第1章 交流高压试验设备-2

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1.5
串级试验变压器的电压分布
二、被试品放电时的暂态电压分布
考虑到杂散电容的两级串 联试验变压器的接线图
L2’是第二级变压器高压绕组的等值电感, L1’是第1级变压器的漏感与第2级变压器累 接绕组的等值电感之和。 两级变压器通过第二级变压器原边绕组的等 值电感L联系起来。 用开关s表示放电与熄弧。 当被试品电容量和小时,略去它。
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电动发电机组调压示意图
4、电动发电机组
当发电机带有电容负载时,电容电流将在发电机定子绕组的纵轴方向产 生助磁的电枢反应。在一定条件下,甚至发电机的励磁电流等于零时, 发电机的定子绕组有可能产生比额定电压还要高的电压。这就是同步发 电机的自激。 用于工频试验设备中的发电机,避免自激的条件是:
xc xd x 2 x r
漏抗的等值电路
X1—辅助线圈的感抗; X2—主线圈的感抗; X23—主线圈和补偿线圈 之间的漏抗。 Xc—负载容抗
在进行内绝缘试验时,电压 的上升速度是有规定的: 在前40%,速度任意;后面 的升压必须是均匀的,每秒 3%的额定电压的速度升压。
漏抗特性
折算到输出侧的漏抗随线圈 位置而变化的特性。 曲线2、3、4表示容抗,与 位置无关。 当负载容抗在一定范围内时, Xs和Xc可能有2两个交点, 对于这两点,会发生谐振。 因此存在两个谐振点, 调压器输出呈N型曲 线。P2点的峰值高, 曲线尾部很陡,容易 损伤正常绝缘。
电力电子类型:
内核技术采用变频调节装置,频率可多种,50Hz、100Hz、 150Hz、200Hz
优点: 1、体积小、重量轻,便于携带,便于大功率化 2、可实现多种频率输出; 3、降低了对试验现场供电电源容量的要求。 15kVA, 0-400V
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1.8
用高压试验变压器产生操作冲击波的方法
随着超高压和特高压输电系统的快速发展,各国都在进行长 波前(波前从1000s到5000 s )操作冲击波作用下的绝缘 试验研究。 利用冲击电压发生器产生长波前操作冲击波往往是低效率的, 而且火花间隙中会出现熄弧现象。 在这种情况下,利用高压变压器来产生操作冲击波就具有优 点了。
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1.5
串级试验变压器的电压分布
两种极端情况:
1、电弧在短路电流自然过零时熄灭。 熄弧瞬间,电源电压达到最大值,短路电流为0,此后,电源以最 大电压经过电感向C1和C2充电,高频振荡。 2、电弧在短路电流达到最大值时熄弧。 熄弧瞬间,短路电流存储在电感中的磁场能最大,并向C1和C2转换为 电场能,产生过电压。 (1)无论哪种情况下熄弧,都会在串联试验变上产生过电压。当电 弧在短路电流幅值时熄灭,过电压最高。 (2)油中熄弧产生的过电压高于气体中的,因为油的介质恢复特性 好。不均匀电场的过电压也高于均匀场,因为它的冲击系数高。最高 过电压为油介质不均匀场,可到1.6-2.2. (3)第I级变压器高压绕组的过电压高于第II级高压绕组的过电压,因 为第I级电容C1小,电感L’1大。
方法:
1、电容器对变压器一次侧放电; 2、用闸流管使变压器一次侧瞬间接通工 频电源
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1.8.1
电容器对变压器一次侧放电
装置接线 火花隙G击穿瞬间,充电为U0的主 电容C通过R1、R2和L对电容Ce放 电,在变压器一次侧绕组上形成一 个尖端脉冲电压,Ce的电压幅值 上升到Um,形成波前。 C1的作用是减小尖端脉冲电压的幅 值和上升陡度。R1除抑制陡度外, 还和R2一起起着阻尼高频振荡的作 用。 等效电路图
容量可以很大; 铁心不饱和,本身不会产生高次谐 波励磁电流; 磁阻很大,空载电流约为额定电流 的1/4~1/3.
E=4.44f(W2+W3)(2+4)
可见,输出电压E随4变化。 4的变 化随线圈4的位置变化,在- 2到+ 2 之间。
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3、移圈式调压器
主要缺点是漏抗很大,而且漏抗的大小随线圈的位置而变化。
三相五柱变压器
三个单相变压器 工作时,在变压器原边施加50Hz正弦波 电压,并且使铁心达到饱和。 由于原边为星形,励磁电流中不可能含 有三次谐波,励磁电流就接近于正弦波 形,但主磁通的波形不是正弦波而是平 顶波。 平顶波的磁通可分解出基波和三次谐波。
原边接成星形,副边接成开口三角形,开口端就是三倍频电压输出端。
自耦调压器
感应调压器
移圈式调压器
电动发电机组
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1.6
调压设备
1、自耦调压器
最简单的调压设备之一,具有漏抗小、波形畸变小,功率损耗小等优点; 但容量不能做大,一般在10kVA以下。
2、感应式调压器
结构与绕线式异步电动机相似。只是它的定、 转子绕组除了磁场的耦合外,还有电的联接。 它的转子被一套蜗轮蜗杆卡住,只能在180° 范围内转动。通过移动转子位置可平滑地调 节输出电压大小。当定子绕组(一次侧)接 到对称三相交流电,便在气隙中产生圆形旋 转磁场,且在定、转子绕组中感应出电势, 其大小与各绕组有效匝数成正比。





