变压器绝缘试验

111第七章变压器绝缘试验第一节变压器绝缘构造每千瓦的发电设备往往需要有5—8kVA的变压器与之配套使用。7-1事故部位93次变压器事故部位分析表事故数量匝绝缘主绝缘及引线套管7-1事故部位93次变压器事故部位分析表事故数量匝绝缘主绝缘及引线套管分接开关铁芯总计40211413593占百分率〔%〕43.022.615.014.05.4100.093次变压器事故部位分析表见表7—1。(包括相问)及绕组内部的绝缘。变压器绝缘的分类见图7—l。一、变压器绝缘工作条件电气性能要求1min只是在型式试验时进展，而在例行试验时仅进展感应耐压等试验工程，明显它对纵绝缘的考核不如冲击耐压那样严格。用油一屏障绝缘，所以绝缘油的性能在其中起着很重要的作用。如国外某765kV系统在1969~197143机械性能要求组中的电流作用产生径向力Fr，此Fr使外部绕组向外扩张，使内部绕组向内压缩；而端部径向漏磁通则与绕组中的电流作用产生轴向力Fa，此Fa使绕组向中间压缩，如图7—2所示。在正常状况(即仅通过额定电流时)下，这些电动力不大。当发生短路时，由于变压器短路电流有可能到达额定电流的20～30倍，因而绕组短路电磁力有可能到达正常时的几百到近千倍。假设绕组固定不结实或者绝缘材料已老化枯脆，就有可能导致绕组变形、松散等，由此造成事故发生。所以无论是绕组对铁扼、绕组之间，还是绕组内部都必需切实固定好，在有径向或轴向油道的地方都要用垫块、撑条等固定结实。一般来说，径向固定要比轴向固定简洁，特别是承受多层圆筒式绕组时，由于端面小，使得轴向固定更为困难。为了减小轴向力，通常特意增大低压绕组对铁扼间的距离，使高、低压绕组的安匝数近于平衡，而且还要避开由于装配不当等所带来的附加轴向力。热性能要求10油浸电力变压器在额定负荷下运行时，其油面的温升(即高出环境温度的数值)不得超过55℃，绕组的平均温升不得超过65℃。即使这样，长期在80～l00℃的温度作用下，纸和纸板等固体介质也将渐渐老化变脆，变压器油受热将加速氧化而使酸价上升，并消灭油泥等。这对油的对流散热就不利。80～140℃的范围内，每上升6℃，电缆纸的热变压器事故过负荷的时间。其它性能要求变压器油的老化、受潮以及含有杂质、气泡等都将影响到电气性能。例如，油与钢线、相容性，当绝缘油与大气相连通时，会增加油的湿度及加速氧化过程等等。导致绝缘击穿。二、高压绕组绝缘构造的根本特性两种典型构造型式，即饼式及圆筒式绕组，见图7—3。油流淌而把铜、铁中所产生的热量带走，所以散热性能较好。此外，饼式绕组的端面大，便35kV各饼间的连接见图7—3(a)，各线饼间的连线不用辐接。但这种绕组绕制时需要“翻位”，技60了纵向电容，改善了冲击电压下的性能。现在，额定电压220kV及以上的绕组都已承受纠结式构造，60～154kV承受局部纠结式(即纠结连续式)。也有些国家用多层圆筒式，如图7—3(b)所示，由于它卷制工艺较简洁，不受容量的限制，而且可以依据各层对地电位的不同而做成分级绝缘——各层对扼间具有不同的绝缘距离，如图7—4的轴向油道不如饼式绕组里的径向油道那样易于散热。为了充分发挥多层圆筒式的优点35kV及以下中小容量的变压器试用铝箔来作导线。500kV水溶性酸或碱60无50无500kV水溶性酸或碱60无50无7-2变压器油的主要性能要求项目油 运行中的油闪点〔不低于，℃〕140〔10、25号油〕不比油标准降低５℃135〔45号油〕5℃机械混合物及游离碳无无酸值〔mgKOH/g油〕0.050.4击穿电 15kV以下〔不低 15~35kV30352530于，kV〕66～220kV4035330kV45045变压器低压绕组常用圆筒式或螺旋式构造，当电流很大时，承受螺旋式特别适宜。三、油浸变压器常用绝缘材料及其性能变压器油7—225℃，在20℃时的tgδ应不大于0．5％等。至可达4000kV／cm器油往往仅为160～200kV／cm(即标准油杯中击穿电压达40～50kV)，由于在制造和运与油本身成分等的关系却被掩盖。含潮变压器油的击穿电压与温度有关，由于水分在油中可能有3种不同形态：完全完全溶解于油中时，它对击穿电压影响较小，当油温从0℃左右上升时，水溶解度增大，不同含水量的油样击穿电压值也都提7—50℃以下后，液态的水分微粒转为固态微粒(冰粒)，影响就减小了。对应于不同油温t，在不同的空气相对湿度φ下，油的饱和含水量ω不同，如图7—6所示。变压器油在运行中会渐渐老化变质，通常可分为热老化及电老化两大类。热老化。热老化在全部变压器油中都存在。油箱中既有原来残留的氧气，纤维分解高、颜色变深、油泥增多、tgδ值增大、击穿电压下降等。tUb下降，如图7—7所示。油浸电力设备中，高场强处产生局部放电，促使油分子进一步相互缩合成更高分子量的蜡状物质，绝缘上，堵塞油道，影响散热，产生气体从而使气体增多，放电更易发生。通，因而隔绝了变压器油与大气的接触。如表7—3所示，国内某330kVl50MVA变压器承受隔膜保护后，运行中油的性能下降很少。7—3日期1972319732330kV1974年2月 1975年3月 1976年2月19773酸值(mgKOH0.00470.1060.0166 0.0160 0.01580.017pH5.45.05.0 5.0 4.74.8绝缘纸现在变压器中常用的绝缘纸(包括纸板等)主要用未经漂白的硫酸纤维制成有大量孔隙，因而具有很强的透气性、吸油性和吸水性等。干纸的电气强度不高例如承受乙酰基代替纸中的羧基，或用聚酰胺纤维纸等。板(或筒)虽然机械强度比纸板高，但含有游离酚等杂质，不宜用于高压变压器中。电缆纸主要用作导线绝缘、层间绝缘及引线绝缘等。纸比电缆纸薄，如常用厚为0．04、0．05、0．07mm等规格，其密度比电缆纸高，约为O．8～0.82g／cm3。纸用作导线或层间绝缘、分接头或出线头的绝缘等。如改用密度更大的薄纸，例如密度为1．1g／cm3、厚为O．08mm的纸，则无论是在冲击电压下还是工频电压下的击穿场强都比常用的电缆纸要高，而且分散性小。环等。能由于漆的耐油性不够，长期运行后会形成油泥等而降低变压器的性能。变压器用油一屏障绝缘如前所述，油与纸协作使用，可以相互弥补弱点，小型变压器大都承受通过呼吸器等与大气连通的构造简洁吸取水分等杂质。油中即使只含百万分之几的杂质，围空气中吸取潮气，当空气的相对湿度高时，吸潮更快，吊芯检查时务必选择晴朗枯燥的天气7—8超过3％～5板的吸湿量。不仅随着油中含水量的增加而增加，而且随着油温下降而增大，如图7—9所示。因而在1976年国际大5~15ppm，纤维中含水量不宜超过O．3％~O．5％。这样，当运行确定时间后即使油中含水量增至40ppm时，由图7—92％以下，这样的含水量对油浸纸板电气强度的影响照旧不大。防性试验，如有必要应先予以枯燥处理。四、变压器主绝缘绕组间或绕组对铁芯柱间绝缘构造见图7—lO。电压等级越高，所用的纸简、角环数目也越多，由于油隙分得越细，其电变压器的主绝缘越来越多地承受薄纸简小油道构造距离还可以缩小，但是散热会困难，工艺要求也更严格。——屏障绝缘的击穿电压Ub工频电压下 U=28.51

