浅谈大型变压器现场局部放电试验参数的估算

2007 年 10 月 31 日，大连供电公司试验研究所进行革镇堡变 220kV#2 主变(180000kVA，葫芦岛 制)新安装后的局放试验，现场电源为 250kVA 容量的所用变，所用变低压侧额定电流为 361A。之前 常规试验测得绕组间及对地电容量如下： C10 = 5625 pF C20 = 2725 pF C12 = 9323 pF C23 = 9129 pF C13 = 152 pF C30 = 20350 pF
浅谈大型变压器现场局部放电试验参数的估算
应 辉
（大连供电公司试验研究所，116001） 摘要：变压器现场局部放电试验容性功率较大，受试验装置和电源容量限制，应在试验前比较准确地估算出包括 容性功率、试验频率、补偿电抗器电感量等试验参数。本文尝试用变压器常规试验中测量出来的绕组间、绕组对 地电容量为基础进行估算，并利用现场实际局放试验对所估算的参数进行了例证。 关键词：变压器；局放试验；参数估算
4
f=
1 . L. k1 . C10 C12 C13 k2 . C20 C23 C30 k1 .k2 .C12 k1 .C13 k2 .C23
2 2
( 公式 4 )
且应满足( 公式 4 )中 f 100 Hz。
4.现场变压器局放试验实例
变压器内部的局部放电是促使绝缘劣化并发展到击穿的重要原因， 因此局部放电量的检测也越来 越受到重视，测量变压器局部放电水平，是评定变压器绝缘性能的有效方法。并且，局放试验既有破 坏性试验发现绝缘缺陷的相当有效性，又具有非破坏性试验的安全性。 根据《电气设备交接试验标准》(GB50150-2006)、 《电力设备预防性试验规程》(DL/T596-1996) 和国网公司“十八项电网重大反事故措施”中防止大型变压器损坏事故的要求，对 220kV 及以上电压 等级的变压器，为了检查变压器经过运输、安装以及排氮充油处理后的绝缘水平，要求在投运前必须 进行该项试验；对运行中的变压器当怀疑其有放电现象或检查大修质量时，同样需要进行现场局部放 电试验。
图2
三相三绕组变压器现场局放试验接线示意图
大型变压器局放试验，以系统最为常见的三相三绕组变压器(组别为 YNynod11)为例，进行 A、Am 相局放试验时，由低压侧 ac 相励磁。 当低压侧施加电压 Uac=UL 时，高、中压试验相 A、Am 线端分别达到局放试验电压：UAO=UH ， UAmOm=UM 。此时高压非试验相 B、C 线端电压 UBO= UCO= 1/2UH，中压非试验相 Bm、Cm 线端电压 UBmOm=
试验前，利用上文中（公式 2）进行估算，局放试验回路等效电容 Cx＝0.59μF；如果采用 3H 补 偿电抗器，按（公式 4）估算，实现试验回路完全谐振频率应为 119.6Hz 。 现场局放试验时，变压器低压侧施加电压为 UL ＝16.38kV(此时，高压绕组线端电压为 UH ＝ 1.5 U m / 3 =218kV，中压绕组 UM＝59.45kV)，现场实际频率适当提高至 125Hz，使试验回路负载略 呈容性，试验回路中电容支路电流实测为 7.47A，根据 C=I/ωU，可得回路等效电容 Cx＝0.58μF， 与试验前估算值基本一致。现场励磁变变比选定为 20 kV /0.35 kV =57.14，实测变频柜出口电流（励 磁变低压侧）为 401A，电源负荷侧电流为 231A。进行变压器长时间感应耐压最高试验电压达到 1.7 U m / 3 时，电源负荷侧电流为 262A，现场电源容量满足试验要求。
2
（C20+C23） ·UM +C30·UL -C12·UH·UM-C13·UH·UL-C23·UM·UL] ＝ ¼ ωUL [k1φ · （C10+C12+C13 ）+k2φ · （C20+C23 ）+C30-k1φ ·k2φ ·C12-k1φ ·C13-k2φ ·C23]
20+C12+C13） +k2φ · （C20+C23） +C30-k1φ· k2φ· C12-k1 低压侧(即试验回路)等 等效电容Cx=¼ [k1φ ·
5
[参考文献] 慕世友 张永跃 张永跃 1996 年 8 月《大型变压器局部放电容性功率的计算》 1997 年 3 月《变压器现场局部放电试验》 1999 年 1 月《变压器现场局部放电试验接线的探讨》 变压器 电网技术 电网技术
[作者简介] 应辉 男，1970 年 3 月 1 日 出生，1992 年 7 月毕业于合肥工业大学电力系统及自动化专业，目前在
1.大连供电公司变压器现场局放试验现状
