大型电力变压器不拆引线试验方法探索

南方电网红河供电局 余云光 岳倩倩 李茂兵 谭智斌

变压器是电网的心脏，其重要性不言而喻，为保证其安全可靠运行需定期开展预防性试验，及时消除设备隐患。大型电力变压器引线粗重，引线接线板应力大，尤其是边相引线曲率大，接线板应力更大，装拆引线难度极大，增加了作业风险，若引线恢复不当还会造成接头部位发热，严重影响设备运行。在此背景下，电力行业制订了行业标准《交流变电设备不拆高压引线试验导则》[1]，各设备运维单位在不拆引线试验方法上都有一定的尝试，然而收效甚微。原因是被测绕组引线邻近站内带电设备由于静电感应在引线上产生几千甚至上万伏的工频感应电压[2,3]，影响测试设备正常工作。

根据本单位企业标准《电力设备检修试验规程》，大型电力变压器预防性试验项目主要包括绕组连同套管绝缘电阻、绕组直流电阻、电容型套管介损及电容量[4]。本单位此前开展过大型电力变压器不拆引线试验方法的研究，借助于新一代介损仪变频测试功能可有效消除工频干扰，完成电容型套管介损及电容量的测试；但受工频感应电压的影响，绕组连同套管绝缘电阻、绕组直流电阻两个项目无法完成。

在某500kV变电站主变预防性试验工作中，在不拆引线情况下进行绕组连同套管绝缘电阻测试时，高压绕组由于工频感应电压过大，兆欧表读数波动很大，无法读数；进行绕组直流电阻测试时直流电阻测试仪蜂鸣报警器动作，从而不得不拆除高压侧引线方能完成试验工作。因此，要完全实现大型电力变压器不拆引线进行预防性试验，关键在于工频感应电压下绕组连同套管绝缘电阻、绕组直流电阻试验方法的突破，消除工频感应电压对测试设备的影响，同时不影响测试的准确性。

1 工频感应电压

运行中的变电站内设备停电检修时，停电设备及其引线处于邻近带电设备的交变电场中，在电容耦合作用下产生的感应电压为一工频电压，其幅值为邻近带电设备与其耦合产生的感应电压的向量和，与停电设备及其引线与邻近带电设备的距离成反比，与耦合长度成正比，且与停电设备及其引线与邻近带电设备的空间位置关系有关[5]。垂直跨越三相母线或其他三相对称带电设备时，各相在停电设备上产生的工频感应电压向量幅值相等，角度相差120度，向量和为零，感应电压最小；停电设备及其引线与带电设备三相平行时工频感应电压最大。

图1为某220kV变电站#2主变高压侧引线，#2主变高压侧引线与带电的220kV母联212断路器间隔D平行，其中#2主变高压侧引线A相与220kV母联212断路器间隔C相水平距离最近，约5米。现场测量#2主变高压侧引线感应电压，A相7090V、B相2303V、C相870V。可预见在500kV变电站主变停电时，高压侧引线与500kV带电设备平行邻近时其感应电压可达上万伏。

2 绝缘电阻试验

根据行业标准《交流变电设备不拆高压引线试验导则》，测量绕组连同套管绝缘电阻，被试绕组应短接与地绝缘，非被试绕组短接接地[1]。因此被试绕组上的工频感应电压不能通过绕组直接接地来消除，只能借助工频感应电压抑制电路来实现。

2.1 抑制电路

图2为本单位设计的一种工频感应电压抑制电路，该电路由四级滤波电路组成，其中R1、R2、R3、R4取值为100kΩ，电容 C1、C2、C3、C4取值为0.3μF。对于工频感应电压，电容的容抗为式（1），对于各级滤波电路，当电阻与电容串联后接在工频电压回路时，根据欧姆定律电容分压比为式（2）。

图2中I为输入端，当选择开关S置于S1、S2、S3、S4时，该工频感应电压抑制电路的输出端O的工频电压分压比，即工频感应电压抑制能力分别为0.1、0.01、0.001、0.0001。

2.2 测试电路

图3为绕组连同套管绝缘电阻试验测试电路，将工频感应电压抑制电路的G端接地，被试绕组A、B、C、O相短接接入工频感应电压抑制电路输入端I，非被试绕组短接接地。根据感应电压的大小选择合适的抑制挡位，兆欧表L端接工频感应电压抑制装置输出端O，E端接地。

以工频感应电压10000V为例，选择S3挡即可将O端感应电压抑制在10V左右，满足普通兆欧表的测试要求。对测试回路而言，只增加了电阻R1、R2、R3、带来300kΩ附加误差。由于绕组连同套管的绝缘电阻通常在10000MΩ以上，与附加误差相差5个数量级以上，因此工频感应电压抑制电路的电阻对测试结果的影响可忽略不计。测试时，兆欧表电流支路还包括由负极L经工频抑制电路电容C流往正极E的电流，但由于电容的设计绝缘电阻在100000MΩ以上，比绕组连同套管绝缘电阻大得多，对测试结果的影响可忽略。综上，本工频感应电压抑制电路对变压器不拆线进行绕组连同套管绝缘电阻试验可行。

为验证本方法可行性，对某220kV变电站#2主变进行了测试，在相同条件下分别采用拆引线、不拆引线两种方法进行绝缘电阻测试。表1中测试数据为同一时间段内测试所得，大气条件及油温相同，其中高压绕组不拆引线测试时采用工频感应电压抑制电路，而中压绕组、低压绕组感应电压较小，未采用工频感应电压抑制电路，两组数据表明该抑制电路是有效的。

3 直流电阻测试

大型电力变压器高、中压绕组均为中性点引出的星形接线，参照行业标准《交流变电设备不拆高压引线试验导则》，进行直流电阻测试时，非被试绕组悬空，测试线一端接中性点套管引线，另一端接被测相套管引线，逐相进行测试[1]。要消除工频感应电压对直流电阻测试仪的影响，可拉开中性接地开关使之悬空，被试相套管引线接地，非被试相悬空。被试相接地感应电压衰减为零，中性点远离带电体不会产生感应电压，因此被试相绕组两端感应电压均为零，从而消除了感应电压对测试结果的影响。

4 结语

针对绕组连同套管绝缘电阻试验，采用工频感应电压抑制电路可实现不拆引线。所测的绝缘电阻数据与相同条件下拆引线所测数据无明显差别。为提高试验数据有效性及可对比性，应尽量在晴朗干燥条件下进行。必要时应结合引线连接设备绝缘电阻测试值对测试数据进行修正；对于绕组直流电阻试验，在行业标准《交流变电设备不拆高压引线试验导则》推荐接线基础上，将中性点悬空、被试相接地即可消除感应电压的影响；综上所述，大型电力变压器不拆线试验存在的问题全部解决，可实现不拆引线进行预防性试验。