110kV主变局放检测现场试验技术研究_陆钟华

110kV主变局放检测现场试验技术研究_陆钟华
第5期2017年2⽉No.5
February ，2017
110kV 主变局放检测现场试验技术研究
陆钟华
（国⽹扬州供电公司，江苏扬州225002）
摘要：⽂章介绍110kV 电⼒变压器局放试验电源的类型及容量选择，分析现场试验的接线⽅式、⼲扰
抑制措施等，并结合实例说明110kV 电⼒变压器现场局放检测试验的实施情况。

关键词：变压器；局部放电；变频电源；故障诊断；现场试验
江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information 作者简介：陆钟华（1969—），男，上海，本科，⾼级⼯程师；研究⽅向：电⼒⽣产与建设。

1⽆局放试验电源1.1试验电源的⼯作⽅式选择电⼒变压器绕组连同套管的长时感应电压试验带局部放电试验不同于普通的电⽓设备耐压试验，因需要对试品进⾏局放信号测量，所以试验设备本体应是⽆局放设备，特别是试验电源的选择更是重中之重，这样才能确保对被试品局放数据的准确测量。

⽬前，局部放电试验电源的选择有中频发电机组、⽅波变频电源和正弦波变频电源3种⽅式（见表1）。

传统的局放试验电源普遍采⽤“中频发电机组”⽅式，设备体积庞⼤、笨重、噪声⼤、设备启动电流很⼤，适⽤于实验室、电磁兼容屏蔽室等具有⼤功率供电电源的固定场所。

由于现场110kV 变电站的站⽤电源容量较⼩，额定电流⼩于144A ，⽆法提供中频发电机组启动所需电流，因此在110kV 电⼒变压器的安装⼯程现场较少采⽤“中频发电机组”来进⾏局放试验。

⽬前电⽓设备耐压试验普遍采⽤变频串联谐振交流耐压试验成套装置，⽅波变频电源是该装置的主要部件，通过改变激励电源的频率，当电源频率和试验回路的固有振荡频率相同时，串联回路达到谐振状态，从⽽在被试品上产⽣⾼电压，实现耐压试验⽬的。

由于采⽤调频谐振原理，可⼤幅度减⼩试验电源容量，试验效率⾼，⾮常适合⼯程施⼯现场试验。

但⽅波变频电源的逆变部分⼤量使⽤I GBT 驱动保护模块，调制过程中会产⽣⼤量⼲扰信号，常规的软硬件⽅法⽆法消除，即⽅波变频电源本体局放量超标，不能满
⾜电⼒变压器的现场局放试验要求。

正弦波变频电源是由⼤功率三极管组成的线性推挽功率放⼤矩阵⽹络电路，前置“同步电源功放电路”由信号源输出直接推动，后置“桥式整流功放电路”负责⼤功率输出，⼤功率器件三极管电路均设计在线性放⼤区域⼯作，⼤功率输出采⽤逐级放⼤的原理，从最初的微⼩功率的信号源经过多次放⼤，实现⼤功率输出，可获取与标准信号源产⽣⼀致的正弦波
信号，由于正弦波变频电源的内部电路均⼯作在⾮开关状态，不会产⽣严重的⼲扰信号，特别适合作为局
放试验电源使⽤。

1.2试验电源的容量选择
电⼒变压器局部放电试验是在绕组连同套管的长时感应电压试验的同时进⾏测试，试验电源容量选择的主要考虑因素有：变压器容量和空载损耗、局放
试验设备⾃⾝的能效功率、试验频率与电源有功功率
的关系等。

⽬前，随着⽤电负荷的迅猛发展，110kV 电压等级
的电⼒变压器容量也越来越⼤，扬州电⽹主变压器的最⼤容量为120MVA ，由于局放试验主要是在主变感
应耐压试验的同时进⾏测试，所以主变处于空载状
态，试验电源的容量选择主要考虑变压器的空载损耗，试验电源的有功功率必须⼤于变压器的⽆功功率。

正弦波变频电源的⼯作电源取⾃电⽹AC380V 三相交流电，经真空断路器输出⾄前置功放电路，后置功放电路“桥式整流功放电路”负责⼤功率输出。

由滤波⼤电感和滤波⼤电容组成的滤波电路提供⼤功率直流电源作为“桥式整流功放电路”的⼯作电源，空
开直接合闸时充电电流过⼤可能会造成低压总电源开关跳闸，因此在试验电源电路设计中增加电容预充预合闸回路，避免启动电流冲击。