大型变压器多采用分级绝缘结构，变压器局放试验一般从被试变压器的低压侧分相感应加压， 利用被试变压器的高压(中压)套管电容作为耦合电容，从套管末屏处抽取信号，测量局部放电值。由 于变压器铁芯存在铁磁饱和，因此局放试验频率要提高至额定电源频率的 2 倍以上。 大连供电公司较早开展变压器现场局放试验，在以前现场缺乏高频率试验电源的情况下，采用 “中性点支撑法”进行，但此方法虽能满足变压器绕组主绝缘试验电压的要求，但也存在绕组纵绝缘 达不到试验电压的不足。近年来，大连供电公司试验研究所积极组建高压变频试验装置，应用大型变 压器现场局放、电力电缆等试验工作，取得较多经验。其中，2007 年就进行了 12 台 220kV 以上电压 等级主变局放试验。 现场变压器局放用变频试验装置主要由以下几部分组成：变频柜，频率为 30～300Hz，最大输出 功率 300kW；300kVA 励磁变压器；补偿电抗器等。
大连供电公司试验研究所从事试验工作，高级工程师。
6
5.结束语
将绕组的分布电容均按集中电容来考虑，绕组电压按首尾之和的一半做近似计算，从现场试验 情况来看， 基于这种估算方法估算出的局放试验回路中的容性负载功率和等效电容均与现场实测值极 为接近，局放试验其他参数的估算结果也完全满足工程计算上的要求。 在现场变压器局放试验中，还有可能会遇到包括二绕组、四绕组及单相变压器等情况，采用文 中的估算方式都能比较准确、简便地估算出负载的容性功率及其他相关试验参数。
2
UCmOm=1/2UM， 低压非试验相 Uab=Ubc= 1/2UL(均忽略因变压器磁路结构原因引起的非试验相电压偏差)。
图3
被试变压器高压侧试验相与非试验相电压关系
并且变压器高、中、低压侧电压关系满足：
UH k k1 1L UL 3 UM k k2 2 L UL 3
其中，k1L 为高压对低压的铭牌电压比，k2L 为中压对低压铭牌电压比；k1φ为高压对低压的相电 压比，k2φ为中压对低压相电压比。 ，因此我 考虑到局放试验回路电流呈现为容性，可以视作一个等效的集中电容负载（图 1 中 Cx） 们尝试利用变压器常规试验中测量出来的绕组间、绕组对地电容量进行估算。根据《高压电气设备试 验方法》及一些相关文献中介绍的方法：将绕组间、绕组对地的分布电容均按集中电容来考虑，并假 设 A、B、C 三相绕组的电容相等；假设电压是沿绕组高度均匀分布，局放试验绕组一端为高电位，另 一端为地电位，因此估算时绕组电压按首尾之和的一半做近似计算。
图4
三绕组变压器绕组间及对地电容等值电路图
3
高压侧试验相的总电容电流 IH 为试验相高压绕组对地 Ic10、高压绕组对中压绕组 Ic12、高压绕 组对低压绕组 Ic13 的容性电流之和。需要注意的是：高压对中压绕组 C12 承受电压 UHM=UH—UM；高压 对低压绕组 C13 承受电压 UHL=UH—UL。即： IH=ω·⅓ C10·½ UH＋ω·⅓ C12·½（UH—UM）＋ω·⅓ C13·½（UH—UL） 高压侧非试验相绕组承受电压为试验相线段电压的一半，即高压侧非试验相的总电容电流 IH＇=ω·⅔ C10·¼ UH＋ω·⅔ C12·¼（UH—UM）＋ω·⅔ C13·¼（UH—UL） 同理，中压侧试验相 IM=ω·⅓ C20·½ UM＋ω·⅓ C23·½（UM—UL） 中压侧非试验相 IM＇=ω·⅔ C20·¼ UM＋ω·⅔ C23·¼（UM—UL） 低压侧试验相 IL=ω·⅓ C30·½ UL 低压侧非试验相 IL＇=ω·⅔ C30·¼ UL 为方便计算，我们将高压和中压电流均归算至低压侧，归算后电流： 试验相 I∑=k1φ·IH＋k2φ·IM＋IL 非试验相 I∑＇＝k1φ·IH＇＋k2φ·IM＇＋IL＇ 低 压 侧 ( 即 试 验 回 路 ) 容 性 功 率 Qc ∑ = I ∑ · UL+I ∑ ＇ · ½ UL ＝ ¼ ω [ （ C10+C12+C13 ） · UH +
1
图1 图 1 中： ——300kW 变频柜 T ——300kVA 励磁变 L ——并联补偿电抗器 Cx ——被试变压器
变频试验装置局放试验原理图
2.被试变压器容性功率的估算
变压器现场局部放电试验从变压器低压侧单相感应加压，试验回路电流呈现容性，且容性功率 比较大，需要用适当的电抗器进行补偿。为了合理选择试验设备和现场试验电源容量，试验前应比较 准确地估算出包括容性功率、试验频率、补偿电抗器电感量等试验参数。
2 2
φ·C13-k2φ·C23]
( 公式 2 )
3.试验频率的估算和补偿电抗器的选择
估算出容性功率以后，通过选择补偿电抗器，并调节试验频率，尽可能使补偿回路的感性功率等 于估算出来的容性功率，形成并联谐振，从而减小所需试验电源的容量。即：
f 1 2 L C X
( 公式 3 )
将(公式 2)、(公式 3)联合进行推导，可以求出谐振频率与试验回路中电容及补偿电抗之间的关 系式：