谈电力变压器预防性试验技术要点

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摘要：电力变压器预防性试验项目多，内容复杂，对试验人员专业技术要求高。试验质量管理水平，是保证电力变压器预防性试验数据可靠性的关键。文章将结合电力变压器预防试验的技术要求，分别从测量绝缘电阻、吸收比，直流耐压及泄漏电流，测量介质损耗角正切值和交流感应耐压试验入手，对试验中的技术内容进行分析总结，希望能为电力变压器预防性试验质量管理提供参考。

关键词：电力变压器；预防性试验；直流耐压及泄露；感应耐压

前言

电力变压器本身的特性以及在电力系统中的特殊作用，使得变压器运行稳定性成为影响电力系统供给稳定性的关键因素。随着整体工业水平的提高，虽然电力变压器制造工艺有了长足进步，但21世纪以来，电力系统自动化程度进一步提高，使得电力系统更加智能化，复杂化。随着电力系统“智能电网”和“无人值班，少人值守”运行模式的推进，生产现场要求配备更少值班人员的同时，也对设备的性能和运行稳定性提出了更高的要求。电力变压器作为电力系统中举足轻重的调压设备，对其进行定期、及时的运行分析，并对已发现的隐患进行跟踪、处理和预判，是保证电力变压器运行稳定性的重要手段之一。而电力变压器的预防性试验是发现其内部隐患，评估其性能的最重要方法，也是对其运行分析最重要的参考指标。因此，深入了解电力变压器预防性试验的特点，工具和技术要点，并能使用科学的试验方法和流程，是保证试验结果准确性和可靠性的前提，也是分析变压器性能的最重要参考指标，这也是本文分析的重点。

1绝缘电阻和吸收比试验

1.1技术思路

在预防性试验中，测量绝缘电阻和吸收比主要是针对变压器绝缘材料受潮以及热老化等方面的问题进行综合分析，其也是评估电力变压器绝缘水平和发现绝缘缺陷的重要手段。根据现场经验，变压器绝缘材料在干燥后，其绝缘电阻的变化要显著高于介质损耗角正切值的变化。因此，在试验中通过测量绝缘电阻与吸收比能很好的表征电力变压器的绝缘水平[1]。

1.2试验技术路径

1.2.1试验设备选择目前测量绝缘电阻和吸收比的设备主要有两种，手摇指针式兆欧表和电子式兆欧表。因企业运营成本等因素，老式手摇兆欧表仍在被使用。相比于电子式兆欧表，手摇式兆欧表操作更复杂，对操作人员的经验、专业技术要求更高。所以，本文选择老式手摇兆欧表作为分析对象。一般技术要求建议，变压器额定电压大于1kV，选择规格为2500V的兆欧表；变压器额定电压不足1kV时，选择1000V兆欧表；对于220kV以上变压器，选择输出电压5000V，输出电流大于等于3mA的兆欧表。

1.2.2测试环境设定测试时变压器需在隔离态，测试前需对变压器进行电气隔离，并断开前、后连接，且绕组短接接地。一般设备放电时间应大于1分钟，对于大容量变压器，放电时间应大于5分钟。

1.2.3测量时的技术要求（1）变压器表面污垢可能会产生杂散电流，被试设备计算为泄露电流时，将造成绝缘电阻偏低。为避免此问题，变压器放电结束后选择清洁的布料清理变压器瓷屏、器身等部位，必要时可借助除油剂等处理污垢。若设备所处环境湿度偏高，可从被试设备屏蔽端子引出屏蔽线，通过软裸线缠绕后与被试部件表面连接，屏蔽表面杂散电流。（2）试验时，为避免被试绕组与非被试绕组之间电容和感应电压的影响，测量绝缘电阻时，可使用空闲绕组短接接地的方法。其关键技术包括：将变压器需要测试的绕组引出线前后短接，短接后与兆欧表“L”端连接。其非被试绕组短接，并外壳连接接地，连接在兆欧表“E”端子上。这样不但保证了被试部分与非被试部分有效隔离，而且避免了高反电动势伤人和击穿绝缘。（3）整个测试过程，应由两名以上专业工作人员相互配合，在确定接线正确且有效后，由一个人负责操作兆欧表，并指定为负责人；另一人戴绝缘手套对兆欧表“L”端进行接线，并按负责人指令进行操作。（4）试验时，需将兆欧表放置平整。操作人员一只手稳住兆欧表，另一只手虎口靠近摇杆位置并紧握摇柄。在“L”端与被试部位接触良好后，转动操作摇柄，将转速保持在100-120转/分钟。当转速达到建议转速后，同时启动计时器，并匀速摇动，以保证输出电压恒定[2]。（5）在读取测试结果后，操作摇柄保持摇动。当负责人发出“拉开”命令后，断开“L”端与设备连接线，随后停止摇动。