由于“桥式整流功放电路”在试验过程中发热量很⼤，需加装风冷系统进⾏有效散热。

正弦波变频电源作为局放试验电源，从设备⾃⾝的能效性能来说⽐⽅波变频电源要低很多，但电源本体⽆局放⼲扰信号，⾮常适合局放试验使⽤。

试验电源的容量选择必须考虑30%的试验容量裕度。

中频发电机组⽅波变频电源正弦波变频
电源试验容量偏⼤偏⼩
中等体积⼤型⼩型中型重量笨重偏轻
偏重本体局放⼲扰有，主要是变频器等的中频信号⼲
扰，需加装中频滤波器有，主要是
I GBT
等开关器件的⼯作⼲扰，普通⽅法不能消除⽆环境适应性更适合试验室等固定场所⾮常适合现场试验⽐较适合现场试验表1三种局放试验电源⽐较
①单相励磁接线法②三相励磁接线法③套管抽头测量和校准接线图2电⼒变压器局放试验的三种基本原理接线
图1110kV 主变长时感应耐压及局放试验接线⽰意⼀般情况下，为确保电⼒变压器的被试品安全和正弦波变频电源的试验设备安全，主变感应耐压及局放试验的试验频率不应低于100Hz ，在试验过程中，进⾏调频时，当输出电流没有明显变化，可采⽤将试验频率上调到130~150Hz ，或者在被试品的低压端并联补偿电抗器增添电流补偿。

经过⼤量的试验数据证明：电⼒变压器局放试验所需的试验电源有功功率随频率的升⾼⽽降低，通过合理选择试验频率可优化设计局放试验电源的容量。

试验频率与电源有功功率的关系如表2所⽰。

2现场局放试验⽅案的设计2.1主变长时感应耐压及局放试验系统主变长时感应耐压及局放试验系统包括正弦波变频电源柜、远程智能操作控制箱、⽆局放中间变
压器、⽆局放补偿电抗器、⽆局放电容分压器、⽆局
放耦合电容器、数字式局部放电测试仪、系统附件
等部件。

局放试验设备的本体局放量应⼩于10pC 及
以下。

依据扬州电⽹主变压器的最⼤容量为120000
kVA ，空载损耗为0.967‰以下，试验电源容量裕度30%，
因此选⽤输出功率为150kW 的正弦波变频电源柜，
即可满⾜局放试验要求。

该变频电源柜采⽤⾼保真线
性功放技术，输⼊电压为三相AC380V ，输出电压为单相0~350V ，额定输出电流为0~429A ，频率输出范
围为30~300Hz 内连续可调，可持续⼯作1h ，采⽤强迫风机冷却⽅式。

⽆局放中间变压器为单相输出变压器，采⽤双绕组⼝形结构，低压与⾼压之间、低压与铁⼼之间放置静电屏蔽层，⾼、低压绕组之间只有磁的联系，⽽⽆电的联系。

为了满⾜正弦波变频电源的最佳输出条件以及现场多种试验电压的要求，设计低压侧为带抽头的单绕组结构，输⼊电压为0~400V （设300V 和350V 两个抽头），额定容量
为150kVA ，⼯作频率
为100~300Hz 。

⾼压
侧为4个独⽴的绕组，
全绝缘，可串并联组合
使⽤。

通过改变⾼压
侧、低压侧的接线⽅式，可实现中间变压器输出5kV ，10kV ，20kV ，40kV 四种输出电压。

⽆局放补偿电抗器的结构形式为环氧筒式、油浸式、⾃冷式。

通过并联适当数量的补偿电抗器的⽅式来增添被试变压器的空载电流的⽆功部分。

主要技术参数：额定电压20kV ，额定电流5A ，额定电感量6H ，额定频率100Hz 。

⽆局放电容分压器的结构形式为环氧筒式、油浸式、⾃冷式。

电容分压器并联在主变压器的低压侧或⾼压侧，实时电压数据采集，反馈回局放试验电源进⾏电压控制输出。

主要技术参数：额定电压60kV ，额
定电容量0.001µF ，分压⽐600/1。

⽆局放耦合电容器的结构形式为环氧筒式、油浸
式、⾃冷式。

耦合电容器并联在主变压器的⾼压侧，与
负载匹配阻抗器配合使⽤，实时采集变压器局放信号，反馈给数字式局放测试仪进⾏局放测量。

主要技
术参数：额定电压60kV ，额定电容量0.0005µF 。

2.2试验接线⽅式
电⼒变压器的交接耐压试验有两种加压⽅式，⼀
种是直接加压⽅式，⼀种是感应加压⽅式。

由于电⼒变压器容量较⼤，直接加压⽅式需要⼤容量⾼电压的
电源设备，⼯程施⼯现场⽆法满⾜，因此通常采取可
减少试验电源设备容量，并且有利于现场实施的中压
侧或低压侧的感应加压⽅式。