2.14d(有效值，kV) 〔7-1〕db 2.14d全波冲击电压下 U=82.51 (幅值，kV) 〔7-2〕db 2.14d2μ冲击电压下 U=93.21 有效值kV) 〔7-〕db 上三式中，d——油一屏障绝缘的绝缘距离，cm。公式的适用条件为：中部进线，如端部进线则距离要增大；各纸筒问油隙约20mm，且纸筒总厚度约占总绝缘距离1／4；(3)需经真空注油，且在试验电压下也不允许油隙中发生击穿；冲击试验时，高压绕组与相邻绕组间的电位差可能比进波幅值要高，宜按实际消灭的电位差来核算；具体计算时还应有确定裕度(如取1．15)，再按工艺水平加些公差。法(如电解槽模拟、导电纸模拟等)及数值计算法(如有限元法等)来进展模拟或计算。对于同心式绕组之间和对铁芯柱间电场分布，也可近拟地按同心圆柱体电场来估算。7—4及图7—11llOkV离共42mm，其中除了3个3mm7998mm硬纸筒在端部另插入角环时电场畸变要小，为满足同样试验电压Ut，绝缘距离可显著缩短。表7—4 110kV变压器主绝缘尺寸举例类型中性点接地方式出线位置距离凹凸压绕线间油道尺寸纸筒端部对铁轭间的距离〔mm〕半绝缘有效接地系统端部427+9+9+83+3+385中部507+8+8+83+3+355全绝缘非有效接地系统端部507+13+13+83+3+31007—12220kV——7—12中高、中压绕组间绝缘距离为84mm，被厚度3～4mm的五层纸隔板将油隙分成六局部，构成薄纸筒小油隙的油——120mm，各相高压绕组外部有一层6mm纸板的围屏，与相应的油隙构成相间及对油箱(高压绕组对油箱距离约300mm7—12中高、中和低压绕组的端绝缘距离均在110mm决于220kV绕组中性点和110kV的绝缘水平(它们都是110kV级绝缘水平)。上部绝缘距离一般比下部的长些，电场。端绝缘的根本构造仍是油隔板端部的电场强度。绕组对铁轭绝缘通常对铁扼的绝缘距离要取得比绕重量很弱。可是在绕组对铁扼的电场中，却不行避开地同时有很强的切线重量致在较低的电压下就可能发生电晕甚至作用不大了。因此，在设计时常期望知道对铁扼绝缘中等位面的外形和位置(可以用数值计算或电场模拟等方法求取)；然后尽量将各角环等绝缘件制成与等位面同样(或相近)的外形，以削减组间承受小油道构造一样，能够提高对铁轭绝缘的击穿电压值。必需将高压进线(或自耦变压器的中压引线)安置在绕组端部时，往往承受静电板来改善靠近端部处绕组的电场分布。静电板是在绝缘环上ρ及隙中的最大场强都降到容许值以下。引线绝缘绕组至分接开关或套管等的引线大多承受直保证在试验电压下导线外表(在纸中)和绝缘层表面(在油中)的电场强度都不超过各自的击穿场强。r(cm)及工艺等因素0有关，一般用阅历公式估算KE＝min r0

(有效值，kV／cm)当油质较好(标准油杯中耐压在40kV以上)且为真空浸油时，K可取105；当不是真空浸油时，K取90，另外还应有确定的裕度(如K＝1.25左右)。的工频击穿电压几乎随油隙距离d的0．5～0．75次方而增大(见图7—13)，比油中针对针的击穿电压值稍高一些。在布置引线时还应具有足够的机械强度得层次清楚，便于检查修理。额定电压〔kV〕工频试验 引线最小 每边绝缘电压〔kV〕直径〔mm〕厚度〔mm〕图7-14(a)额定电压〔kV〕工频试验 引线最小 每边绝缘电压〔kV〕直径〔mm〕厚度〔mm〕图7-14(a)图7-14(b)图7-14(c)图7-14(a)中引线对中引线对中引线对中沿夹件平面尖角引线木件/纸板d(mm)d(mm)d(mm)d(mm)123410352．44020202050/303101000/035854．10505550140/80620252050/3011020010107015060150/100五、变压器内部保护(一)在冲击电压下绕组中电压分布特点变化时，也证明白这时它所受到的梯度要比工频电压下均匀分布时大好多倍。在变压器中，不仅有绕组本身的电感L、互感M和导体电阻R，还有绕组内部各局部之间电容和绕组对地电SJ6—5600／110型变压器的总电感L＝0．724H，入口电容C约500pF。由表7—6可见，在50Hz及300kHz电压作用下，其电抗数值就相差很大。在50Hzdu的影响。在冲击电压作用下，波头很短，dt

很大，就相当于极高频率的电压作用，这时绕组内部的起始电压分布就取决于各电容值，其等值电路如图7—15所示。在冲击电压作用下，沿绕组高度上起始电压沿绕组起始电压分布等值电路图分布不均C＝0，即侧链中无分流，则沿主链CKC值越大，则主链CK中的电流被侧链CCK降(梯度)也越大。当绕组均匀时，假设绕组每单位高度的对地电容及绕组间的电容分别为C及CK，则通常用系数al来表征变压器绕组在冲击电压下的分布特性CCCCKal＝l

ClC0CK0CC0CK0CCKKl式中C——沿整个绕组高度l上总的对地电容；0C——沿整个绕组高度l上总的串联电容(纵向电容)。K0对中性点直接接地的变压器(见图7—15中当QK合上时)施加以幅值为U。的无限长直角0波，由于波头很陡，沿绕组高度l上的起始电压分布完全打算于电容。在距起始端为x处的对地电位可求得sha(lx)Ｕ=Ux 0沿x方向的电压梯度为

shaldUxdxdUxdx

＝aU0

cha(lx)shal

(7-6)(7-7)在起始端x=0处，电压梯度最高为

dUxdxdUxdxg＝ ＝aUcthal≈aU＝al 0

(7-8)max

0x0

0 l 对于连续式绕组，一般al=5～15，故cthal趋于１。可见al值越大，冲击电压下的电压Ul0的alal值对起始分布的影响可参见图7-16(a)。对中性点绝缘的变压器，距起始端为x处的对地电位可求得cha(l x)U=U

(7-9)x 0 chal当al图7-16(b)所示。例如有一台154kV、31500kVA变压器，由60个饼组成高C=1920pF，纵向电容C=24pF(7-5)0 K0可见，其al值已很大，电压分布将很不均匀，其值为C0CC0CK0192024变电所里安装的避雷器可以防止过高幅值的大气过电〔外部保护〔或残压〕的冲击波作用。如上所述，在无限长直角波作用下，〔t＝0〕其电位分布如图7-17所示，最终的稳态〔t=∞〕电压只受到绕组电阻的影响，应是均匀分布的。这样，用驻波理论来分C0C0CK0alC0，或是增加纵向电容CK0。也可设法另外参与附加电容，使纵向电容CK0少变化)。因此目前各种内部保护方案就是从这几方面提出来的。(二)变压器内部保护方法为了改进变压器的纵绝缘构造，可以承受以下内部保护措施。静电板静电板除改善绕组端部电场外，而且由于静电板l对第一个线饼2的各线匝之间有较大的电容(见图7—18，b)，补充线饼对地电流，使此饼的匝间电位分布大为改善。另外，如图7—18(c)和图7—18(d)所示，静电板对饼间的附加电容也使得沿各线饼的起始电位分布略有改善。当用纠结式绕组且为中部进线时，电场分布已较均匀，静电板可省掉。纠结式绕组纠结式绕组是用转变绕组中匝间相对位置的方法来增大纵向电容，从而改善了冲击电压下的电位分布。图7—19与连续式绕组(见图7—3，a)相比，其双饼问的电容为Ci 2连续式双饼线段时 C＝ +Cl N 3 dC