2直流耐压及泄露电流试验

直流耐压及泄露试验是变压器预防性试验的重要组成部分，能够对变压器绝缘的局部缺陷或端部缺陷做出有效评估。

2.1试验技术要求

测量前需断开变压器高、低压侧引线，在明确断开点之后展开试验，其具体技术要求包括：（1）试验前、后应充分放电，以避免残余电荷对人员和设备以及试验结果的影响。（2）试验周围设置围栏，并做好专人管理，在发现异常后，须立即停止试验并切断电源。（3）试验设备、设备非被试部分需可靠接地。（4）试验中，若发现泄漏电流随时间变化而出现异常波动，应停止试验，重新进行设备和接线核查。

2.2试验技术要点分析

直流耐压及泄漏电流试验技术要点分析：（1）断开变压器被试绕组引线，并与试验设备高压输出端连接，且短接接地其他非被试部分。（2）详细记录试验时变压器上层油温及环境温度与湿度。（3）试验时，应持续缓慢加压，并以0.5倍的额定电压作为分级标准，并在各电压等级维持1min，确保在不同电压等级下考验其部件绝缘水平。（4）在试验结束后，将电压降为0，并断开试验电源，再对设备充分放电，最后拆除试验接线。（5）对于大容量设备，试验结束后，在操作台回调电压至最低值，然后用放电棒对被试设备进行放电，并在操作台监视电压变化，待放电至电压为零时再关闭设备电源。

3介质损耗角正切值试验

3.1介质损耗角正切值物理意义

任何绝缘材料在电压作用下，都将产生电容电流、吸收电流和电导电流，其中电容电流和反映吸收过程的无功分量不消耗能量，只有电导电流和吸收电流中的有功分量消耗能量，绝缘材料中产生的损耗称为介质损耗或介质损失。如果绝缘材料损耗增大，会使绝缘材料温度升高，发生老化（发脆、分解等）。甚至会使绝缘材料熔化、烧焦，丧失绝缘能力，从而导致热击穿。因此，监测绝缘材料损耗量，对衡量绝缘材料的绝缘性能意义重大。从结构上来看，变压器属于典型的多级绝缘结构，在这种结构下，绝缘有明显的分层，在交变电场的作用下，会引起一定量的损耗[3]。然而不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能直接通过介质损耗量的大小来衡量对比其绝缘水平。因此，引入了介质损耗因数tgδ（又称介质损耗角正切值）的概念。介质损耗因数被定义为：被试品的有功功率比被试品的无功功率。而介质损耗因数tgδ也只与材料本身特性有关，与材料的尺寸、体积无关。其关系公式如（1）所示： 公式（1）中，tgδ为变压器介质损耗角正切值；Ir为电阻性电流；Ic为电容性电流；C为等效电容；R等效电阻；ω为频率。公式（1）中的相关参数中，C与R和频率、温度等存在相关性，其中R分别受极化等效电阻、体积电阻、表面电阻三方面因素影响。

3.2试验技术要点分析

油侵式变压器绝缘材料主要由绝缘油和绝缘纸构成，此类材料tgδ值较低，一般情况下，变压器绕组及套管的tgδ值为0.2%-0.3%，绝缘纸tgδ为5%。实际运行中，当绝缘材料整体受潮以或老化时，等效电阻值R将下降，将导致tgδ偏高。根据现场经验，在保证各层绝缘材料tgδ不变的情况下，减少绝缘材料的比例厚度，会使介损整体水平显著下降。由此可认为，在设备使用较大绝缘材料的情况下，介质损耗并不能灵敏反应设备的绝缘水平。因此，在变压器性能管理中，可考虑通过改善绝缘材料性能以及绝缘纸板厚度的方法，将tgδ值控制在合理范围内。考虑到油侵式变压器绕组与铁芯、夹件之间有绝缘油作为隔离，且泄露距离较长，这些结构特点也将造成其绕组和套管tgδ偏高。其次，因为紧贴线圈的压钉与线圈在绝缘结构中所占比例较高，在能适当抬高压钉的情况下，在压钉下部增设适当厚度的绝缘纸板，能减少变压器介质损耗量。

