停止升压加温。3）高压（3 000 V 及以上）测量+毫安表法。水阻施加电压可在及千伏至万伏之间调整，毫安表应具有足够的量程，测量时，水阻一端施加电压，升高至一固定值，毫安表一端接地，另一端经绝缘棒与水阻另一端相连，水阻长时间供电，其阻值便不再保持恒定，应同时快速读取电流表与电压表示数。根据读取的电流、电压值计算水阻值，高压回路中的水阻测量建议采用该方案。

4 过流继电器的定值选取与整定

4.1 保护电流值的确定

电磁继电器与CT 接入试验回路，故障发生时能够迅速可靠地切断试验电源，常见回路故障有球间隙放电、被测变压器绝缘击穿、试验回路短接等。过流继电器保护电流值的确定至关重要，击穿故障发生时，过流继电器应迅速动作，切断断路器触头，如果保护电流值设定过小，在升压过程中电容电流增加会诱发继电器开关跳闸动作，试验无法正常完成。如果保护电流值设定过大，被测变压器绝缘击穿后，继电器开关跳闸动作不执行，造成被测变压器损坏。继电器保护电流值确定为被测变压器绕组对地电容额定电流的1.2～1.5倍，一般选取1.2 倍。如果待测变压器低压绕组试验电流较小，高压侧额定电流较大时，继电器的保护电流值可以按1.5倍选取。

4.2 过流继电器整定

作为一种保护装置，过流继电器须定期进行校验，而交流耐压试验有时须现场完成，试验设备在运输过程中会经受不同程度的振动，控制箱中的过流继电器存在准确性失效风险，因此，过流继电器采用现场整定。

试验线路搭接完成后，首先对接线的正确性进行核查。其次，检查升压、降压功能正确与否以及各指示灯状态。继电器输入端接入1.05 倍动作电流，对过流继电器进行整定。试验变压器高压侧与保护水阻R 连接并接地，闭合电源路由器，试验变压器高压侧电流表示数输出，逐步升高试验电压，观察电流表示数应随之增大，电流值达到继电器整定电流值时，手动调整减小继电器数值，至继电器动作时停止。重新启动试验变压器，观察动作电流值是否正确，整定过程完成。

5 工频交流耐压试验注意事项

完成铜球间隙调整、过流继电器与试验接线后，在被试变压器接入前，将试验电压升至额定值并保持1 min，无异常后方可继续升压，直至铜球间隙产生击穿电压、过电流继电器动作、电源断路器跳闸，对球隙正确性和过流继电器动作有效性进行复核，最后接入被试变压器进行交流耐压试验。

绝缘是否被击穿的正确判别。怀疑变压器内部绝缘存在击穿部位时，应重复一次或多次试验，直至获得明确的绝缘击穿特征。部分试验人员错误地认为重复试验会进一步损伤被测变压器绝缘，交流耐压试验过程中试验变压器的容量相对较小，产生的变压器绝缘击穿现象，对绝缘的损坏程度有限。击穿电流一般不超过1 A，同时过电流保护装置的存在缩短了击穿电流的存在时间。绝缘损坏程度的界定是指外观层面的，出现绝缘击穿的被试变压器是不允许投入运行的，即使再轻微的绝缘损伤也是不允许的。油中气泡引发的击穿，放气后，重复试验时会恢复正常。出现固体绝缘击穿时，重复试验过程中，放电电压会明显降低。

累积加压时间的确定。交流试验过程中，存在油中气体间隙放电和外部试验电路潜在放电风险，如果过流继电器在加压持续时间不足1 min 内动作，试验停止。问题解决后，部分试验员认为后续加压时间应累积继电器动作前的加压时间，笔者认为持续加压1 min，在时间上应该是连续的，因外在原因中断时，加压时间应清零，后续加压重新计时。

6 结语

目前对于大容量电力变压器，倾向于采用变频串联谐振升压方式进行交流耐压试验，减小试验变压器容量、试验设备体积与重量，可以解决常规试验变压器耐压能力不足的问题，同时避免不可恢复过电压的出现和大短路电流对故障点的灼伤，输出波形更贴合真实工况。