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摘要：本文主要針對變壓器現(xiàn)場局部放電的試驗實例及故障展開了分析，通過結(jié)合具體的試驗實例，對對局部放電的現(xiàn)場試驗電壓、試驗接線、加壓程序、補償估算等要點作了詳細(xì)闡述，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：局部放電；變壓器；試驗實例；故障分析

引言

所謂的變壓器，是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，而變壓器在電網(wǎng)安全中有著重要的作用。因此，保障變壓器的正常運行十分必要。基于此，本文就變壓器現(xiàn)場局部放電的試驗實例及故障進(jìn)行了分析，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 變壓器局部放電試驗實例及故障分析

1.1變電所主變局部放電試驗實例

1.1.1 主變壓器銘牌技術(shù)參數(shù)

某變電站建于2011年，是全省電網(wǎng)樞紐變電站，在電網(wǎng)的運行中起著非常重要的作用。該站遠(yuǎn)景規(guī)劃主變?nèi)萘?×1000MVA，本期建設(shè)2×1000MVA主變，主變壓器選用單相自耦變壓器。

1.1.2試驗接線、加壓程序、分接開關(guān)位置選擇及試驗電壓計算

試驗接線：以A相為例，局部放電試驗接線如圖1所示，B、C相接線類同。

圖1 A相局部放電試驗接線圖

圖2 局部放電試驗加壓程序

被試變壓器高、中壓繞組中性點接地，低壓側(cè)加壓，按圖2的加壓程序進(jìn)行試驗。試驗前確保被試變壓器中壓繞組分接開關(guān)處于第3分接位置。在被試變壓器低壓側(cè)監(jiān)測試驗電壓，依據(jù)變比折算高壓側(cè)試驗電壓，試驗加壓程序如下。

圖2中，U1為1.7Um/；U2為1.5Um/；U3為1.1Um/；Um為設(shè)備最高電壓（方均根值），其中Um只與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓有關(guān)，與變壓器高壓側(cè)最高電壓無關(guān)。施加試驗電壓時，在不大于U2/3的電壓下接通電源并增加至Ua，持續(xù)5分鐘，讀取放電量值；無異常則增加電壓至U2，持續(xù)5分鐘，讀取放電量值；無異常再增加電壓至U1，保持試驗時間t（t的單位為“秒”，試驗時間t=120×額定頻率/試驗頻率），然后立即將電壓從U1降低至U2，保持60分鐘，進(jìn)行局部放電觀測。在此過程中，每5分鐘記錄一次放電量值；60分鐘滿，則降電壓至U3，持續(xù)5分鐘，記錄放電量值；降電壓，當(dāng)電壓降低到U2/3以下時切斷電源，加壓完畢。

分級開關(guān)位置選擇及試驗電壓計算，高壓側(cè)：Um=550kV；

中壓側(cè)（220kV系統(tǒng)）：Um=252kV

在有一個或多個分級絕緣繞組的變壓器中，由于感應(yīng)耐受試驗電壓及操作沖擊試驗（如果采用）電壓是按具有最高Um值的繞組確定的，因而Um值較低的繞組可能承受不到與其相應(yīng)的試驗電壓，這種差異一般是可以接受的。如果繞組間的匝數(shù)比是靠分接改變時，應(yīng)利用合適的分接，使Um值較低繞組上的試驗電壓值盡可能接近其耐受電壓值。因此Um選擇設(shè)備最高電壓，中壓繞組分接開關(guān)選擇在第3分接進(jìn)行試驗，此時高低壓繞組的變比是KHL=8.179，高中壓繞組的變比KHL=2.217（3分接），中壓繞組各階段試驗電壓下感應(yīng)的電壓為：高壓繞組試驗電壓為U1時，中壓繞組電壓U1/KHM=539.8/2.217=243.4kV；高壓繞組試驗電壓為U2時，中壓繞組電壓U2/KHM=476.3/2.217=214.8kV；高壓繞組試驗電壓為U3時，中壓繞組電壓U3/KHM=349.3/2.217=157.6kV。

