董家明

摘要：隨著基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國(guó)電網(wǎng)電力建設(shè)日益完善，不管是經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)還是人們的日常生活對(duì)于電力能源的需求不斷增加，在很大程度上也促進(jìn)了電力行業(yè)的迅速發(fā)展。電力系統(tǒng)具有復(fù)雜性與風(fēng)險(xiǎn)性特征，而大型變壓器作為電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中極為重要的組成部分，發(fā)揮著突出的作用。文章對(duì)大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)回路中有著較大回路電感具體原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步探究了通過減小試驗(yàn)回路電感逐步改善雷電沖擊試驗(yàn)波形的方法。

關(guān)鍵詞：大型變壓器;雷電沖擊;試驗(yàn)波形;有效方法

前言：在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，會(huì)存在各種未知的風(fēng)險(xiǎn)隱患，其與社會(huì)發(fā)展及人們的生活密切相關(guān)，而其中最為核心的電氣元器件便是大型變壓器，雷電沖擊試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)υO(shè)備安裝質(zhì)量進(jìn)行有效控制，也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。 雷電沖擊試驗(yàn)一定要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，找到異常超標(biāo)數(shù)據(jù)，第一時(shí)間消除風(fēng)險(xiǎn)隱患，從而保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)論述

大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)的主要目的是為了進(jìn)一步驗(yàn)證變壓器絕緣性特點(diǎn)，也是關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目，相關(guān)部門也對(duì)雷電沖擊試驗(yàn)波形制定了嚴(yán)格的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。需將波前時(shí)間控制在1.2us±30%u，波前時(shí)間峰值為1.56us，波峰處不能大于5%，波尾時(shí)間r為50us±20%，也就是波尾時(shí)間為40-60s。沖擊試驗(yàn)電壓并非因雷電過電壓所決定，與避雷器水平密切相關(guān)，雷擊過電壓主要指的是避雷器放電之后雷電留殘壓，同時(shí)雷電沖擊試驗(yàn)波形又可被分為全波與截波兩種。雷電沖擊波主要指的是感應(yīng)雷在架空線路沿著線路相對(duì)方向傳遞的沖擊波，沖擊波的傳播速度大約在150m/us，在架空線路中傳播速度為300m/us，不同的沖擊波波形差距也非常大。耐壓試驗(yàn)過程中，峰值電壓為400-480kV，波長(zhǎng)在（40±4）us，大型變壓器繞組等值電容大，因此，波形可以存在比較大的偏差，同時(shí)，樣品電感也無法獲取單極性波形，振蕩反峰值要控制在施加電壓值50%以內(nèi)，分析波形過程中，也需要密切注意變壓器出現(xiàn)不過零的情況[1]。

大容量變壓器以及高電壓在雷電沖擊過程中，額定電壓比較高，通常在300kV，甚至是更高，我國(guó)許多地區(qū)，高參數(shù)沖擊電壓發(fā)生器，電壓在300kV。渡前電阻尺度比較長(zhǎng)，回路變大，也說明電感比較大，高電壓沖擊試驗(yàn)進(jìn)行過程中，發(fā)生器級(jí)數(shù)也很多，并且各級(jí)之間不能并聯(lián)運(yùn)行。所以，沖擊電壓發(fā)生器各級(jí)電感相加在60-90H，其次，沖擊電壓發(fā)生器和變壓器兩者之間也有一定距離，一般在10m，從而形成很大的接線回路，其周長(zhǎng)在40m以上，外接線路電感超過40H。沖擊試驗(yàn)回路總電感超過100H，當(dāng)技術(shù)方面無法科學(xué)處理，沖擊試驗(yàn)回路電感甚至能夠達(dá)到150H[2]。

2雷電沖擊試驗(yàn)基本原理

變壓器沖擊試驗(yàn)過程中，可能存在各種未知風(fēng)險(xiǎn)與故障，為了進(jìn)一步明確樣品絕緣性有無被破壞，通?？筛鶕?jù)電阻電流以及電壓波形圖做出有效判斷。沖擊電壓波形可由分壓器獲取，電流波形可由示傷電阻獲取，50%電流及電壓波形與全電壓狀態(tài)進(jìn)行綜合對(duì)比，比較常用的方法為，假設(shè)50%的電壓狀態(tài)下的波形為正常狀態(tài)，可根據(jù)波形重合情況判斷變壓器的絕緣性有無遭到破壞[3]。