(7—10)双饼纠结式线段时C＝i(N一4)十1．2C

(7—11)2 4 d式中Ci——相邻线匝(径向)的匝间电容；Cd——相邻线饼间的饼间电容；N——双饼线段中的总匝数。例如，同样尺寸的双饼线段，N＝45×2＝90匝，匝间、饼间电容Ci、Cd分别为600pF及820pF。当接成连续式或双饼纠结式时，由式(7—10)及式(7—11)分别计算得双饼间的纵向电容相应为553pF及13884pF。可见纠结式绕组由于纵向电容大得多，因而使al值显著减小，起始电压分布就均匀多了。现国内外ll0kV或220kV及以上的变压器广泛承受纠结式绕法。除了双饼纠结外，还有双纠结绕组、双饼穿插纠60～154kV因此常仅在靠近高压进线端的几个线饼承受纠结式绕一连续式，其最大对地电位已比全部连续式时下降30％～40％。仅为每双饼电压的(N为每双饼内的匝数)。但如图7—19那样的双饼纠结，则匝间工作工作电压下匝间绝缘长期耐受局部放电的性能。插入电容式(内屏蔽绕组)绕的导线(屏蔽线匝)只是一端与绕组相连，压作用下却通有电容电流而改善电压分布。图7—20为内屏蔽连续式绕组构造图例，其工艺较简洁，饼间电容增长的效果也很明显，国内已开头试用。圆筒式绕组电压分布。而多层圆筒式因层间电容大，对电压分布更为均匀。同样，加屏后层中的最大梯度也可降低。其次节 绝缘电阻和吸取比测量一、变压器绝缘的等值电路及其吸取过程电流，与加压时间无关，o表现为恒定的值，它的数值反映比亲热有关。l和油隙2图7—21所示。由于d>>c、b>>a，可无视纸撑条和垫块的电容。变压器主绝缘在直流电压作用下，可近似由图7—22等值电路来表示。在直流电压作用下，吸取电流为i＝AAe-t/T0绝缘电阻为

(7-12)R(t)=

R1Get/T

(7-13)式(7—13)中绝缘电阻稳定值为R(R R)R= 1 p 0

(7-14)RR R1 p 0吸取系数为RG= 1 ·

(RCp

RC)0 0

〔7-15〕吸取时间常数为

RR R1 p 0RR

RR(Cp 0

C)20T= p 0

〔C+C〕 (7-16)R R p 0p 0明显，G＝A／AR＝U／A7—13)表达了绝缘电阻R(t)随时间增加而增大的吸取过0 0程。二、绝缘电阻和吸取比反映绝缘状况的不确定性R—l

1Ge60/T

,R60R还取决于吸取参数G和T，对推断绝缘优劣带来简洁。60吸取比

RK= 60R15

1Ge15/T=1Ge60/T

(7-17)由式(7—17)看出，G增加导致及增加，如图7—23所示。吸取系数G主要取决于介质的不均匀程度(RpCp≠R0C0)。由式(7—15)可知，当(RpCp—R0C0)增大时，GRC≈RCG值较小，均使吸取pp 00比下降，这给推断绝缘优劣带来简洁性。此外，由式(7—17)还说明，在固定的G值状况下，某一吸取时间常数T＝T时，吸取比K0取最大值K7—24所示。当T＞TT增加导致K下降；当T＜Tm 0 0降。由式(7—16)可知，吸取时间常数T与RR(R+Rp0 p 0介质劣化时，RR／(R+RT小导致K小；但两层介质均良好时，RR(R+RT大(Tp0 p 0 p0 p 0＞T，K亦小。0K较小。但K小，也可能是绝缘良好的表现，从而给推断绝缘优劣带来错误的结论。三、绝缘电阻和吸取比的温度系数自有不同的温度变化规律，当温度变化时，复合介质的吸取过程也在变化7—7值。序表7—7变压器规格绝缘电阻和吸取比随温度的变化序号较低温度的R/R 较高温度的R/R60 15 60 15号1167MVA/500kV单相17．5℃，3600MΩ/3200MΩ=1．1340℃，1850MΩ1300MΩ=1．422120MVA/220kV18℃，3950MΩ/3200MΩ=1．2333．8℃，2500MΩ/1850MΩ=1．353360MVA/220kV18℃，3450MΩ/2850MΩ=1．2l38℃，1450MΩ/950MΩ=1．53431．5MVA/110kV23℃，1400MΩ/750Ω=1．8738℃，850MΩ/490MΩ=1．73531．5MVA/110kV17．2℃，2023MΩ/1150MΩ=1．7430．5℃，1320MΩ /650MΩ=2．03640MVA/18kV20．5℃，3200MΩ/2400MΩ=1．3332℃，1550MΩ/1200MΩ=1．29如表7—7差异很大。序号1、2、3和54和6变压器的吸取比随温度上升而减小。序号6变压器有轻度受潮，温度上升后，绝缘电阻下降幅度最大。大。纸含水量小(0．3％)，油tgδ(0．01％～O.03％)时吸取比较低，且随温度上升而增大。纸含水量小(O.3％)，油tgδ(0.08％～O.52％)时吸取比较高，且随温度上升而下降。纸含水量高(4％)，吸取比不高，且随温度上升而下降。以上模拟试验中绝缘电阻7—l5(7—l6)和式(7—17)得到解释。当油和纸绝缘均良好时，(RpCp—R0C0)2较小，G小，T大(T＞T0)，K小。温度上升，T减小，使K上升。当纸绝缘良好、油绝缘较劣时，(RpCp—R0C0)2较大，G大；T小(T＜T0)，K较大。温度上升，T减小，使K下降。p l l 1 p 0 1 p 0更小，K下降。变压器绝缘的良好是牢靠的。表7—7序号1、2和3变压器就是因低温度时的吸取比太低，承受空载(或短路)加电压升温的方法，才判定其绝缘是良好的。有些规程给出了绝缘电阻随温度的变化关系，可供参考。例如R＝R×1．50.l(t1-t2)，式2 l中RRtt2 1 2 1四、延长绝缘电阻的测试时间，正确推断变压器的绝缘状况由于在60s时间内测试的绝缘电阻和吸取比，反映绝缘状况有不确定性，部颁DL／T596一19961．3和(或)极化指数不低于1．5，这样可比较正确地推断变压器的绝缘状况。由式(7—13)得极化指数 p=

1Ge60/T1Ge600/T由于吸取时间常数一般均比600s小，e-600T≈0,故极化指数为p=1+Ge-60T

(7-18)由式(7—16T的绝缘状况。由式(7—18)可知，T增大，极化指数p将增大，不会发生图7—24所示的T增大，吸取比K可能下降的不确定问题。由式(7—18)看出，极化指数p也受到吸取系数G的影响。在油、纸两种介质均良好或均很差时，吸取系数G10min内的每分钟(7—13)～式(7—16绍，在这里不作具体争论了。方法。关于如何正确、全面地推断变压器的绝缘状况，待下面介绍介质损失角测试后并举例说明。第三节 泄漏电流测量一、概述泄漏电流试验的原理与绝缘电阻测量根本一样几点。试验电压较高并可任凭调整，对确定电压等级的被试物施以相应的试验电压，可使绝缘本身的弱点更简洁暴露出来；试验时，可随时监视微安表的指示，以了解绝缘状况；(3)可适中选择微安表的量程，故读数准确；(4)必要时，除读取泄漏电流值外，还可依据电流一时间关系和电流一电压关系，绘制相应曲线，进展全面分析。施加直流高压以后，泄漏电流受吸取过程的影响，也有一个随时间增长而变化的过程。由于绝缘电阻的吸取过程已相当充分地反映绝缘状况，因此一般只读取1min的泄漏电流值。线支架等局部缺陷，会引起泄漏电流随时间或随电压上升而急剧增加。二、测量留意事项选择正确的测量接线。变压器试品的电容量一般较大，试验电压不会因波浪有较大部引线拆装工作量是适合的。削减高压部位的外部对地的泄漏影响除承受屏蔽线作为高压连接导线外，还应尽量加大接地体与高压部位的距离。实践证明，尽管承受了屏蔽线并在高压套管瓷套外外表进展了屏蔽电流。(脚手架距套管1m、40kV下该电流会超过l0霢。第四节介质损耗因数tgδ测量一、概述绝缘介质在沟通电压作用下，除有电导电流、电容电流外，还有极化引起的有功电流。介质极化后，在沟通电场作用下，发生运动，摩擦发热，形成有功电流。电导电流和极化引起的有功损耗，共称为介质损失。绝缘受潮和脏污使强极性介质参与，造成介质损失增加。tgδ承受的测量仪器有电压平衡式西林电桥(例QSl有电流平衡式电桥(例QSl9型)只能用于正接线测量；电压不平衡式电桥(例M型)只能用于反tgδtgδ部各点电位的不同削减到最低限度。二、测量介质损耗因数，推断纸的含水量承受介质损耗因数tgδtgδ远比现行部颁标准允许值小的状况。例如，通常有220kV变压器的tgδ小于0.5%，而部颁标准允许值原为1.5%，现修改0.8DL/T59—199(235k1％)，对500kV变压器的tgδ允许值规定为0.6%〔20℃〕。如何应用tgδ这一传统的绝缘测试参数，对超高电压等级变压器进展绝缘状况推断？有必要对变压器绝缘的tgδ测试作进一步分析。如图7—22tgδ测试时，可看成是测试纸板和油两种串联介质的tgδtgδ=Kptgδp+Kotgδo (7-19)式中tgδ——绕组绝缘的介质损耗因数；tgδp——纸的介质损耗因数；tgδo——油的介质损耗因数；Kp、Ko——纸和油的介质损耗折算系数。介质损耗折算系数Kp和K0取决于介质各自的介电系数和纸、油的尺寸，对110～500kV变压器可近似取Kp＝K0＝0．5。tgδ