低壓繞組各階段試驗電壓下需施加的電壓為：高壓繞組試驗電壓為U1時，低壓繞組電壓U1/KHM=539.8/8.179=66kV；高壓繞組試驗電壓為U2時，低壓繞組電壓U2/KHM=476.3/8.179=58.23kV；高壓繞組試驗電壓為U3時，低壓繞組電壓U3/KHM=349.3/8.179=42.70kV。

1.1.3 電抗器的補償估算

電源容量可分為有功部分和無功部分。有功部分主要是磁滯損耗和渦流損耗，無功部分主要是電容電流。被試變壓器空載損耗72.1kW，進(jìn)行局部放電試驗時，采用單相加壓法，則試驗中當(dāng)電壓加至1.5Um/時，變頻電源柜應(yīng)輸出的有功容量是：

式中K—感應(yīng)電壓倍數(shù)；fs—額定頻率，50Hz；fs—試驗頻率，Hz。

電源容量的無功部分主要取決于試品電容電流的大小，按照產(chǎn)品出廠試驗數(shù)據(jù)，高、中

壓繞組對地電容量為9391pF，低壓繞組對地的電容量為8958pF，高壓套管對地電容量為550pF，中壓套管對地的電容量為500pF。在1.5Um/試驗電壓下進(jìn)行估算，計算如下。

被試相高壓側(cè)套管的容性負(fù)載：

被試相中壓側(cè)套管的容性負(fù)載：

被試相高中壓繞組的容性負(fù)載：

低壓容性一般都比較小可忽略。試品總?cè)菪载?fù)載為QC=QTH+QTM+QH=4.273fs（kVA）。

可以看出，有功部分的損耗隨試驗頻率的增加而減少，無功部分的損耗隨試驗頻率的增

加而增加，當(dāng)試驗頻率增加時，有功容量減小而無功容量增加。利用變頻試驗裝置進(jìn)行試驗就是要尋找合適的試驗頻率，使中試驗容量達(dá)到最小。因為該變壓器電容電流是比較大的，占試驗電源的主要部分，所以在考慮試驗方案時選擇采用電抗器并聯(lián)諧振補償?shù)姆绞綄o功容量完全補償，只剩下有功容量。同時盡可能多并聯(lián)電抗器，減小電感量，從而提高并聯(lián)諧振試驗頻率，以使有功容量也達(dá)到最小。該方案采用兩臺35kV-3.72H-525kVA的電抗器進(jìn)行并聯(lián)補償，則電抗器實際補償容量為：

QL=U2/2πfsL×2=（58.23÷2）2/（6.28×fs×3.72）×2=72570/fs（kVA）

考慮到QL≥（1.2～1.4）QC，330kV～500kV變壓器一般選擇1.4，則試驗頻率在110Hz左右。

1.1.4 試驗過程

（1）試驗接線以及局部放電試驗過程中的故障分析及處理

在進(jìn)行試驗之前，應(yīng)合理布置試驗設(shè)備，特別注意高壓引線與周圍設(shè)備的安全距離。待完成試驗接線后，試驗負(fù)責(zé)人應(yīng)再次對其進(jìn)行詳細(xì)檢查，避免出現(xiàn)接線錯誤。

2011年6月3日下午天氣晴朗，帶有3級微風(fēng)，空氣濕度不超過60%，進(jìn)行2號主變局放試驗。在完成A相、B相試驗，數(shù)據(jù)正常后，進(jìn)行C相局放試驗，當(dāng)試驗電壓升至1.5Um/后，局部放電波形發(fā)生變化，如圖3所示。