调压器和试验变的漏抗与被试品容抗发射串联谐振,电流急 剧增加,各级变压器的电压分布很不均匀,非常危险! 例如:某两级串联试验变压器,试验电压为800kV。被试品 电容为4000pF,电容电流为1A,经计算,第一级变压器高 压绕组输出电压为456kV,第二级高压绕组为345kV, UI/UII=1.32!
基波和三次谐波都将在各副边绕组分别感应出基波电势和三次谐波电势, 开口端总的感应电势为:
来自百度文库
e0 N
输出电压只含有三次 谐波,没有基波分量!
d A B c dt 3E m 3 sin 3t
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三倍频变压器的基本原理
在三倍频变压器中,需要的是三次谐波磁通 和三次谐波感应电势。三次谐波磁通为零序 分量,如果铁心做成三柱式的,则三次谐波 磁通不可能通过铁心而闭合,只能通过油间 隙和油箱构成磁路,这样感应的电势将很小。 把铁心做成五柱式,湖州用三个单相铁心, 则每相都有单独的三次谐波磁路,磁阻比较 小,感应电势比较大。
自 耦 式 连 接
U 20 U 1 E 2 cos 180o
为定子与转子间的相对角位移


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2、感应式调压器 补偿绕组的作用:用来补偿负载电流产生的磁动
势,以减小负载时的电压降落。 W2:输出绕组,Wg:公共 绕组;Wc:补偿绕组。当 调压器负载运行时,其负 载电流I2流过输出绕组W2, 产生磁势I2W2。此磁势可 按照夹角分解为相互垂 直的两个量。
补偿绕组作用原理图
当绕组Wg中有磁通时,补偿绕组Wc中会感应出电势,因此绕组短 路,因此会形成短路电流Ic,从而产生与横轴磁势同轴线的磁势 Ic Wc ,该磁势与I2W2在横轴上的磁势相平行,消除了它 的不良 影响。
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2、感应式调压器
U 20 U 1 E 2 cos 180o


一、电容负载时的稳态电压分布
对于一个带有累接绕组的变压器,其等值电路可表示为:
三绕组变压器等值电路
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具有累接绕组的三级串级试验变压器
等值 电路
4
各级变压器高压绕组输出电压的表达式:
III III II II I U 2I U 0 3I c x s x 1 2I c x 3 x1 Ic x 3 x 12

饱和时磁化曲线 o
E=4.44fWBS*10-8
(V)
i0
为了降低对B()的要求,可增加f,即频率。
100-250Hz的交流试验电源有几种: (1)电动发电机组; (2)三倍频变压器;---使用最为普遍 (3)转子反拖的绕线式异步电动机。
100Hz—倍频; 150Hz—三倍频
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三倍频变压器的基本原理