用传统方法测得绕组绝缘介质损耗因数tgδ，由式(7—19)得0tgδ

＝2tgδ-tgδp 0

〔7-20〕式(7—20)给出了依据绕组介质损耗因数tgδ和油介质损耗因素tgδ 求出纸介质损耗0因数的方法。对变压器可便利地测得tgδ和tgδ ，变压器油的品质〔击穿强度和含水量等〕0是不难得知的，再加上求得的tgδ ，变压器的绝缘状况就可以比较全面地了解。ptg7—8为日本文献列出的油浸纸介质损耗因数与含水量的关系。介质损耗因数tgδ (%)介质损耗因数tgδ (%)p纸含水量〔%〕0.51.01.52.02.53.03.544.5520℃0.420.430.440.480.520.60.70.91.11.630℃0.350.360.380.40.50.60.821.11.9340℃0.280.290.320.40.520.71.11.73.36.150℃0.280.30.340.50.650.951.52.554.810.560℃0.290.340.450.60.851.32.24.5132070℃0.340.420.60.821.152.053.571430在40一50℃及以下，一般变压器油的介质损耗因数tgδ0。可近似为零，则式(7—20)可简化为tgδ =2tgδ (7-21)p式(7—2120℃时，变压器高一低、地的介质损耗因数为0．3％，按式(7—21)乘以2，tgδ为0.6％，由．表7—8查得，纸中含水量为3％。关于纸中含水量的标准，日本安装变压器的标准为：154kV及以下 2％220kV 1％500kV 0.5％前苏联运行中220kV变压器的纸含水量标准为3％。假设按纸中含水量3％推算，在20～40O．3％220kV变压器的实测值根本相符。式(7—20)和式(7—21)是按K＝K＝O．5推出的，它适用于110～500kV变压器高压绕组p 0较薄，因此K＞0．5，K＜O．5。在实测中，往往觉察低压绕组对高压绕组及地的介质损耗p 0两者纸的介质损耗因数接近，但前者Kp较大所致，属于合理的现象。第五节变压器绝缘受潮推断实例220kV、180MVA40℃下R60／R15为260MΩ/230MΩ,tgδ为2．7％，油耐压为37．2kV。该变压器绝缘电阻值及吸取比低，介质损耗因数和油耐压值劣化，对于推断受潮并不困难。按式(7—21)计算，tgδp为5．4％，查表7—8得含水量约4．9％，属于受潮状况。(2)220kV、240MVA42℃下，tgδ=2％低于部颁DL／T596－19962h发生击穿。按上述方法求得tgδp＝4％，纸中含水量4．7％仍属受潮状况。35kV、31．5MVA变压器，水冷却器漏水，绝缘测试数据普遍低下：28℃时，吸取比160MΩ/150MΩ;极化指数170MΩ/160MΩ；tgδ=8．1％，吸取比、极化指数和介质损耗因数均不良，纸中含水量远高于5％，受潮严峻，幸亏变压器电压等级低，绝缘裕度大才没马上发生事故。500kV、167MVA3600MΩ/3200MΩ,为此结合温升试验,测试了不同温度下的绝缘电阻和介质损耗因数值,如表7—9所示。随温度升高，吸取比增加，且极化指数始终大于2．5。介质损耗因数值类似良好电容型设备的状况，7—8，纸中含水量小于O．5％。由这个例子看出，吸取比低，不愿确地反映绝缘状况。R(MΩR(MΩ)60R(MΩ)36009000255067501850550013003300R/R600 60tgδ(%)2.50.22.650.192.970.172.540.17600温度(℃)17.530.54050温度(℃)17.530.54050R(MΩ)15320020231300850R/R60 151.131.281.421.53220kV、360MVA变压器，在制造厂试验时，也是吸取比低下，利用空载加温测试了较高温度时的绝缘电阻值如表7—102，介质损33℃时，吸取比为700MΩ/260MΩ;极化指数为3300MΩ/700MΩ;tgδ为0.25％；油中含水量为22ppm。机计算出了纸和油的绝缘电阻分别为：纸绝缘电阻R3220MΩ,油绝缘电阻R398MΩ。由p o此看出，油质发生变化，绝缘电阻偏小，导致整体绝缘电阻〔纸和油串联〕下降。这种油质变化，取决于油产地及其添加剂，并不反映绝缘受潮状况。表7—10 一台220kV360MVA变压器绝缘测试值温度(℃)14313847．5温度(℃)14313847．5R(MΩ)1527501200950700R/R60 151．251．421．531．50R(MΩ)603450170014501050R/R600 603．183．113．282．19R(MΩ)6008750530047502300tgδ(%)0.2第六节外施工频耐压试验一、概述颁DL／T596—1996《电力设备预防性试验规程》中明确规定，110kV以下的电力设备应进展耐压试验；110kV及以上的电力设备，在必要时应进展耐压试验，对于电力变压器和互感器的质量。不充分。试验电压的数值应按有关标准规定。1min。tgδ静置足够时间(110kV及以下，24h；220kV，48h；500kV，72h)方能加压，以避开耐压时造成不应有的绝缘击穿。二、沟通耐压试验回路简化，如图7—25所示。电源回路中的保护措施，如电磁开关和过电流继电器等，是用以当试验回路发生短路或被试品击穿时快速切断电源以防表计开路时发生高压危急。依据试验的要求和现场具体条件，试验变压器常有几种不同连接。单台试验变压器耐压回路沟通耐压的原理接线如图7—26所示，由于试验电压是加在绝缘介质上的，被试品呈容性负荷，因而构成了试验变压器特有的负荷特性和电压变动。分析可知容性电流在试验变压器漏抗上的压降将引起试验电压的上升验变压器漏抗确定时，被试品电容Cx越大，容性电流Ic越大，试验变压器的输出电压上升越多。因此试验变压器的实际输出电压和按其变压比计算的电压有确定的误差，其大小与试验变压器的漏抗和被试品的电容量大小成正比，与变压器额定电流成反比。假设以小容量试验变压器给大电容试品加压，按变比换算为高压输出电压，将造成很大的误差。一般允许电压误差在5％之内。假设容升超过5％，则须承受其它方法直接测量高压。串激式耐压回路由于要求输出电压高和本身绝缘构造的合理，常用数只试验变压器串联使用。图7—27表示两级串激回路。变压器T1的低压绕组直接T2提高对地电位，同时给T2一样时，第一级变压器的容量是其次级的两倍。当串激连接时，要特别留意极性的全都，否K，正确串激后的变比为2K。等电位。串联组合回路在单台试验变压器输出电压不能满足试验电压的要求时，可依据现场设备条件，承受如图7—28所示的几种串联组合接线，这种接组并联，高压绕组串联。承受这种连接时，处于高电位的试验变压器高压绕组对外壳的绝缘不能满足要求，可如图7—28(c)所7—28(d的试品。串联组合的馈电调压器选择应考虑容参数协作。三、试验设备沟通耐压试验的主要设备有以下几类。1.试验变压器的特点是变压比大，一般都在100倍以上，在250kV以下的试验变压器，还常常装有仪表线圈供测量电压之用。的正确。试验变压器的最小容量应满足S≤2πfCU2U×10-3