3大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波形的有效改善措施

3.1構(gòu)成沖擊試驗(yàn)回路電感L的環(huán)節(jié)以及減小電感的詳細(xì)方法

雷電沖擊試驗(yàn)回路電感則主要含有沖擊電壓發(fā)生器電感與外部回路電感。另外沖擊電壓發(fā)生器也包含了電容器、引線以及波前電阻電感。目前，國(guó)內(nèi)大型沖擊電壓發(fā)生器主要使用脈沖電容器，并形成不同級(jí)別電容，各級(jí)之間采用脈沖電容器進(jìn)行串聯(lián)，并且可產(chǎn)生300kV電壓。在具體試驗(yàn)過程中，沖擊電壓發(fā)生器主要使用脈沖電容器，其電感在1uH，進(jìn)行串聯(lián)之后，電感可達(dá)到2uH[4]。因?yàn)楦骷?jí)電壓比較高，大約在300kV，所以，引線回路長(zhǎng)度大約在2.95m，各級(jí)引線回路電感在2.95uH。各級(jí)波前電阻電感，根據(jù)其實(shí)際結(jié)構(gòu)狀況，通常為若干uH。波前電阻電感，經(jīng)過實(shí)測(cè)可知，但是因?yàn)椴ㄇ半娮铓堄嚯姼芯唧w數(shù)值比較小，一般在幾微亨，每級(jí)波前電阻值大約在幾十歐。經(jīng)過充電之后，電容器放電過程中，阻尼比較大，不能有效獲取振蕩波形衰減情況，因此不能對(duì)波前電阻直接實(shí)測(cè)。該情況下，應(yīng)當(dāng)使用直徑和波前電阻絲相同的銅線，針對(duì)電阻詳細(xì)尺寸，繞制模型電阻。使用充電后的電容器對(duì)該模型電阻構(gòu)成的回路進(jìn)行放電，通過高壓脈沖示波器，能夠有效測(cè)得不同結(jié)構(gòu)尺寸的波前電阻具體電感[5]。

沖擊試驗(yàn)外回路電感主要?jiǎng)t由波前電阻到變壓器之間的高壓引線、接地回路電感等部分構(gòu)成，這樣的不同邊周長(zhǎng)便是外回路長(zhǎng)度，依據(jù)1gH/m來進(jìn)行估算是很接近的。試驗(yàn)過程中，外回路長(zhǎng)度在37m，外回路電感估算值在37uH，研究環(huán)節(jié)中，可對(duì)外圓路電感進(jìn)一步實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)值和估算值非常接近。通過分析不同環(huán)節(jié)電感，想要減小各級(jí)引線回路電感、脈沖電容器電感是極其困難的，甚至不可能完成。電容器電感大約只有1uH，想要減小可能性不高，并且其也并非關(guān)鍵問題。常年使用的沖擊電壓發(fā)生器，各級(jí)引線長(zhǎng)度無法減小，外回路部分，沖擊發(fā)生器和大型變壓器之間的距離通常在15m左右。已經(jīng)完成安裝的沖擊發(fā)生器與產(chǎn)品運(yùn)輸軌道現(xiàn)場(chǎng)，是無法改變的，在高壓試驗(yàn)環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)盡可能的縮短兩者之間的護(hù)理，從而達(dá)到減小試驗(yàn)外回路電感的目的，可能性比較高的便是渡前電阻殘余電感[6]。

3.2減小試驗(yàn)回路電感對(duì)沖擊波形的改善

為了證實(shí)通過減小沖擊試驗(yàn)回路電感，從而對(duì)雷電沖擊波形起到良好的改善效果，試驗(yàn)過程中，在相同的SSZ-180000/220變壓器中，對(duì)高壓繞組進(jìn)行試驗(yàn)研究與對(duì)比。在每次試驗(yàn)過程中，沖擊電壓發(fā)生器都是采用4級(jí)串聯(lián)保持運(yùn)行，并且包括了接地回路等外回路引線，三條邊周長(zhǎng)在37m。使用寬30cm、厚1mm的銅帶，對(duì)傳統(tǒng)無感結(jié)構(gòu)及新型結(jié)構(gòu)不同波前電阻形成的回路電感進(jìn)行對(duì)比，并分析不同阻值情況，以及對(duì)沖擊波形產(chǎn)生的影響進(jìn)行了全面測(cè)量。R阻值主要指波前電阻串聯(lián)值[7-8]。