Ic---串级试验变输出的电容电流;Xc---电容负载的容抗 Xs---调压器的漏抗; U0---电源电压
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各级高压绕组的电压分布不均匀;第I级最高,第III级最小。 电容负载越大,电压分布越不均匀。
且,当满足
III III II III II II I xc 9 x s x 1 4 x3 x1 x2 x3 x3 x 12
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三倍频变压器的基本原理
由于各相都有单独的磁路,互不关联,因此各相可以单独分 析。各相磁通的谐波分量为:
A m 1 sin t m 3 sin 3t
2 B m 1 sin t m 3 sin 3t 3 4 C m 1 sin t m 3 sin 3t 3
U 2II U 0 U 2III U 0
3I x 3I x
c c
s
III x1 III x1
s
2I x Ix
c
3
III
II x1
Ix
II c
2

III
c
2
I II III U2 U2 U2 3U 0 Ic III III II III II II I xc xc 9 x s x 1 4 x3 x1 x2 x3 x3 x 12
高电压测试技术 第1章:交流高压试验设备-2
戴玲 dailing@hust.edu.cn 2015年10月
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1.5 串级试验变压器的电压分布 1.6 调压设备 1.7 三倍频试验装置 1.8 用试验变压器产生操作冲击波的方法
2
1.5
串级试验变压器的电压分布
使用串级试验变压器,除了应注意前面所说的几个问题(串联谐振、非零 值合闸、切空变、被视品放电)外,还应注意试验变在电容负载时的稳态 电压分布和被试品放电熄弧后的暂态过电压。
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1.6
调压设备
对调压设备 的要求: (1)能从零值平滑的改变电压,其最大输出电压应等于或稍大于试验 变的初级额定电压; (2)输出波形应尽可能接近正弦波,频率应在45-55Hz范围内。波形
畸变不仅影响试验结果,严重时还可能产生高次谐波振荡过电压;
(3)漏抗尽可能的小; (4)电压的上升速度可以调节。
空载输出电压与相角不是线性关系。 输出电压可以平滑无级调节, 且容量可以相当大, 但波形有较大畸变。 短路式;开路式
单相感应式调压器的输出电 压与相角的关系
3、移圈式调压器
1—辅助线圈 2—主线圈 3—补偿线圈 4—短路线圈
通常,线圈1和线圈2匝数相同,相 反极性串联起来作为1次绕组。它 们产生的磁通1和2大小相等, 方向相反,沿铁柱和空气间隙组成 磁路。 补偿线圈3是补偿调压器内部的压 降,保证输出电压达到要求值。 短路线圈4是短路的,可以上下移 动。 12
Xc:折算到发电机段的负载容抗, Xd:发电机的同步阻抗; X2:发电机的逆序阻抗; Xr:试验变压器的短路电抗
为避免发电机的自激,在容性负载大时,可在发电机段并联补偿电抗器。 电动发电机组价格很贵,因此只有在对试验要求很高或者有特殊 要求的试验室采用这种调压装置。
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1.7
三倍频试验装置
对于电力变压器、电压互感器等被试品,除了要对全绝缘变压器的 主绝缘进行耐压测试,还要对纵绝缘以及半绝缘变压器的主绝缘进 行感应高电压试验。 对220kV以上的电力变压器,感应试验电压为2-3倍UN。 产生如此高的感应电压,会不会出现什么问题? 在额定频率、额定电压下,铁心已经接近饱和状态。如果再增加电压, 则空载励磁电流会急剧增加,达到不允许的程度。
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4、电动发电机组
工作原理:由电动机带动同步发电机的转子旋转,通过调节发电机的励磁 电流来调节发电机的输出电压。 优点: 可以均匀平滑的调压,可不受电网电压波动的影响,并且可以供给标准 的正弦电压波形。 使用注意点: (1)为了供给正弦波形,发电机必须是特殊 设计的正弦波发电机; (2)为了消除由于激磁的剩磁所引起的残压, 而使调压从零开始,最好采用跨接在恒定直流 电源间的滑动式双电位计来调节激磁。 (3)拖动电机可为异步、同步和直流三种。 如用异步,则无法供给电网频率,如用同步, 则受电位频率限制;如用直流,则可得各种频 率。 (4)要防止自激。
3、移圈式调压器
由磁通1和2在各线圈中感应的电动势 分别为E11、E14和E12、E24,由磁通4在各 线圈中感应的电动势分别为E41、E42、E43 和E44。各线圈中的总感应电动势为:
E1=E11+E41 E2=E22+E42 E3=E23+E43 E4=E14+E24+E44 输出电压为:E=E2+E3 又由于在正弦波情况下: E=4.44fW
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