〔kVA〕

〔7-22〕x nI=2πfCU×10-3c xn式中S——试验变压器的容量，kVA;CμF；xUkV;nIA。c

〔A〕 〔7-23〕表7-11和表7-12供给了电力变压器电容量的典型数据供试验计算所需容量时参考。表7-11 35～60kV电压级全绝缘电力变压器绕组间电容〔kVA〕630202331506300800016000电容类型高压-地+低压〔pF〕270041004600590070008200低压-地+高压〔pF〕420066007900100001100015300表7-12 110kV电压级中性点半绝缘电力变压器绕组电容〔kVA〕5000031500202301000056003150电容类型高-中+低+地〔pF〕14200114008700615042003200中-高+低+地〔pF〕2480011800132009600--低-高+中+地〔pF〕19300193001202394006800148002．调压器电动发电机组励磁调压。抗。此外，尚应考虑起步电压低、电压调整平稳和不发生波形畸变等因素。自耦调压器是最简洁的调压设备之一。它损耗小，波形畸变小，输出电压与调整转盘的转角成线性变化，因而可均匀调压，而且可获得比输入电压高的输出。这种调压器的容量单相可达l0kVA。移圈调压器，其原理和构造如图7—29所示。这种调压器的一次绕组UX和二次绕组ux套在外壳式铁芯的中间柱上，两绕组绕向相反。在一、二次绕组外面套上一个可上下移动，高度约为半个窗高的短路绕组K。由于短路绕组的去磁作用，被它所套着的那段铁芯中磁通很少，一、二次绕组的磁通必需在短路绕组未套着的铁芯局部形成闭合回路。可以看出，当短路绕组在最上面位置，套在Uu段外面时，Uu段绕组的压降最小，这时输出电压U2最大，接近一次电压U1。当短路绕组移到最下面位置时，绕组ux段磁链最小，电压降也最小，一次电压几乎全部加到Uu段上，这时输出电压U2最小，几乎等于零。将绕组移到不同位置时，可得到不同的输出电压。这种电流较大。这种调压器容量可做到几百千伏安，电压也较高。感应调压器在构造上是一台绕线式转子的感应电动机转子只限定在180º畸变。同步电动发电机组多用于大型工频电压试验。其特点是电压波形好，调压范围宽，但设备造价高，维护简洁，现场应用困难。在某些容性负荷电流大于确定值时，电容电流的应事先进展估算，并消退这一自励现象。避开自励的条件为Xc＞Xd十X2十Xk式中Xc——推算到发电机端的负荷容抗；Xd——发电机的同步阻抗，X2——发电机的负序阻抗；Xk——试验变压器的短路阻抗。较有效地防止自励措施是用电抗器补偿被试品电容电流值性，以躲开发电机的自励参数范围。3．球隙φ625φ1φ125cm。球隙距离S和球直径D的关系应保持在0.05D≤S≤0．5D范围内使用。球隙测量的优点是构造简洁，使用便利，受湿度影响小，测量范围广。由于球隙测量校验时要接被试品进展，每次放电时相当于一次截波电压加于变压器上，这对绝缘不利，故变压器沟通耐压一般不用球内。保护球隙的击穿电压一般调整在试验电压的115％～120％之内。与球隙串联的保护电阻R2起限制放电电流和阻尼可能消灭的过电压作用，其值一般取～1.OΩ/V(有效值)，使测量球隙上的电压能表达被试品上的电压。保护电阻R1(见图7—25)是防止被试品放电产生截波和过电压对试验变压器和被试品的压器可以承受的短时冲击电流极限内。及l和及2的外绝缘可按150～200kV／m(有效值)选取。四、试验电压测量的测量仪器进展间接地测量。对工频电压(有效值和峰值)的测量误差要求在3％以内，谐波峰值的误差应小于谐波峰值的10％或基波的1％。把握正确的测量方法才能获得准确的测量，以下简洁介绍几种主要测量方法。球隙测量工频试验电压承受球隙测量方法及要求，参见本书第五章其次节三项内容。静电电压表测量静电电压表是利用电容器两极板上带异性电荷相互作用的原理构成的分压器测量。其准确度为1.5级，最大量程可达200kV甚至更高。但由于使用麻烦，精度低，已越来越少使用。电压互感器测量O．5要求。分压器测量分压器一般有电容分压器、电阻分压器和阻容分压器三种，7—30。C是主电容，高l压几乎全部降到CCR是l 2为了消退C上的残存电荷，取及C＝1—2s即可。工频试验电压测2 2量一般不发生电压急剧下降过程，可不用及测量电压表应用高内阻静电电压表或其它高内阻表，如用一般电压表测量将影响分压比的准确度。电容分压比为U CU 2= 1U C1 1

C≈C1 〔7-24〕2式中：C为标准电容，在变压器做耐压试验时通常用出线电容套l管的主电容代替；C承受一般油纸电容器，所给数值可能有10％2误差，在应用时应实测其电容值，以使分压比计算得尽量准确。五、被试变压器连接试变压器的绝缘。图7—31示出单相变压器的正确连接。这时高压绕组整体对地电位相等，整个低压绕组电位为零，高、低压绕组绝缘间承受试验电压。同样，三相变压器外施高压试验时，被试绕组全部出线套管应短接后加电压，非加压绕组全部出线也应短接并牢靠接地。下面以单相变压器为例，对两种错误的连接进展分析，以加深生疏。被试绕组与非加压绕组均不短路如图7—32所示，由于被试绕组对地和绕组间的分布电容的分流作用，使被试绕组首端被试绕组和非加压绕组均短路而不接地如图7—33所示，非加压绕组不接地而处于悬浮电位，其对地电位取决于高、低压绕组间和低压绕组对地电容大小，即UU122 C C 112 2式中U1—高压绕组试验电压；U2—非加压绕组(低压绕组)对地电压。现以实例说明其悬浮电位的危急：1台SFL—7500／110／6．3型电力变压器，高、低压绕组问电容C为2500pF，低压绕组对地电容C3875pF。当试验电压为200kV时，低压绕组12 2对地电位为2500U=2 2500

×200=78.6〔kV〕准。大容量变压器绕组间的电容量相对还要增大，这将产生更加严峻的悬浮电位。六、试验留意事项和分析推断耐压试验应留意事项检查试验接线确保无误，被试变压器外壳和非加压绕组应牢靠接地，瓦斯保护应投入，试验回路中过电流和过电压保护应整定正确、牢靠。油浸变压器的套管、上升座、人孔等部位均应充分排气，避开器身内残存气泡的击穿放电。升压速度应均匀，当电压升至40％试验电压以上时，应保持每秒3％试验电压上升；降压应快速，但避开在40％试验电压以上时突然切断电源。加压期间应亲热注视表计指示动态，防止谐振现象发生；应留意观看、监听被试变压器、保护球隙的声音和现象，分析区分电晕或放电等有关迹象。试验分析推断变压器耐压试验后要测量绕组绝缘电阻和进展油色谱分析，以确定被试品是否通过试绝缘缺陷可能引发的试验特别现象归纳成以下几点，以供参考。主绝缘或匝绝缘击穿。发生这类放电时，表计指针摇摆，电流上升，电压下降，常伴有球隙放电和试验回路过电流保护动作，严峻故障时可引起瓦斯保护动作。重复试验时，1．3～1．5倍试验电流。油间隙或油中气泡放电。这类放电时表计指针摇摆，器身内并有响声。但油隙放电响声略微断续，表计指示抖动，摇摆不大，再次加压时放电响声消逝，转为试验正常。悬浮物放电或固体绝缘爬电。这种类型放电响声混钝沉闷，电流突增，再次试验时特别现象不消逝，且电压下跌，电流增大。量大的缘由，只是作为分析有疑难时才承受这种辅加手段。电的严峻程度、击穿部位将有待于示伤和定位技术的进展来解决。七、串联谐振耐压试验(一)试验原理如前所述，工频耐压试验，被试品可看成是高品质因素的电容，需少量有功功率外，大量地吸取容性无功功率。试验回路是由R—L—C组成的串联回路，如图7-34UjXU =

c U (7-25)c Rj(XL

X )C式中XX——回路的容抗和感抗，当谐振时，X＝XC L L CXU =-jc

XU=-jLUc R RX令Q＝ L，并称之为回路的品质因数，则RU=QU (7-26)C且1IU=IUQ C

(7-27)式中I——回路中电流。由此可知，式(7—26)中Q值相当于串联谐振回路的电压放大倍率，Q值越大，通过谐振试品所需无功的1／Q值可达5010～20。(二)工作特点l.电源输入容量减小容量的1／Q。电压波形谐振状态下，整个回路具有较高的Q值，50Hz的基波电压明显增大，其它谐波电压重量此，输出电压Uc的波形正弦性很好。例如10％失真度的电源电压，经过谐振回路，输出电压Uc的波形失真度可小于0．5％。暂态过电压与短路电流制而减小。假设被试电容为0．0127μF，试验电压为250kV，电流为1A，电抗器Q值为50，则励磁变压器输出电压为谐振时电抗器的感抗为故短路电流为UU= c

