谷小博

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

變壓器局部放電（簡稱局放）試驗不僅能有效檢查出產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、安裝以及運行中存在的問題，還能發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣的缺陷和隱患，是保證設(shè)備長期安全運行必不可少的試驗項目。規(guī)程規(guī)定，220 kV及以上電壓等級的變壓器，在例行試驗、交接試驗、更換繞組和重要絕緣件以及懷疑變壓器存在放電性故障時，應(yīng)進行局放試驗。

2007-2009年間浙江省電力試驗研究院高壓所完成主變壓器（簡稱主變）局放試驗共計105臺次，其中220 kV主變?yōu)?2臺次，500 kV主變?yōu)?3臺次。試驗時發(fā)現(xiàn)主變局放異常的共有10臺次，以下就局放試驗中的一些問題展開討論。

1 變壓器現(xiàn)場局放試驗補償容量的估算

1.1 局放試驗接線

根據(jù)GB 50150－2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 7354-2003《局部放電測量》的要求，現(xiàn)場局放試驗采用單相接線、逐相加壓的方式，以一臺三線圈（包括高、中、低壓線圈），聯(lián)接組別為YNyn0d11的主變?yōu)槔?，試驗時分別在低壓加壓，利用主變高壓和中壓套管的主電容作為耦合電容，從測量屏處抽取信號測量局放信號。試驗接線圖如圖1所示。

圖1 局放試驗接線圖（以主變A相為例）

由于現(xiàn)場試驗電源容量的限制，必須增加感性無功以補償變壓器的容性無功分量，然而由于變壓器繞組連同套管的主電容為分布電容，且各點電壓又不相同，因此變壓器的容性無功分量較難估算。

1.2 容性補償容量的估算

變壓器繞組連同套管的主電容為分布電容，以三繞組變壓器為例，忽略雜散電容影響，如圖2所示。

圖2 變壓器的主電容分布情況

圖2中的鐵芯和外殼在試驗時為地電位。由于各繞組電壓分布和電容分布都不均勻，導(dǎo)致各部分絕緣介質(zhì)的容性電流也不相同，且呈無規(guī)律分布，這給容性無功容量的估算帶來了較大困難，根據(jù)文獻[1]采用積分電流的方法能滿足現(xiàn)場試驗的需要。以計算被試相高壓繞組對地電容電流為例，忽略雜散電容等影響，積分電流法如圖3所示。

因此被試相高壓繞組對地電容電流為：

圖3 積分電流方法

其他各部分電流計算方法類似，得到總的容性無功為：

忽略變壓器低壓側(cè)的無功，得到簡便的容性無功計算公式為：

以3臺220 kV主變現(xiàn)場局放試驗的容性無功容量估算為例。主變的主要參數(shù)和試驗時實際的補償容量見表1。

可以看出，根據(jù)上述公式估算出的補償容量與實際的補償容量相差不大，誤差均在10%以內(nèi)，能滿足現(xiàn)場試驗的需要。

2 現(xiàn)場試驗干擾的判別和抑制

表1 3臺主變的參數(shù)和實際補償容量

局放脈沖信號是一個快速的放電過程，與其他電氣試驗中的測量相比，它又是一種弱電現(xiàn)象。如果各種干擾信號進入試驗回路，將給測量帶來許多困難。特別是在現(xiàn)場進行局放測量時，有些干擾幅值和密度都遠大于變壓器局放信號，為保證現(xiàn)場試驗的順利完成，必須找出并排除干擾源。

眾所周知，采用脈沖電流法測量的變壓器局放脈沖信號，通常顯示在示波屏的李育沙（橢圓）基線上。隨著試驗電壓的增加，脈沖的幅值和密度都有所增加，根據(jù)這一特點，可以將部分干擾信號排除。

2.1 試驗加壓前的干擾信號

在對某1號主變進行局放試驗時，發(fā)現(xiàn)在電源未合閘之前，局部放電測試儀（簡稱局放儀）圖形上顯示干擾較大。經(jīng)檢查，主變高壓側(cè)架空線上有感應(yīng)電壓，后將架空線接地，干擾消除。此類干擾為固定干擾，不隨試驗電壓增加而變，較容易排除。處理前后的圖形如圖4所示，左圖為處理前的圖形，右圖為處理后的圖形，以下相同。

圖4 試驗加壓前的干擾

2.2 試驗電壓較低時的懸浮放電干擾

對某發(fā)電廠3號主變A相進行局放試驗，當(dāng)試驗電壓加至約50 kV時，試驗人員聽到明顯的放電聲，且局放儀顯示局放量異常，停電檢查后發(fā)現(xiàn)B相高壓套管末屏接地未接而懸浮，接地后干擾排除，如圖5所示。 此類干擾也容易排除，因為一般變壓器絕緣上的局放不可能在較低電壓下出現(xiàn)，一般這類干擾多為末屏接地不良、套管電流互感器二次接地不良等。

2.3 設(shè)備接觸不良引起的干擾

對某1號主變進行局放試驗，當(dāng)試驗電壓加至約130 kV時，局放儀顯示局放量異常，停電更換測量阻抗、同軸電纜后干擾依然存在，后排查發(fā)現(xiàn)補償電抗器與高壓引線接頭處未旋緊，導(dǎo)致接觸不良。處理后干擾排除，如圖6所示。

圖6 設(shè)備接觸不良引起的干擾

在對某發(fā)電廠1號主變進行局放試驗時，同樣發(fā)現(xiàn)類似的放電波形，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)勵磁變壓器與高壓引線的接頭未擰緊，處理后干擾排除。

