電力變壓器感應(yīng)耐壓試驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)和設(shè)備的確定

王和忠，謝鵬林，趙建網(wǎng)，朱如勇

（1 浙江電力變壓器有限公司，浙江 溫州 325000）

（2 國(guó)網(wǎng)溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

（3 溫州電力設(shè)計(jì)有限公司,浙江 溫州 325000）

（4 溫州電力建設(shè)有限公司，浙江 溫州 325000）

1 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的原理

根據(jù)GB 1094.1-2013《電力變壓器 第1部分：總則》中規(guī)定，每臺(tái)變壓器出廠都要做例行試驗(yàn)，其中包括例行絕緣試驗(yàn)。在GB 1094.3-2017《電力變壓器 第3部分：絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙》對(duì)絕緣試驗(yàn)做出詳細(xì)規(guī)定。其中感應(yīng)耐壓試驗(yàn)就是一項(xiàng)例行絕緣試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)在第7節(jié)指出，該試驗(yàn)用來驗(yàn)證線端和它所連接的繞組對(duì)地及對(duì)其他繞組的交流耐受強(qiáng)度，同時(shí)也驗(yàn)證相間和被試?yán)@組縱絕緣的交流耐受強(qiáng)度試驗(yàn)接線按照變壓器運(yùn)行工況進(jìn)行，試驗(yàn)中對(duì)稱電壓出現(xiàn)在線端和匝間，中性點(diǎn)沒有電壓。三相變壓器采用三相電壓進(jìn)行試驗(yàn)。為何要進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)?zāi)兀坑捎谄渥儔浩鲃偝鰪S時(shí)，沒有經(jīng)過在長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際電網(wǎng)環(huán)境中運(yùn)行，沒有外施其額定電壓和頻率的電源作長(zhǎng)期的試驗(yàn)，以致繞組匝間、層間和段間的電壓不足以達(dá)到電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓，難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，存在這種絕緣隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故而難以發(fā)現(xiàn)這些隱患。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器施加兩倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場(chǎng)強(qiáng)，繞組匝間、層間和段間的電壓達(dá)到并超過電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓，使缺陷暴露。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)給變壓器施加的頻率在兩倍的額定頻率以上，較高的頻率又可大大降低固體電介質(zhì)的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)所規(guī)定的外加電壓的作用時(shí)間亦可保證絕緣缺陷的擊穿，故感應(yīng)耐壓試驗(yàn)可以可靠地檢測(cè)變壓器縱絕緣性能的好壞。

圖1 激磁電流與主磁通振幅的關(guān)系

因感應(yīng)耐壓試驗(yàn)一般采用單相電壓在低壓側(cè)勵(lì)磁，變壓器試驗(yàn)相和非試驗(yàn)相在試驗(yàn)時(shí)，感應(yīng)的電壓值不一樣，高、低壓繞組對(duì)地及高、低壓之間的容性功率的總和是總的容性功率。

2 試品基本參數(shù)

試品為一臺(tái)三相油浸式電力變壓，其額定容量：80MVA，額定電壓：110±8×1.25%/21kV，額定電流：420/2199A，空載損耗：39kW；空載電流：0.1%，聯(lián)結(jié)組別：YNd11，高壓一相繞組對(duì)地容量為11000pF，低壓一相繞組對(duì)地容量為18000pF，高壓一低壓繞組之間容量為14000pF,中性點(diǎn)為66kV級(jí)絕緣。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，110kV級(jí)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)絕緣試驗(yàn)電壓Um值為200kV，中性點(diǎn)試驗(yàn)電壓為140kV，匝間絕緣感應(yīng)耐壓倍數(shù)不大于2倍。

3 試驗(yàn)參數(shù)估算

圖2 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)接線原理圖

以A相單相感應(yīng)試驗(yàn)為例，聯(lián)結(jié)組別為YNd11的三相雙繞組變壓器，其A相繞組感應(yīng)耐壓(同長(zhǎng)時(shí)局放試驗(yàn)接線方式相同)試驗(yàn)接線如圖1所示。中性點(diǎn)接地，在低壓側(cè)ac相施加42kV電壓，試驗(yàn)頻率為200Hz,則匝間感應(yīng)電壓倍數(shù)為2倍。試驗(yàn)電源提供有功損耗，主要為變壓器鐵心損耗。