250= =5〔kV〕Q 50谐振时电抗器的感抗为

UX=

250= =250〔kΩ〕L I 1故短路电流为

U 5103 1I= = = =20〔mA〕K X 250103 50L假设与工频耐压相比，250kV，1A，短路阻抗值为8％，则被试品击穿时的短路电流为I 1I= = =12.5〔A〕K 8% 8%装置中还装有放电检测器，将试品击穿时电压突变信号引入继电保护，使输入电源跳闸。(三)现场谐振耐压试验实际R—L—C串联谐振的方法有调整电源频率、调整电感和调整电容三种。调整频率法频率则可连续调整，调整电源频率(50～300Hz)使回路在被试品等值电容的参数范围内到达串联谐振。调频法的特点是，电抗器质量轻，构造简洁。变压器在50Hz沟通电压下呈感性负荷，电源频率提高后便渐渐从感性负荷转为容性负荷。在300Hz电压下则完全呈容性负荷。因而调频串联谐振法可用于电力变压器的感应耐压试验。调整电感法Uc为最大。这种电抗器具有可调范围大、操作简便、电感量可连续变化、Q值高且设备紧凑。与调频法比较，调电感法的试验设备总质量约为前者3～4倍。升压时先调整调压器使励磁变压器输出较小的电压串联谐振时，输出电压U到达最大。假设连续转变感抗值，Uc值达最大值后反而下降。假设Uc c达最大值时维持感抗不变，然后再调整调压器使U电压升到需要的数值。c调整电容法实行。第七节变压器三倍频耐压试验一、概述要了。随着局部放电测量技术的进展。IEC还规定，变压器的局部放电量测量应在变压器的线路端子与中性点端子之间施加1．5(或1．3加1．73倍最大相电压的短时激发电压。这就是说，变压器应过激磁1．73倍以上。众所周知，由于磁路饱和的缘由，给变压器施加1.3倍额定值以上的工频激磁电压是行不通的，唯以提高励磁电源频率来提高绕组匝间电压，使之到达预期的倍数。现在高电压大容量变压器大都承受中性点半绝缘构造，绕组的首末端对地绝缘强度不运行时电位分布相对应。倍频电源可承受2～4倍频的试验发电机组或可控硅逆变装置的三次谐波电压作为试验电源。二、三倍频发生装置原理和特性原理7—35三次以上的高次谐波重量所占比例很小，可略之不计。于是三相变压器的各相磁通为Φ=Φ sinωt+Φ sin3ωt (7-28a)m1 m3t

2Φ=Φ sinm1

+Φ sin3ωt (7-28b)3 m33t

2Φ =Φ sinm1

+Φ sin3ωt (7-28c)3 m33的相量和，即dU=N3 dt式中N——单位转换系数；U——三倍频输出电压；3

(Φ+Φ+Φ )=9ωNφ cos3ωt=3U (7-29)A B C m3 φ3U——变压器单相绕组产生的三倍频电压，其值为φ3cos3ωt (7-30)φ3 m3变压器一次绕组接成星形，其线间电压为U =UAB A

—UB

，UBC

=UB

—UC

，UCA

=UC

—UA正弦波形。样不仅造成箱体和附件的发热，而且高磁阻抑制了3次谐波磁通，使变压器二次绕组的3次五柱式或三台同规格的单相变压器组成，给零序磁通在铁芯中供给闭合的磁回路。综上所述，获得三倍频电压输出的条件为：变压器要过激磁，使铁芯深度饱和；变压器零序磁通的磁路能在铁芯中闭合；变压器一次侧接成Y形，不能有中性点零线，避开零序电流减弱零序磁通；变压器二次侧接成开口三角形，令基波电压相互抵消，三次谐波电压叠加输出。变压器，当在1．6动身，选择适当其容量。特性三倍频变压器输出力气与铁芯中磁通密度有极大关系磁化曲线的非线性所致，只有磁通密度工作在曲线弯曲局部以上才会产生较大的三倍频分μ抗X3急剧减小，因而有较大的三次谐波电压和三次谐波电流的输出。过激磁越深，三次谐波μX3减小的速度也平缓了，三次谐波输出增长也平缓了。考虑到两点：一是避开过深的过激磁引起9次和15次的高次谐波；二是避开三倍频变压器匝间绝缘承受过高的电压而引起故障，一般不超过2倍额定电压为限。在1．7倍过激磁时，变压器的三次谐波电压约为1．1倍额定电压，而且没有明显高次谐波重量。三倍频发生装置的电压和功率输出与负荷阻抗的性质和负荷阻抗是否匹配关系极大负荷阻抗与三倍频发生装置的内阻抗在数值上以及阻抗角相等而符号相反，则可得最大输出。三、三倍频试验装置三倍频试验装置可按图7—36所示分为五个局部。我们将结合现场实际状况分别对各局部介绍如下。三倍频变压器组三倍频变压器组可用单台三相五柱变压器，也可用3台单相或三相配电变压器组成。现场可用三相配电变压器，其中一相或两相串联作为单相变压器组成。但3台配电变压器的铁芯材料、构造、绕组绕制和参数应当一样，否则会产生基波的零序重量，叠加于三次谐波，影响三倍频变压器的输出特性。变压器的容量应依据试验所需有功功率的5相的容量应予扣除)，并以温升校验。假设作为局部放电测试电源时，因工作持续时间长，尤其应留意到发热和温升问题，宜承受热容量大和散热条件好的变压器。变压器的电压等级选择应考虑与电源电压等级相协作和对三倍频电压输出的要求，尽量避开使用中间变压器进展电压变换。我们现场试验用三倍频变压器是利用3台10／0.4kV的560kVA配电变压器，按图7—3710kV侧接成星形施加35kV系统电压，即变压器过激磁1.6～1.7倍。变压器低压侧接成开口三角形，开口端150Hz电压约为1000～1500V。利用这套三倍频变压器已进展过多台120～150MVA220kV变压器的感应耐压试验和局部630kVA求，但仍有可能由于热容量小或散热条件差而受到温升的限制不能完成对90MVA变压器的试验。电压调整装置电压调整装置是将三倍频电压调整到所需要的试验电压成，如图7—38所示。3倍，在保持额定电流条件下，设备的使用电压可提高到额定值2倍以上。但假设三倍频变压器组T1T2将电压变换到调压器T3变压器只要容量和电压适合即可。升压变压器T4的容量、电压等级和变比需依据试验要求选择，感应耐压试验选用35／kV配电变压器作升压变压器，便可满足35kV电压级绕组1．7～2．0倍的感应升压要求。考虑到35kV配电变压器的充油套管抗电晕力气差，在高于额定电压值下将产生电晕放电，因此，在作局部放电测试时，为避开干扰，通常都将这类套管的承受电压把握在它额定值的80％以内。为此，承受两台一样的配电变压器串联，对称加压，中间半电压端接地，从而降低施加电压端子的对地电位，如图7—39所示。补偿装置大容量变压器励磁电流较小，等效对地电容比较大。在三倍频电压作用下，通常呈容性负荷，其功率因数可小到0．1。在这种负荷状况下，三倍频发生器的效率极低。为了提高设备效率，需要进展无功何环节上，具体应依据补偿效益和简便可行确定。补偿功率不宜过大，过分地补偿，中间设备的非线性元件将引起倍频电压的波形畸变，通常以功率因数cosφ=0．7度为宜。例如被试品容性无功为Q，有功损耗为P，则补偿感性无功取值为Qb＝Q-P测量与保护除主设备外，试验时还应有相应的测量与保护措施。电压表，以免影响电容分压比的准确度。试验回路还应没有电压、电流互感器和相应的表计，用以测量和监视电流、电压。为防止试验过程中发生谐振和被试品放电时扩大故障流保护措施。1．2继电器用以防止误操作或谐振时可能导致电压上升，其定值取1.1～1．2倍试验电压值。过电流继电器定值可取1．5～2倍试验电流值。四、被试变压器接线试验标准变压器感应耐压试验标准按国家标准GBl094．3—85《电力变压器第三局部绝缘水平和绝缘试验》规定，现摘其要点如下。出厂试验电压标准，见表7—13。表7-13 变压器出厂工频耐压试验电压标准电压等级〔kV〕361035110220500试验电压〔kV〕18253585200395680绕组匝间感应耐压倍数：一般电力变压器为2倍；自耦变压器为2～3倍。三相变压器的相问试验电压不应超过额定耐受电压。对于自锅变压器允许降低某一绕组的试验电压，使其余绕组的对地电压不超过规定试验电压的1．05倍，相间电压不超过规定试验电压的1.l大于规定试验电压的8％。当试验频率超过2倍额定频率时，试验时间为额定频率t=120×

