電力變壓器雷電沖擊試驗(yàn)故障分析探討

□ 萬長鴻

電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓設(shè)備。變壓器的作用是多方面的，不只升高電壓把電能送到用電地區(qū)以滿足用電需要。在電力系統(tǒng)傳送電能的過程中，必然會產(chǎn)生電壓和功率兩部分損耗，利用變壓器提高電壓，可以減少送電損失。工程上，為了考驗(yàn)電力設(shè)備耐受雷電過電壓能力，使用沖擊電壓發(fā)生器進(jìn)行模擬雷擊試驗(yàn)，這就是雷電沖擊電壓試驗(yàn)。雷電沖擊電壓波是單極性的（正或負(fù)）。

一、雷電沖擊波及故障分析

（一）雷電沖擊波

雷電沖擊波是指直擊雷或感應(yīng)雷在架空線路或在空中金屬管道上產(chǎn)生沿線路或管道的兩個方向迅速傳播的高壓沖擊波。雷電沖擊波的傳播速度在架空線路中約為300m/μs，在電纜中約為150m/μs。

各雷電沖擊波的波形相差很大。做耐壓試驗(yàn)時，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)波的波頭為(1.5±0.2)μs、波長為 (40±4)μs、峰值電壓為400～4 800kV。

由于大型電力變壓器繞組的等值電感小和等值電容大，允許波形有較大的偏差，加之由于試品電感存在，得不到單極性波形，在波尾部分有過零震蕩，則要求振蕩反峰值不超過施加電壓中幅值的50%。也有些變壓器存在不過零現(xiàn)象，在波形分析時要引起注意。標(biāo)準(zhǔn)電壓波形和不同的電壓等級只是雷電沖擊試驗(yàn)電壓的要求，對沖擊試驗(yàn)是否合格的判斷則需要借助其他方法進(jìn)行鑒定。

（二）雷電沖擊試驗(yàn)有無故障的判斷

在沖擊電壓試驗(yàn)前，變壓器應(yīng)進(jìn)行下列準(zhǔn)備工作：

1、大型變壓器要進(jìn)行真空注油，中小型變壓器注油后也要抽真空。沖擊電壓試驗(yàn)對這一點(diǎn)要求特別嚴(yán)格，因油中有氣泡存在時，氣泡放電往往會造成對試驗(yàn)結(jié)果的誤判斷。

2、應(yīng)進(jìn)行全部項目的例行試驗(yàn)，包括絕緣特性測定、外施耐壓試驗(yàn)和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，以檢查絕緣是否存在缺陷。

3、盡可能進(jìn)行一次低電壓沖擊波下的電壓分布測量，以掌握繞組各部的電位和梯度分布，估算各部絕緣裕度。

4、將開關(guān)調(diào)到電壓最小分接位置，這是對縱絕緣考驗(yàn)最嚴(yán)厲的情況。

變壓器沖擊試驗(yàn)過程較為直觀的判斷方法如：變壓器油箱中有聲響，油箱內(nèi)煙、氣泡逸出，沖擊試驗(yàn)后重復(fù)高周波感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，空載試驗(yàn)的空載電流和空載損耗顯著增加。

目前，判斷沖擊故障的主要方法是波形比較法，即比較沖擊試驗(yàn)全電壓下的電壓波形和示傷電流波形，看有無畸變來分析判斷。

（三）沖擊故障分析

1、電壓波形法。根據(jù)不同電壓的電壓波形來比較，如果波形可以明顯的看出發(fā)生畸形改變的話，就說明有較為明顯的故障。電壓波形法是比較50%和100%時波形的變化，主要看波形振幅和振蕩頻率，波形走勢變化，但是靈敏度較低，即線圈大面積受損擊穿才能在電壓波形上有所反應(yīng)。

2、中性點(diǎn)電流法。中性點(diǎn)電流是由流過繞組電容的各種電流合成的電流。當(dāng)對變壓器施加沖擊波時，可以假設(shè)匝間、段間、層間出現(xiàn)了擊穿現(xiàn)象，那么短路線匝的去磁作用，繞組的電抗值也會隨之發(fā)生改變。具體的故障實(shí)例分析：

（1）進(jìn)行25MVA/110KV變壓器電壓引線對升高座放電時，施加電壓端對地放電由于電壓截斷，導(dǎo)致中點(diǎn)電流中的電感電流得不到有效發(fā)展，因此在最后得到的中點(diǎn)電流波形為截波式，對實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)帶來了影響。

（2）全波電壓繞組中部對地放電，故障發(fā)生的原因通常為繞組一半對地放電，電壓突然間降落，引起中點(diǎn)電流時間縮短，從而使波形發(fā)生畸變。

（3）高壓繞組對低壓或者鐵心放電所得到的波形開始起伏明顯，后期趨于直線，對數(shù)據(jù)的整理帶來了極大的不便。

（4）實(shí)驗(yàn)時還可能出現(xiàn)調(diào)壓繞組擊穿現(xiàn)象，波形幅值明顯增大了，周期也隨之變小。

（5）多層縱絕緣擊穿也是時常發(fā)生的，這種故障會使波形幅值顯著變大，振蕩頻率明顯變化。

（6）變壓器繞組縱絕緣這一類的故障主要是由于沿繞組或者支撐條形成貫通性故障引起的，因此故障也使中點(diǎn)電流幅值升高十分明顯，但是很快又會下落，持續(xù)的時間不長。