110kV 主变长时感应
耐压及局部放电试验接线⽅式如图1所⽰。

电⼒变压器的局部放电试验有三种基本原理接线，第⼀种是单相励磁接线法，第⼆种是三相励磁接
线法，第三种是在套管抽头测量和校准接线。

110kV 变压器⾼压侧的套管是电容的，带有电容末屏，很容易测量回路阻抗，⽆须新增耦合电容器，可直接在变压器⾼压套管处进⾏局放测量，变压器低压侧进⾏电压测量。

变压器局部放电试验的基本原理接线如图2所⽰。

电源频率（Hz ）1001502002503003930
252320433328252153413430265945383431变压器有功功率（kW ）1.55倍电压1.62倍电压1.8倍电压
1.9
倍电压表250MVA 变压器所需电源有功功率与频率的关系（单相试验）
A B C D E ≤1
3U 2 1.1U m /3姨U 2U 2U 1 1.1U m /3姨＜13U 2注：1.U m ：设备最⾼运⾏线电压；U 1=1.7U m /3姨；U 2=1.5U m /3姨或1.3U m /3姨。

2.A =5min ；B =5min ；C ：1min （F 试≤2F 0）或F 0÷F 试×120s （F 试＞2F 0）；D ：≥60min （U m
≥300kV ）或≥30min （U m ＜300kV ）；E =5min 。

2.3局放试验前的校准定标局放试验前，必须对试验成套设备及局放试验回路进⾏放电量的校准定标。

详细记录所有测量回路上的背景噪声⽔平，其值应低于规定的视在放电量的50%。

由于测量阻抗与电容套管末屏串联，因此可在⾼压套管的⾸端与⼤地之间的回路上直接进⾏校准定标。

2.4局放试验中的加压时序根据
DL/T417—2006要求，应将局放试验和感应耐压试验结合到⼀起进⾏。

对于扬州电⽹110kV 分级绝缘变压器，采⽤长时感应耐压试验（ACLD ），加压程序如图3所⽰。

2.5局放试验后的合格判据分析（1）试验电压不突然下降；（2）在施加U 2电压的时间内，局放连续⽔平不超过300pC 或500pC ；（3）在U 2电压下，局放⽆持续上升或增加的趋势；（4）在1.1U m /3姨下，局放的连续⽔平不超过100
pC 。

2.6局放试验的步骤局放测量应在所有分级绝缘绕组的线端进⾏，对于⾃耦连接的⼀对较⾼电压、较低电压绕组的线端，也应同时测量并分别⽤标准⽅波进⾏校准。

在电压升⾄U 2及由U 2再下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。

在整个试验时间内应连续观察放电波形，并按⼀定的时间间隔记录放电量Q 。

放电量的读取，以相对稳定的最⾼重复脉冲为准，偶尔发⽣的较⾼的脉冲可忽
略，但应做好记录备查。

整个试验期间试品不发⽣击穿；在U 2的第⼆阶段的30min 内，所有测量端⼦测得的放电量Q ，连续地维持在允许的限值内，并⽆明显地、不断地向允许的限值内增长的趋势，则试品合格。

如果放电量曾超出允许限值，但之后⼜下降并低
于允许的限值，则试验应继续进⾏，直到此后30min
的期间内局部放电量不允许的限值，试品才合格。

利⽤变压器套管电容作为耦合电容C K ，并在其末屏端⼦对地串接测量阻抗Z K 。

3局放试验的现场⼲扰及抑制措施
在电⼒变压器感应耐压及局部放电试验过程中，
各种⼲扰信号通过测试回路反馈并显⽰在数字式局
放测试仪上，⼲扰信号和局放信号混杂在⼀起，给局
放信号的观察和测量、甚⾄是局放试验能否成功都带
来困难。