圖3 C相局部放電故障波形

試驗人員將試驗電壓降低至零，進(jìn)行檢查。由于升壓設(shè)備狀態(tài)與A相、B相試驗時的狀態(tài)一致，故排除升壓系統(tǒng)問題。從局部放電的波形看，排除變壓器內(nèi)部放電的可能，懷疑由外部懸浮造成的，逐個進(jìn)行排除。將外部一些無明顯接地的設(shè)備，如消防管道、架空線等都進(jìn)行接地，重新進(jìn)行試驗，問題還是未消除，排除外部設(shè)備懸浮放電的可能后，對變壓器局部放電用均壓帽進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)均壓帽安裝后，均壓帽與套管導(dǎo)電桿間連接不可靠，處理后再次進(jìn)行試驗。在試驗電壓升至1.5Um后，局部放電波形如圖4所示，波形正常，數(shù)據(jù)合格。

圖4 C相局部放電正常波形

（2）方波校準(zhǔn)

變壓器局部放電試驗時，由于采用變壓器高壓側(cè)套管作為局放試驗的耦合電容，而套管的電容量為400pF～500pF，所以試驗選用4號阻抗單元。校準(zhǔn)脈沖根據(jù)局部放電量的水平要求決定，按照規(guī)程要求，變壓器局放要求在1.5Um/下的連續(xù)水平不大于500pC，所以局放校準(zhǔn)脈沖一般選擇500pC。注意試驗回路每改變一次（包括更換試品、更換耦合電容器、改變試驗回路接線等）必須重新進(jìn)行校準(zhǔn)，來確定試驗回路新的刻度因數(shù)。

根據(jù)局部放電信號功率譜密度的分析表明，典型窄脈沖局部放電信號的能量主要集中在≤10MHz頻帶范圍內(nèi)，所以試驗時測量回路所用的檢測頻帶一般放在40kHz～300kHz。對于干擾比較大的地方，檢測頻帶可放在80kHz～200kHz，但頻帶變化后，需重新進(jìn)行方波校準(zhǔn)。本試驗檢測頻帶采用40kHz～300kHz。

（3）電壓校準(zhǔn)

電壓校準(zhǔn)應(yīng)在測量電壓的一半以下進(jìn)行，主要是為了檢查分接頭接觸是否良好，容升比例是多少。被試變壓器的高壓側(cè)和加壓側(cè)電壓比和銘牌電壓比的誤差應(yīng)控制在3%以內(nèi)。校正時應(yīng)確認(rèn)分壓器采用的是變頻分壓器，目前使用的分壓器部分采用工頻下校準(zhǔn)，在進(jìn)行局放校準(zhǔn)時，該部分分壓器是不適用的。

（4）補償調(diào)整

將勵磁變壓器高壓輸出與電抗器并聯(lián)來完成補償，在低電壓下進(jìn)行頻率調(diào)整，盡量將無功部分補償?shù)?。?dāng)電壓升高后，由于變壓器容性負(fù)載會發(fā)生微弱改變，因此在測量電壓的一半以下，應(yīng)進(jìn)行頻率微調(diào)，盡量使變頻源的輸出電流達(dá)到最小，即處于無功完全補充狀態(tài)。

（5）按照加壓程序進(jìn)行局部放電測量

按照圖2的加壓程序進(jìn)行加壓，并在不同階段進(jìn)行局部放電監(jiān)測，現(xiàn)場實測2號主變局部放電數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2號主變局部放電數(shù)據(jù)

通過表1可以看出，變壓器局部放電量在1.5Um/的時候，放電量均小于或者等于500pC，因此可以得出結(jié)論，被試的變壓器是合格的。

2 結(jié)論

綜上所述，變壓器對電網(wǎng)的安全運行有著極為重要的作用，因此，為了保證電網(wǎng)的安全，我們就需要進(jìn)行局部放電過程中的故障控制，保證裝配工藝體系的健全，并進(jìn)行各個工序的協(xié)調(diào)及其優(yōu)化，保證高壓試驗?zāi)K中的制造工藝的優(yōu)化，實現(xiàn)制造工藝的整體合格性。

參考文獻(xiàn)：

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