對(duì)變壓器可能存在的絕緣薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)優(yōu)化，同時(shí)使其靜放大約24小時(shí)以后，再次試驗(yàn)，該次試驗(yàn)結(jié)果與之前的試驗(yàn)結(jié)果大致是相同的，在完成試驗(yàn)后，容易出現(xiàn)繞組絕緣短路的情況。其內(nèi)側(cè)出現(xiàn)放電情況。導(dǎo)線質(zhì)量問題都會(huì)造成變壓器樣品發(fā)生放電的現(xiàn)象，將放電部分進(jìn)項(xiàng)拆開，并深入分析，2根導(dǎo)線繞組，其都可能會(huì)發(fā)生沖擊放電，在之后的試驗(yàn)過程中，故障還會(huì)逐步擴(kuò)大，出現(xiàn)擊穿問題，經(jīng)過查找，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣層之間無壓疊，導(dǎo)線中無絕緣空隙，受到強(qiáng)壓作用情況是，會(huì)導(dǎo)致油隙發(fā)生放電現(xiàn)象，絕緣紙板也會(huì)逐漸碳化，發(fā)生短路與擊穿，導(dǎo)線絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生故障，可對(duì)高壓繞組導(dǎo)線及時(shí)進(jìn)行更換，之后重新完成裝配后，再次進(jìn)行試驗(yàn)，明確試驗(yàn)合格率。

結(jié)束語(yǔ)

一直以來，大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波形峰值過沖、波前時(shí)間都無法符合相關(guān)規(guī)定要求，其中非常重要的一點(diǎn)便是試驗(yàn)回路電感比較大，繞組電容也明顯較大。雷電沖擊也會(huì)對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成不同程度的影響，甚至?xí)?duì)變壓器的安全性造成影響，但因?yàn)殡妷旱燃?jí)多樣化，且繞組工藝也復(fù)雜化，類型繁多，變壓器的容量也各不相同，導(dǎo)致雷電沖擊故障判斷及處理方法無標(biāo)準(zhǔn)方法。只有結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，不斷的深入研究，才能夠探索出更好的方法與措施，這也是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊敏青， 朱士全. 大型變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波形的改善[J]. 變壓器， 2017， 36（3）：5.

[2]肖林， 張樂. 變壓器雷電沖擊試驗(yàn)全波波形調(diào)節(jié)[J]. 電力機(jī)車與城軌車輛， 2018， 39（1）：5.

[3]宋作森， 劉東， 錢國(guó)超，等. 論規(guī)范大容量換流變的雷電沖擊試驗(yàn)波形參數(shù)的重要性[J]. 電瓷避雷器， 2016（4）：5.

[4]孫宇， 劉洋. 變壓器雷電沖試驗(yàn)接地方式的選擇[J]. 福建質(zhì)量管理， 2019， （007）：108.

[5]ZHAO Jun， 趙軍， CHEN Weijiang，等. 變壓器雷電沖擊試驗(yàn)的空間磁場(chǎng)計(jì)算分析[C]// 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高電壓專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì). 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高電壓專業(yè)委員會(huì)， 2018.（13）22-23

[6]王承， 何志偉. 電力變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波形的電阻調(diào)節(jié)[C]// 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)測(cè)試技術(shù)及儀表專業(yè)委員會(huì)換屆年會(huì)暨電力系統(tǒng)綜合測(cè)量技術(shù)研討會(huì). 2019.（13）33-34

[7]趙軍， 陳維江， 高飛，等. 變壓器雷電沖擊試驗(yàn)空間磁場(chǎng)對(duì)智能組件影響的計(jì)算分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2018， 36（14）：9.

[8]劉洋， 汪斌， 王麗丹. 變壓器雷電沖擊試驗(yàn)波形調(diào)節(jié)方法[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2019， 291（13）：196.

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