现场⼲扰信号主要来源于⾼压电晕放电⼲
扰、悬浮电位放电⼲扰、试验电源⼲扰、地线⼲扰四种
情况。

针对局放⼲扰的不同成因应采取相应的抑制措
施，抑制⼲扰的措施主要有消除⼲扰源、切断⼲扰途
径和⼲扰的后处理三种⽅式。

3.1⾼压电晕放电⼲扰
⾼压电晕放电⼲扰是变压器感应耐压及局部放电试验中的主要⼲扰源之⼀。

由于采⽤感应加压⽅式，为了确保电⼒变压器在施加正常电压下不产⽣⼤的
电晕放电，被试品低压侧的感应加压连接线应采⽤防
电晕电缆线路，并确保加压线路与接地体之间的距离
满⾜局放试验要求，同时在被试品⾼压侧的各个带电
位置上和各个套管上加装防电晕屏蔽罩或均压装置。

3.2悬浮电位放电⼲扰
对110kV 变压器进⾏感应耐压及局部放电试验时，被试品⾼压侧的感应电压达到109kV ，周围的不
接地或虚接地的⾦属导体将产⽣悬浮电位，并可能发
⽣悬浮放电现象，⼲扰局部放电测试。

消除悬浮电位
放电⼲扰的措施有：提供⼀点接地，消除现场的孤⽴
导体，可消除浮动电位带来的⼲扰；将被试变压器的
连接母线断开后，远离被试变压器的套管端部，并使其可靠接地（有是只需闭合接地开关即可），防⽌被试变压器附近存在不接地引线；确保被试变压器附近的避雷器等电⽓设备、施⼯⼯具和被试变压器上的⼀切配件良好接地；确保局放测试回路的各部件连接良好，
可以消除接触不良带来的⼲扰。

3.3试验电源⼲扰
试验电源⼲扰分为两⼤部分，第⼀是变压器感应
图3电⼒变压器局放试验的加压时序
表3局放量的允许⽔平
表5试验电压与监测电压对照U 1⾼压123.66kV 低压18.59kV 测量92.9V
U 2⾼压109.12kV 低压16.4kV 测量82V U 3⾼压80kV 低压12.03kV 测量60V 注：⾼压、低压所指电压为接线端⼦对地电压：PT
变⽐20000/100=200。

注：A ：励磁变压器输出端；C ：⾼压套管电容；V ：分压器电压表；L ：补偿电抗器；Z ：局部放电检测阻抗；PD ：数字
局部放电测试仪；C q 、U 0：校正⽅波发⽣器。

带励
磁变的变
频电源系统A X
A
B C Z PD U C q C 2
C m B m A m C q a b c L
V 耐压及局部放电试验成套装置中的电源⼲扰问题，第
⼆是供电电源侧和空间⽆线电的⼲扰问题。

针对第⼀种试验电源⼲扰，要求变压器感应耐压
及局部放电试验成套装置的本体局放量是有要求的，
即试验设备本⾝是⽆局放的，当然完全⽆局放是不可
能的，但本体局放量应严格控制在⼀定的范围⽔平
内，原则上要求本体局放量≤10pC 。

可以通过优化系
统设计、改进系统结构、合理设计电路、增加屏蔽等加
以消除，要控制试验成套设备的本体局放量，重点就
是控制局放试验电源的局放量⽔平，所以选择正弦波
变频电源作为⼯程施⼯现场进⾏局放试验的⼀个可
⾏⽅案。