3.1 試驗(yàn)電壓

（1）UA=Um=200KV（按國(guó)標(biāo)規(guī)定值），UA-E=200/1.732=115kV,該變壓器高壓分接開關(guān)在5分接與UA-E相同。

（2）在200Hz試驗(yàn)頻率下，有功損耗及有功電流計(jì)算：Po∝f1.3×B2m，有功損耗：P200=(200/50)1.3×(K/B200/ B50)2×P50，式中，K=2；P200、P50分別為變壓器在試驗(yàn)頻率、試驗(yàn)電壓下和額定頻率、額定電壓下的空載損耗。

感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時(shí)單相總體有功損耗為：P=59kW。

有功電流：I=59/42=1.4A。

3.2 電容功率計(jì)算

（1）如被試相高、低繞組的試驗(yàn)電壓為UH、UL，則各繞組的首端電壓分別為：

（2）繞組對(duì)地及繞組間容性功率的估算

A相高壓繞組對(duì)地的容性功率：

同理，B、C相高壓繞組對(duì)地容性功率為：

低壓繞組對(duì)地的容性功率分別為：

高、低壓繞組之間的容性功率分別為：

（3）總?cè)菪怨β蕿樯鲜鍪剑?）至式（6）之和,即

此時(shí)被試變壓器的低壓側(cè)試驗(yàn)電流為：

4 試驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備的選擇和參數(shù)確定

4.1 試驗(yàn)電源容量估算

三相發(fā)電機(jī)單相運(yùn)行時(shí)，考安全系數(shù)1.1及中間變電壓變換因數(shù)1.1，其容量：

為了避免自勵(lì)磁問題，應(yīng)該考慮選擇1.5～2倍的容量，才能確保安全試驗(yàn)。因此可采用輸出容量400KVA，輸出電壓0.8kV，COSФ＝0.2，頻率200Hz發(fā)電機(jī)組。

4.2 試驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)的選取

中頻發(fā)電機(jī)選?。?/p>

容量：400KVA，額定頻率：200Hz，電壓0.8kV，功率因數(shù)0.2。

中間變壓器：

中變采用容量S中=400×1.2=480≈500KVA,額定電壓為4×5.8×1.732＝40.2 kV/0.69kV，高壓4繞組可串可并，高、中、低壓可Y、D接。

5 電抗器補(bǔ)償參數(shù)的確定

為了突破試驗(yàn)機(jī)組容量的限制，實(shí)現(xiàn)即減小試驗(yàn)機(jī)組的出力，又防止發(fā)電機(jī)機(jī)組出現(xiàn)自勵(lì)磁，采用電抗器來補(bǔ)償被試變壓器的容性功率的方法，使總的無功功率略呈感性，也可在被試變壓器低壓側(cè)（中變高壓側(cè)）采用電壓為20kV、150kvar容量并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。

補(bǔ)償后：

折算到發(fā)電機(jī)出口電流為：

發(fā)電機(jī)容量為400kVA，輸出電壓0.8kV,最大輸出電流為289A,以上補(bǔ)償方案能滿足發(fā)電機(jī)電源配置要求。

6 結(jié)語

通過文中各試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算確定，筆者歸納為功率求和法反映了變壓器在感應(yīng)耐壓試驗(yàn)中的容性功率分布，根據(jù)繞組的幾何電容與電壓發(fā)布可快速估算繞組的容性功率，利用計(jì)算所得的容性功率可以估算發(fā)電機(jī)組容量配置。如果現(xiàn)有發(fā)電機(jī)機(jī)組有功功率滿足的情況下，可利用容性功率計(jì)算值，采用電抗器補(bǔ)償?shù)姆椒M足試驗(yàn)要求。