试验频率

(s)但不少于15s40s。已经标准规定的绝缘验收试其试验电压应降为出厂值的85％，但其绝缘必需未作变更。试验接线分次单相施加试验电压的接线可以到达变压器各局部对试验电压的要求。但必需将各部位的电压限制在允许的范围之内。利用分接开关可以适当地调整电压。不同的接线，绕组接地点不同，每匝所达电压值不同，端点对地电位部试验要求为好。以以下举几种常用接线，仅供参考。图7—40～图7—42器中非被试绕组应将其中性点或适当的端点接地，因此图中不再画出。YN，d连接组变压器加压接线方式和电位图，见图7—40。(2)YN，yn连接组变压器加压接线方式和电位图，见图7—41。(3)YN，y连接组变压器加压接线方式和电位图，见图7—42。五、试验参数计算被试变压器的试验接线确定之和保护装置的定值。对被试变压器所需的试验功率估算如下。有功功率估算有功损耗计算以被试变压器的计算，将空载损耗按铁芯段数平均，三柱式铁芯共分7段(3柱和4段铁轭)，每段损耗为总损耗的1／7。试和频率，即fP= 3

m Bn · n

n·P

〔7-31〕q f1

B 0式中ff——基频和三倍频电压频率；1 3BB——与三倍频和额定电压对应的磁通密度；3 nmn——m＝1．6，n＝1．9；热轧钢取m＝l.3，n＝1．8；PP——每段铁芯的试验损耗和空载损耗。q 0由于B U3=3B Un

f·1 〔7-32〕f3代入式(7—31)，得全磁通时各段铁芯损耗为q f mf U nq n0P=n0

3 1

3·P

〔7-33〕半磁通时各段铁芯损耗为

1 f3 Uf mf U 0P=30

1

〔7-34〕b n1 fb n假设边柱上绕组加全电压时，则磁通分布如图7—43所示，3段铁芯走全磁通，4段铁芯走半磁通，总体有功损耗为各段损耗之和，即P＝3Pq+4Pb (7-35)假设中柱绕组加全电压时，则磁通分布如图7—44所示，1段有全磁通，6段有半磁通，总有功损耗为P＝P+6P (7-36)q b一般总是边相绕组加压比中相绕组加压时有功损耗大，取大值作为计算依据。感性无功估算感性无功功率Q与感应电压的倍数Ku成正比，与频率倍数K成反比，即L fK U K3nQ=Q 3nL nK

=I0 ·Ku

〔7-37〕f f式中Q——单相加试验电压时的感性无功，kvar；LQ——被试变压器单相额定状态时空载感性无功，kvar；nI——被试变压器空载电流值，A；0U——被试变压器额定电压，kV。n由于倍频电压的频率提高，铁芯中磁通密度都是不饱和的，所以I B=I B0 n式中I、B——试验电压下的感性电流和磁通密度；IB——额定电压下的空载电流和磁通密度。0 n依据式(7—32)，得B U f K= ÷3=u因而得

B U f Kn n fQ=Q

H I K=Q =Q uL nHn

nI nK0 f可不作此项计算。容性无功计算间和绕组对地的电容沿绕组高度均匀分布，如图7—45所示。在这一假定下，变压器绕组对地电容效应可由绕组两端的集中电容所等值。集中电容值为绕组电容的1／3。绕组U相容性功率为CQ= z(U

2+UU+U

2)×10-9(kvar) (7-38)u 3 U UX X式中ω试验电压角频率等于2πf，三倍频时为300π;Cz——绕组对地电容，pF；Uu——绕组U相首端对地电位，kV；Ux——绕组U相X端对地电位，kV。以图7—40(aC／3，z依据绕组对地电位，见图7—40(b)，各绕组的容性功率为CQ= z(U2+UU+U2

)×10-9

(7-39a)u 3 U UN NCQ=Q=

×10-9

(7-39b)V W 3 N其对地电容的4／9，即4C=CK 9

(7-40)因此U、V、W三相绕组纵向电容功率分别为Q＝ωC(U—U)2×10-9

(kvar) (7-41a)KU K u XQ＝ωC(U—U)2×l0-9

(kvar) (7-41b)KV K v YQ＝ωC(U—U)2×10-9

(kvar) (7-41c)KW K w Z式中C——绕组纵电容，可按式(7—40)取值计算，pF；KUUUUUU——U、V、W三相高压绕组纠结式段首末端的电压，kV。U V W X Y Z三相绕组纵向电容无功功率总和为Q＝Q+Q+Q (7-42)K KU KV KW试验电压下U相绕组总的容性无功功率为Q＝(Q+Q+Q)+Q+Q (7-43)∑ U V W K t式中Qt——高压套管电容的无功功率被试变压器吸取无功总和被试变压器吸取无功总和为Q＝Q-Q (7-44)∑ L被试变压器低压输入电流依据式(7—35)和式(7—44)求得的有功和无功功率，便可得试验视在功率为PP(Q Q)22 LP2Q2假设被试变压器低压侧的试验电压为Ud，则输入电流为P2P2Q2高压绕组电流计算

I= =d U Ud d

(7-46)U UI=ωC×U

〔7-47〕h z 2中间有接地的绕组，应留意式中电压的正负号；有支撑绕组的应分别计算。六、变压器电容无功功率算式推导绕组和地的电容已能满足工程上间和绕组对地的电容是沿绕组高高度成正比，这个假定是近似的。等效电容推导设绕组对地电容为Cz组轴向高度H分布的单位高度电容值为CH，如图7—45所示，高度z为y处的一小段dy对地电容为CdC=

zdyHy处对地电压为则dC电容电流为

UU= yy HUdi=H

Cy·ω zdyH设绕组的匝数为n，单位高度即为n／H匝，则y高度中的匝数为ndi流过ny

n= yy Hn U C ndi=

y· y zdy绕组电流的总磁势为

y H H H H n0 y

di

nUCHHH3 0

1y2dy C3

nU (7-48)设绕组U相首端对地集中电容C‟与之等效，那么在端电压U作用下的电容电流ωC‟U在绕z z组中建立的磁势为ωC‟nU，并应与式(7—48)等值，即得z1C‟z=3Cz (7-49)可见，绕组端点的等效电容量等于绕组对地电容量的1／3。电容无功功率推导设两绕组首末端电位为UU、Uu、UX和Ux，见图7—46，因此在同样的假定下则有在高度y处两绕组间电位差U式中U=U-U;U=U-U;U=U-Uy12 y1 y2 Uu U u Xx X xC

y12

U UUuXx

UXxyH电容元dC 12dy为上功率为H

U U

2 CdQU2dCU Uu

y 12dyy12

Xx H H沿绕组高度积分得绕组容性无功功率为Q H12 0C

U Xx

U U 2Uu XxyH

C 12dyH= 123

Uu

U UUu

Xx

〔7-50〕〔7-50〕分别计算，然后相加而得整个绕组的电容无功功率。其计算实例见本节第五项内容。的试验接线，由于各绕组的构造和电位分布不同，必需分别计算。u端为地电压，即U=U=0应用式〔7-50〕求得。此时，u xU为U，U为U,C为绕组U相对地电容CkV”，电容单位用“pF”，则从Uu U Xx X 12 z式〔7-50〕得绕组对地电容无功功率计算式为CQ z 3