针对第⼆种试验电源⼲扰，可以采⽤加装隔离变压器、滤波电容、滤波电感等综合降噪措施，可以有效消
除来⾃供电电源侧的⾼频⼲扰。

屏蔽测试仪器，可抑制因空间耦合⽽造成的空间⽆线电⼲扰。

3.4地线⼲扰来⾃地线的⾼频⼲扰信号，是最
为复杂和难以消除的。

可以采⽤可靠的单点接地⽅式，接地线尽量粗，⽽且要接地成放射状，避免形成回路和串接⽅式；局放试验电源、局放测试仪的接地要
分开，必要时局放测试仪可取消接地。

对于通过⾼频CT 等测量传感器进⼊局放测试仪的⼲扰，可通过局放软件进⾏后道降噪处理，如频域开窗和时域开窗。

由于⼯程施⼯现场的特殊性，为了局放试验的成功实施，可以采⽤⾃制⼈⼯接地极的⽅法解决现场接地问题，如图4所⽰。

4局放现场实例分析4.1扬州吕桥110kV 变电站4#主变的现场局放试验4.1.1被试变压器参数被试变压器参数如表4所⽰。

4.1.2变压器局部放试验接线
变压器局部放试验接线如图5所⽰。

4.1.3试验电压计算
以A 相试验为例，⾼压侧分接档位“1”，低压ac 加压，此时：⾼压对低压变⽐k ＝121/3姨/10.5＝6.65激励电压：U 1=1.7U m /3姨=123.66kV ，此时：U ca ＝123.66/k =18.59kV 预加电压：U 2=1.5U m /3姨=109.12kV ，此时：U ca ＝109.12/k
=16.4kV
测量电压：U 3=1.1U m /3姨=80kV ，此时：U ca =80/
k =12.03kV 4.2试验条件试验电压与监测电压对照如表5所⽰。

4.2.1现场环境条件（1）现场有⾜够的场地放置试验设备。

（2）现场⾄少能提供不⼩于380V/150A 的试验电源。

4.2.2试验对象条件
（1）变压器其他电⽓常规试验均已完成并合格。

（2）⾼、低压绕组应与系统线路断开。

（3）变压器应注油后静置72⼩时以上，升⾼座及
套管应充分排⽓。

（4）变压器套管TA ⼆次绕组必须短路接地,铁
⼼、夹件可靠接地。

（5）变压器与周围物体保持⾜够的距离，且周围
图4⾓钢作为⼈⼯接地极的做法型号SZ11-50000/110接线⽅式YNd11
额定容量50000kVA 空载损耗30.139kW
空载电流0.091%频率50Hz 编号20150024出⼚年⽉2015年3⽉额定电压110±8×1.25%/10.5kV ⽣产⼚家
重庆南瑞博瑞变压器有限公司
表4被试变压器参数
图5变压器局部放试验接线
Technological research of field test on partial discharge （pd ）of 110kV transformer
Lu Zhonghua
（State Grid Yangzhou Power Supply Company,Yangzhou 225002,China ）
Abstract:This paper introduces the type of experimental power supply and the selection of capacity of 110kV transformer in partial discharge test,then analyzes the line connection mode and interference rejection measures.At last,the implementation of the test is explained with examples.
Key words:transformer;partial discharge;variable-frequency power supply;fault diagnosis;field test
悬浮物体可靠接地4.3试验⽅法、步骤、流程
4.3.1试验⽅法变压器局部放电测量采⽤感应加压的⽅式进⾏试验，由变频电源装置提供试验电源。

试验利⽤⾼压套管电容做测量信号的耦合电容。

先进⾏外施耐压合格后，然后进⾏长时间感应电压带局放测量试验。

4.3.2试验步骤（1）按图1进⾏试验接线。

经检查⽆误后，校正局部放电刻度系数。

（2）合上试验电源，启动变频电源装置。

（3）在变频装置运⾏稳定状态下，对变压器升压
进⾏局部放电试验。

（4）升压调频中，必须将试验频率控制在125~
250Hz ，否则，应重新调节补偿电抗。

（5）升压时，当试验电压达到1.1U m /3姨时停留
5分钟，测量局部放电量值。

（6）继续升压到1.5U m /3姨，升压后停留5分钟。

（7）继续升压⾄1.7U m /3姨试验电压，停留时间
由变频装置实际输出频率f s 经公式t =6000/f s 确定，停留时间到后，随即降到1.5U m /3姨，停留30分钟，每隔5分钟读取⼀次局部放电量值。

（8）在读取最后⼀次局部放电量值后，确认局放
量⽆增长趋势，将电压降到1.1U m /3姨，停留5分钟，
读取局部放电量，然后降压到0，切断电源。

更改试验接线，参照以上步骤分别测量B ，C 相的局部放电量值。

（9）在测量B ，C 相的局部放电量值后，降压归零，断开试验电源，拆除接线，试验结束。

4.3.3试验流程
试验流程如图6所⽰。

4.4试验数据
长时感应电压及局部放电测量试验数据如表6所⽰。

图6试验流程试验电压（kV ）试验时间低压监控数据
变频输出电压变频输出电流变频输⼊电流试验频率
（Hz ）B 相C 相805′403055101109.125′653575123.66
6000/
试验频率———
109.125′754598
10′704596
15′654090
20′653590
25′653590
30′653590
805′453060
局部放电量（pC ）⾼压侧A 相表6长时感应电压及局部放电测量试验数据
（责任编辑王真）。