從以上事例可以看出，現(xiàn)場試驗比較容易排除的是固定干擾、試驗電壓較低下的干擾。而試驗設(shè)備自身帶來的干擾較難排除，因為它們的波形與變壓器局放信號的波形較為類似，容易混淆且隨著試驗電壓的增加而增加，對于這類干擾一定要認真對待，防止誤判。

3 變壓器局放試驗超標(biāo)分析

在對某1號主變進行局放交接試驗時，發(fā)現(xiàn)B與C兩相高中壓側(cè)局放量值均小于背景干擾40 pC，放電波形如圖7所示。在對A相進行加壓時，中壓側(cè)局放量值合格，其放電波形與圖7相同；而高壓側(cè)局放量值超標(biāo)，起始電壓和熄滅電壓分別為100 kV和60 kV，在高壓側(cè)試驗電壓為100 kV和200 kV時的放電量值分別為100 pC和1 000 pC，放電波形（局放儀均已外接同步電壓）見圖8和圖9。被試變壓器高、中壓側(cè)的傳遞系數(shù)約為3∶1。試驗后取變壓器油樣進行色譜分析，總烴及乙炔均正常。再一次加壓，其試驗結(jié)果和放電波形與之前無差異，而變壓器出廠試驗時三相局放量均為40 pC左右。

根據(jù)以上情況分析認為：B與C相局放正常，可基本排除試驗電源、測量系統(tǒng)及外部強電場干擾等問題。而根據(jù)被試變壓器高、中壓側(cè)傳遞比的關(guān)系，A相高壓側(cè)局放超標(biāo)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部繞組絕緣出現(xiàn)問題的可能性不大，且根據(jù)局放波形對稱的現(xiàn)象，可排除內(nèi)部懸浮電位放電的可能。

圖7 B與C兩相局放波形

圖8 試驗電壓100 kV下A相的波形

圖9 試驗電壓200 kV下A相的波形

綜上分析，原因可能是高壓側(cè)引線與套管連接松動、出線絕緣或套管本身的問題。對變壓器進行放油處理，發(fā)現(xiàn)A相高壓側(cè)出線絕緣和連接正常，而后將A相高壓側(cè)套管與B相高壓側(cè)套管互換后再次試驗，發(fā)現(xiàn)更換后的A相局放合格，B相超標(biāo)，其測試結(jié)果與放電波形分別同更換前的B與A相相同，最后將存在問題的套管更換為新套管后，試驗全部合格。

4 總結(jié)與展望

變壓器局放試驗是考核變壓器絕緣的一項重要試驗，相應(yīng)的試驗設(shè)備和技術(shù)也得到了較大的發(fā)展—從測量局放儀的數(shù)字化，到試驗設(shè)備的集約化，再到試驗電源的更新?lián)Q代，給現(xiàn)場試驗帶來了較大的便利，也大大提高了工作效率。但是有幾點需要注意和思考：

（1）隨著產(chǎn)品材料、工藝技術(shù)的發(fā)展和制造水平的提高，變壓器的局放水平已被控制在較小的范圍之內(nèi)。在現(xiàn)場安裝過程中，應(yīng)注意套管、高壓引線和其他外絕緣附件的安裝，以避免因此帶來的局放異常問題。

（2）局放試驗時的一些干擾可以首先從試驗前的接線處理中得到抑制，如防止感應(yīng)電的影響，局放儀的輸入單元盡可能接近被試變壓器、高壓引線盡量避免尖角、毛刺或懸浮電位的影響，試驗接線時盡量選擇同一點接地等。而對于試驗過程中出現(xiàn)的干擾要正確區(qū)分固定干擾、電暈干擾、懸浮電位干擾、接地干擾和試驗設(shè)備的干擾等。

（3）由于變壓器油中局放信號的頻率分布可達1 GHz，空氣中局放約為200 MHz，而目前窄頻帶局放測量系統(tǒng)的工作帶寬約為10 kHz，寬頻帶系統(tǒng)的工作頻帶也就僅為幾十到幾百千赫茲，在這種工作帶寬下，提取到的局放信息量非常少，不足以反映設(shè)備的局放水平，且在這個工作頻帶下去除干擾也是難題，所以更寬工作頻帶的局放測量系統(tǒng)或特高頻測量技術(shù)是發(fā)展趨勢。

（4）變壓器局放測量目的是通過檢測到的局放來判斷變壓器絕緣狀況，但目前還沒有很好地將局放測量結(jié)果和變壓器絕緣狀況聯(lián)系起來。因此，需要更深入地研究局放檢測結(jié)果與變壓器絕緣發(fā)展程度的關(guān)系，以實現(xiàn)對變壓器整體絕緣壽命的評估和預(yù)測。

（5）隨著特高壓等級電網(wǎng)的發(fā)展，特高壓變壓器局放試驗的相關(guān)問題得到了廣泛關(guān)注和研究。與目前220和500 kV電壓等級變壓器的局放試驗不同的是：試驗的電壓更高，試驗設(shè)備復(fù)雜，對測量設(shè)備和現(xiàn)場試驗環(huán)境的要求較嚴，1 000 kV電壓側(cè)的局放量要求≤100 pC。為此，需要充分準(zhǔn)備好試驗方案、試驗和測量設(shè)備，精心測試，才能取得準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。

[1]白國興，吳國良，電力變壓器局部放電試驗時容性無功的分析與估算[J].江蘇電機工程，2007，26（1）∶28-31.

[2]GB 50150－2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，2006.