U

U UU

U2)109X

〔kvar〕 (7-51)七、感应耐压试验计算实例设有一变压器更换局部绕组后进展三倍频感应耐压试验，其主要参数如下：容量度20MVA，电压〔242±2×2.5%〕/10.5kV;空载损耗121kW,连接组别YN，d11；空载电流0.528%，额定电流286/6598A；高压一相绕组对地电容量为5000pF；中性点为110kV级绝缘。依据标准要求，220kV级绝缘试验电压为340kV，中性点试验电压为170kV，匝间绝缘感应耐压倍数不大于2。U相绕组耐压试验接线如图7-47(a)所示。为提高匝间电压倍数，将分接头位置接在最低档，此时相电压为132.7kV。耐压试验时UUN=226.7kV，UVN=113.3kV，则U 226.7匝间电压倍数 UN 1.7U 132.7中性点耐压接线见图7-48。匝间倍数取1.3，U=13.4kV，中性点电压达170kV。uw匝间电压倍数要求。有功功率计算参照本节第五项中算式。有功功率数值计算如下1P 12117.3(kW)0 7冷轧硅钢片取m=1.6,n=1.9，应用式〔7-33〕和式〔7-34〕得1 1.9P 31.6 1.7q 3

17.334.1〔kW〕3 3 P 1.6

17.39.1 〔kW〕b 3 2电容功率计算

P=3P+4P=3×34.1+4×9.1=138.7 (kW)q b依据图7-47(b)所示U相绕组端点电压，按本节第五项中算式可得CQ= U 31

U

U U

U2)109X=3005000(34023=262.3(kvar)1

340113.3113.32)109Q= CV 3 1

V

UU

U2)109Y=3005000(113.32)1093=20.2(kvar)=QW高压绕组中110～220kV段U—U为纠结式，其纵向电容无功功率为mQ=ωC(U-U

)2×10-9KU

U Um4=300π×9

×5000×(340-226.7)2×10-9=26.9(kvar)Q=Q

=ωC(U-U)2×10-9KV

K V Vm4=300π×9=6.7(kvar)

×5000×(-56.7)2×10-9Q=(262.3+2×20.2)+(26.9+2×6.7)=343.0(kvar)3.感性功率计算感性无功按式〔7-37〕计算得

3242 1.73Q (0.528%286)L

119.6(kvar)3U相绕组匝间电压为1.7uw应加以电压17.9kV，此时低压侧输入被试变压器的试验电流为I Ud

263.017.9

14.7(A)至此，试验参数已根本把握，试验设备便可据此进展选择。使电源变压器发热极为严峻，对于构成倍频电源的配电变压器还应考虑热容量方面的问题。第八节大型变压器操作波试验一、概述60电压检验变压器的绝缘更为有效。近年来，我国先后开展了这一试验，现归纳其特点如下：操作波的等值频率比全波冲击的等值频率低，简洁消退附加高频振荡，保证波形正油隙薄绝缘构造的变压器试验更为有效。操作波引起绝缘局部放电，一般不残留损伤，而工频或倍频电压则可能使设备留下伤痕在长期运行中进展。操作波与运行中的过电压等效性好，同时兼有对主绝缘和纵绝缘的考核作用。应用变压器的感应方法，操作波试验的电源容量小，且试验设备轻松简洁，便于搬运。凭借波形示伤有其局限性，主绝缘或匝间的金属性击穿短路，波形有明显变异，但微小缺陷或经高阻的匝问放电，示波图变化不明显，分析推断难度较大。本节只介绍变压器感应法的操作波试验。二、操作波试验电压波形、幅值和极性1．波形国家标准GB1094．3—85《电力变压器第三局部绝缘水平和绝缘试验》和DL／T596一l996《电力设备预防性试验规程》规定了变压器操作波试验的标准波形为：波头大于20μs，90％以上幅值持续时间大于200μs，波尾大于500μs。该国家标准还指出，这一操作冲击波形是有意选择得与250／2500μs的标准波形不同，后者是GB3l1一83《高压输变电设备的绝缘协作、高电压试验技术》推举特地用于空气外绝缘试验的。变压器现场试验多用低压激磁使高压绕组感应出试验电压的方法，由于铁芯饱和的影响，试验电压波形达不到标准波形要求，目前国际承受的变压器操作波形如图7—49所示，其值为T≥100μsfT≥500μs1T≥200μsd式中T90%峰值以上的持续时间，称之为波峰时间。d反峰电压为U≤0.5U2p p记作：〔100×500(0)×200(90)〕μs。波幅上的高频振荡允许值为5％。幅值试验电压的幅值是遵循GB311.1—83书名规定的标准，按1min工频耐压值来折算。对油纸绝缘的变压器，其操作冲击系数取l.35，则操作波试验电压为U 1.35 2Ucs gs

(7-52)式中U——1min工频耐受电压〔有效值〕。gs部颁DL／T596一1996表7—14。电力系统在现场试验按大修标准取值，即规定值的85％。额定额定〔kV〕〔kV〕〔峰值，kV〕36103566110220330500全部更换绕组局部更换绕组全部更换绕组局部更换绕组全部更换绕组局部更换绕组18151815353025212521504035303530605085728572170145140120140120270230200170〔195〕95803753193603068572750638395336〔200〕〔170〕4603918572850722510434〔230〔195〕950808630536857210508926805781401201175999注括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统。电压极性及冲击次数波作用下的闪络电压要高得多，为避开试验时发生外绝缘闪络，建议承受负极性操作波。冲击试验次数为100％幅值电压下施加3次，并录制波形进展分析推断。三、操作波试验原理接线及其参数(一)试验原理变压器操作波感应试验是在低压绕组施加一幅值较低的操作波电压7—50所示。试验装置的主电容CUS0 0 0引发SS击穿。使CUS、电阻R对变压器T放电，产生操作波冲击电压。0 0 0值频率约为800～2500Hz，在这一频率范围内，变压器的感抗效应和容抗效应相接近，绕组电路仍可用集中参数表示，如图7—5l所示。图7—5l中，C1为变压器低压绕组对地电容，C2为高压绕组对地电容归算到低压侧的折算值，C2>>Cl，ClL1、L2频短路试验求得，L0是变压器激磁电感。C0开头放电时，C2上电压U2呈指数曲线上升，形成操作波波头局部，这段时间L0相当于开路。当U2L0的阻抗作用减小，此时L0中的电流I0开头增加，C2中电荷释放加速，U2开头下降。当铁芯随着I0增大进入饱和状态时，L0阻抗变得很小，I0大大U2电压波形便如图7—49所示。(二)无调波电容的田路参数从上述得知，由于变压器铁芯参数的非线性缘由，严密的数学分析并不适用现场。因此分析操作波回路，将依据其根本物理过程，无视次要因素，突出主要参数，使之概念明确，计算简便。实际上，参数确定之后还必需在试验过程中加以调整方能满足试验要求。l.波头等值回路及参数在波头时间内，主电容CC充电，此时L阻抗很大，可视为开路，于是等值回路简化0 2 0如图7—52(a)所示。由于LLLC回路的振荡，必需选择适当的R加以阻l 2尼，即LCRLC

(7-53)CC其中L=L+L;C= 0 21 2 C C0 2在允许高频振荡不大于5％的波幅条件下，可选择LCRLC

(7-54)当L=L+L7-52(b)所示，那么1 2tu(t)=U(1-e) (7-55)2 2mCU= 0

(7-56)2m C C 00 2CCτ= 0

2

R (7-57)C C eq0 2i=C2Ue 2m

t (7-58)上四式中u(t)——C2 2Um——C2 2τ—回路时间常数；i——回路中的充电电流；U——C起始放电电压。 ，0 0当t＝3τ以后，U95％，工程上便认为回路中过渡过程根本完毕。2故而取波头时间为CCT=3τ=3R· 0 2 =3RC

(7-59)f C C eq0 2在选定CCT0 2 fTR= f 3C

(7-60)eq由以上分析得知，C0大小对回路效率和波峰持续时间Td起着主要作用，而且影响到波头时间Tf式中C——变压器的入口电容。2

C≥(2～3