4感应耐压试验

4.1试验意义

变压器感应耐压试验是变压器零起升压的重要组成部分，其能够对变压器的电气强度做出综合评价，也是考验变压器绝缘水平的重要方法[4]。变压器长时感应耐压试验是在其连续运行以及瞬变电压的基础上，进行的质量控制。在变压器运行期间，小范围内固体、液体的局部击穿会造成局部放电。受积累效应影响，局部放电将逐渐演化为绝缘介质电性能恶化。当局部放电不能及时、有效控制时，将逐步发展成重大事故隐患，甚至事故。而通过感应耐压试验，能够对变压器的点流量进行测量，以实现对变压器运行情况的监视。

4.2试验技术要求

考虑到变压器须在不带电的情况下进行试验，在试验前应做好相关技术措施和组织措施，包括电气隔离、放电和接地等。试验时，现场建议采用下列措施控制干扰源：（1）电源干扰：在试验中选择WJFY型变频电源，该装置不仅能满足试验电源的基本要求，也兼具LC滤波功能，可有效过滤配电网中的高频信号，维持正弦信号的稳定输出。（2）接地干扰：为降低接地干扰，可采用一点接地的接地方式。（3）在试验现场，为避免电焊机等大型用电设备的信号干扰，可选择在无其他作业或夜间时间段进行试验。

4.3感应耐压试验现场执行

试验前，要核查接线正确，尤其是套管末屏与检测阻抗之间的连接要牢靠。须全面了解是否存在击穿等问题的可能性，并做好预防和处置措施，并在现场设置试验隔离区。

4.3.1检测阻抗以及方波校验试验建议选择XD系列装置，该系装置为RLC型结构，属于调谐阻抗。在选择合适的检测阻抗后，须保证回路的谐振频率处于正常水平，且保证检测结果的灵敏度。根据主变高压套管的电容参数，结合高压绕组引线的结构，可任意选择一个项目做阻抗检测。检测时，调整调谐电容量在5000-6000pF范围内，最大通流容量控制在2A左右。为保证最终检测结果的准确性和可靠性，在试验开始前，需利用校正方波在校准脉冲发生器上校准电容，其校准电压包括1.0V、2.0V、5.0V、10.0V四个电压等级，校准电容为10pF与100pF。在校准结束后保存其结果，且设置脉冲信号幅值在80%-85%之间。

4.3.2试验过程试验时，使用无局放变频电源，在现有结构的基础上增设两组电抗器。并采用高压末端接地的方法，悬空套管。使用高压套管主电容为耦合电容，并直接将测量阻抗连接到接地法兰与测量屏之间，同时从测量屏中记录局部放电数据，其结构如图1所示：试验时，须保证被试变压器铁心、外壳、中性点有效接地，且套管电流互感器二次绕组短接接地。试验期间要保证试验回路接近谐振状态，且变压器分布电容随着电压的变化而发生相应的改变。为此，建议在试验期间调整频率，并保证变频电源输出电流为可持续电流，此种设置可使试验结果更好的体现变压器实际性能。

5结束语

电力变压器预防性试验本身具有复杂、专业、高风险等特点。因此试验时，需要试验人员深入了解变压器的结构以及不同试验之间的特点和区别，能根据变压器实际运行情况，调整预防性试验的试验项目。并能根据试验结果对变压器性能进行评估，且预判其运行趋势，以保证电力变压器的安全稳定运行。并在试验设备选型，试验流程、安全措施等正确完备的情况下，进一步持续实践，以提高试验结果的精准性和专业性。

参考文献：

[1]秦伟.电力变压器电气高压试验的技术与要点分析体会[J].装备维修技术，2020（02）：277.

[2]王羽.电力变压器电气高压试验的技术要点分析[J].通讯世界，2019，26（12）：248-249.

[3]王春生.电力变压器电气高压试验的技术要点分析研究[J].数字通信世界，2019（12）：80.

[4]吴昊.浅谈电力变压器电气高压试验的技术要点[J].中国新通信，2019，21（22）：223.

作者：张大宏 尚等锋 单位：华电云南金沙江中游水电开发有限公司梨园发电分公司