特大型电力变压器现场局部放电测量技术研究.pdf

试 验 研 究 特大型电力变压器现场局部放电测量技术研究 吴云飞，胡惠然 （湖北省电力试验研究院，湖北 武汉 430077） 摘要：介绍了三峡右岸电站安装运行的特大型电力变压器的现场长时感应电压试验带局部放电测量情况。 关键词：变压器；局部放电；试验 中图分类号：TM406文献标识码：B文章编号：10018425（2010）04002904 Technology Research on Field Partial Discharge Test of Extra Large Power Transformer WU Yun-fei, HU Hui-ran （Hubei Electric Power Testing & Research Institute, Wuhan 430077, China） Abstract：The satuation of field ACLD of extra large power transformer in right shore power station in the three-gorge project is introduced. Key words：Transformer；PD；Test 1引言 根据国标GB50150-2006电气装置安装工程 电气设备交接试验标准和三峡工程变压器订货合 同的规定，三峡右岸电站12台840MVA/500kV电 力变压器在现场交接时应进行长时感应电压试验带 局部放电测量（ACLD）。该项试验能够模拟变压器苛 刻运行条件， 较灵敏地检测变压器出厂后以及在安 装过程中有无绝缘损伤， 并作为安装后变压器能否 投入系统的重要判据之一。但是，现场的ACLD试验 的难度远比在试验室试验大的多，主要是电源、补偿 以及抗干扰问题等。针对这些问题，笔者进行了研究 与开发，取得了较为满意的效果。 2试验的基本情况 2.1现场情况 三峡电站由左、右岸电站两部分构成，其中，左岸 电站安装14台700MW发电机组， 右岸电站安装12 台700MW发电机组，总装机容量182MW，是目前世 界上装机容量最大的水电站。 三峡左岸电站的14台 机组已于2005年9月16日全部投产发电。右岸电站 的12台机组也于2008年底之前全部投产发电。 由于三峡工地处于施工阶段， 现场条件十分恶 劣，加上气候原因，给试验工作带来了极大的困难。 为确保三峡右岸发电机组早日投入运行， 湖北电力 试验研究院三峡试验项目工作组于2007年5月22 日开始正式试验。 到目前为止，已经圆满完成了12 台主变的长时感应电压试验带局部放电测量， 确保 了三峡工程的顺利完工。 2.2变压器铭牌参数 型号：SSP-840000/500 容量：840MVA/840MVA 电压：（550-22.5%）/20kV 空载损耗：195kW 冷却方式：OFWF 组别：YNd11 高压入口电容：16 937pF 低压入口电容：55 340pF 2.3试验依据及遵循标准 （1）GB1094.3-2003电力变压器。 （2）GB50150-2006电气装置安装工程电气设 备交接试验标准。 （3）三峡工程变压器订货合同。 （4）IEC60076-3，2000标准。 TRANSFORMER 第 4 7 卷 第 4 期 2 0 1 0 年 4 月 Vol.47 April No.4 2010 第 4 7 卷 3试验电压、 加压程序和试验合格标准 3.1试验电压 根据GB1094.3-2003、GB50150-2006中的有关 要求，各侧绕组的试验电压如下： 高压侧：1.1Um/3 姨=349kV 1.5Um/3姨=476kV 1.7Um/3姨=540kV，Um=550kV 3.2加压程序 从零升压，观察起始放电电压，到349kV持续 5min；到476kV持续5min；再升至540kV持续24s；再 降至476kV，如果局部放电量满足标准规定要求，且不 随时间增长，则持续30min，否则在476kV电压下持 续60min；再降至349kV，持续5min，如图1所示。 3.3试验合格标准 （1）试验电压不产生突然下降。 （2）在1.5Um/3 姨 电压下长时间试验期间，高压 绕组局部放电量的连续水平不大于500pC。 （3）在1.5Um/3 姨 电压下，局部放电不呈现持续 增长的趋势，偶然出现的较高幅值脉冲可以不计入。 （4）在1.1Um/3 姨 电压下，视在电荷量的连续水 平不大于100pC。 4试验方法和试验接线 4.1试验方法 本试验采用250Hz 560kVA中频发电机组作电 源，输出电压0800V连续可调，供给三台中间变压 器（低压串联、高压并联）升压，被试变压器的容性负 载由电抗器补偿， 使中频发电机组在感性工况下运 行，防止机组发生自激，以确保设备及试验安全。 4.2试验接线 以A相为例， 变压器局部放电试验接线如图2 所示。 5试验参数估算 变压器采用250Hz电源试验时，负载性质呈容 性，为防止中频发电机组自激，出现过压现象，应将 负载性质补偿为感性无功。 被试变压器高压侧分接 开关置于1分接。 已知：被试变压器空载损耗P0=195kW，高对低 及地的绕组电容为CH=16 937pF， 低对高及地的绕 组电容为CL=55 340pF。 高、低电压比：K=15.88 单相有功损耗： P01=1.51.5（50/250）1.9（250/50）1.6195/3= 130kW 单相有功电流Ir=130/30=4.3A 考虑到该变压器高压绕组为纠结式绕组， 其纵 向电容Cz为： Cz= CH 3（l）2 =16937/27=627.3pF（其中l取3） 被试变压器高压侧被试相的容性电流为： Ihc=1570（16937/9+627.3）47610-9=1.875A 所以，被试变压器低压侧容性电流为： IC=1.515.881.875=44.66A 采用4台15kV/250kvar电抗器（两串两并）与4 台15kV/100kvar电抗器（两串两并）并联接在被试 变压器低压侧被试相两端， 用感性无功将容性无功 补偿，在30kV电压下，感性电流为： Il=（2502+1002）/15=46.66A 中间变高压侧输出电流为： ISB=I2r+（Il-IC）2姨=4.32+22姨=4.7A 5min 24s 1.7Um/3姨 5min 5min 30min 1.5Um/3姨 1.1Um/3姨 1.5Um/3姨 1.1Um/3姨 图1变压器局部放电时施加试验电压时间顺序图 Fig.1Diagram of time to apply voltage in PD test of transformer 30kV 476kV A（1） C0 MG SBLcf c a b C B O E Zm JFD E E 图2变压器局部放电试验接线 Fig.2Connection diagram for PD test of transformer M电动机320kW 400V；G250Hz中频发电机组（560kVA、 0800V连续可调）；SB中间变压器（3台400kVA、48/0.4kV 高并低串）；L补偿电抗器；Cf电容分压器；C0高压套管电 容；Zm检测阻抗；JFD局部放电检测系统。 30 吴云飞、 胡惠然： 特大型电力变压器现场局部放电测量技术研究第 4 期 发电机输出电流：IG=4.740=188A 发电机输出电压：VG=750V 6试验数据分析 以25号主变为例，高压分接位置为1，局部放 电测量结果如表1所示。 中频发电机组的试验参数如表2所示，以25号 主变为例（在1.5Um/3 姨 下测得）。 由试验数据可知， 长时感应电压及局部放电试 验通过，检测结果符合GB50150-2006、IEC60076-3 （2000）中的有关要求。 7现场抗干扰及技术措施 （1）发电机输出端并联低通滤波器，可有效地减 小发电机自身的干扰。 （2）局部放电测试系统采用隔离变压器，降低现 场的背景干扰。 （3）中间试验变压器、电抗器及绝缘支架以及分 压器连接应可靠，不能有悬浮电位，否则将带来大的 背景干扰。 （4）接地引线应保证牢固连接，必须采用绝缘地 线且一定要一点接地，不形成环形回路且不缠绕，尤 其注意高电位低场强区的地线布置。 （5）均压罩应保证与套管将军帽紧密固定，并通 过铜线将均压罩与套管将军帽上接线排连接起来， 保证两者同一电位， 防止悬浮放电对局部放电的影 响。 （6）尽量缩短局部放电测量阻抗的信号传输线 的布置长度，使测量阻抗就近接地，减小空间干扰对 测量阻抗的影响。 （7）使用金属网和波纹管对箱顶、油管上的尖端 实施屏蔽措施，防止地电位起晕对局部放电的影响， 并保证屏蔽层一点接地。 （8）试验场地周围的所有金属物件应可靠接地， 防止其悬浮放电。 （9）注意检查试验设备油位，防止其因油位过低 造成设备自身放电而影响局部放电测量结果。 （10）应该选择容量大、抗饱和能力强、灵敏度高 的检测阻抗，防止因阻抗饱和而影响局部放电测量。 （11）应该尽可能缩小试验回路，减小空间干扰 的影响。 （12）所用均压环必须选择合适，保证其在试验 电压下无电晕。 通过采取上述措施， 现场干扰被控制在较低水 平，现场局部放电试验得以顺利进行。 8试验结论 采用中频发电机组作为试验电源，具有波形好、 调压平稳和操作简单的特点。在进行现场试验时，安 全性和可靠性都比较好， 是目前为止应用最为广泛 的试验电源。经过几十台变压器试验表明，该套装置 能满足三峡右岸电站特大型变压器试验要求。 变压器的现场长时感应电压试验带局部放电测 量能对变压器的主绝缘和纵绝缘同时进行考核，是 发现变压器潜在故障的主要方法， 能有效地考核变 压器的制造质量和安装工艺。 产生局部放电的环节， 一般是在电场集中和绝 缘薄弱的部位。影响局部放电的因素很多，综合起来 主要有三点： （1）绝缘材料的材质。 （2）产品设计的绝缘结构。 （3）生产加工制造工艺。 从产生局部放电的原因和部位分析， 引起局部 放电的关键因素有四个方面： （1）导电体和非导电体的尖角毛刺。 表2中频发电机组的试验参数 Table 2Test parameters of medium-frequency generating set 发动机电流 /A 发电机电流 /A 发电机电压 /V 频率 /Hz A相358270760250 B相258175750250 C相339252750250 表1变压器局部放电测量结果 Table 1PD results of transformer 序号 试验电压 时间/min 各相放电量/pC 电压/kV倍数A相B相C相 14761.55697070 25401.7激磁时间是24s，电源频率是250Hz 34761.55697070 44761.510697061 54761.515607061 64761.520606161 74761.525606161 84761.530606161 背景干扰101010 注：根据三峡右岸电站变压器局部放电试验合同要求，当局放量 小于100pC的情况下，局部放电试验时间是30min。 （下转第40页） 31 第 4 7 卷 R圆拱半径 因模型内绕组所用的导线材料和线规与实际产 品一致， 其绕组结构和辐向尺寸与实际产品也完全 相同，相当于11尺寸，所以上式右边各项参数对于 模型内绕组和产品中压绕组均相同， 可以确认两者 的辐向临界应力相同，安全系数相近，因此模型的短 路机械力及强度与产品绕组的短路机械力及强度相 当，具有可比性。 （3）逐次加载试验电压，测量稳态电流、电感、阻 抗，在第20次施压（测量电流672.59A）后，测得钢 桶中部平均温度160， 其中开孔周围达到170， 断电后还持续升温到200， 外绕组接近开孔处局 部温度85。 考虑安全问题，停止施压，以防结构件 局部过热破坏绕组绝缘。 这应是由于结构件铁磁材 料杂散损耗发热靠对流和辐射传导到外绕组所引起 的温度升高，是稳态试验电流累积作用的结果。 （4）由表7可见，Ai0Ai3各点的振动频率为50Hz 和100Hz， 说明辐向力振动测量基本上反映了短路 电动力随电流的振荡过程， 符合短路力辐向振动频 率特性。 （5）波峰、波谷测量值大小在0.614和0.472 范围变化，与实际计算情况相吻合，结果可信。 （6）通过本次试验，积累了必要的试验数据，为 研究类似绕组短路强度问题提供了有力的技术支 撑。 （7）本试验模型的变形测量方法已申报专利。 参考文献： 1李文海.有关变压器承受短路力问题的商讨J.变压器， 2005，42（8s），8-12. 2谢毓城主编.电力变压器手册M.北京：机械工业出版社， 2003. 3李英，董振华，詹凤顺，等.特大容量变压器短路径向稳 定性的模型模拟实验J.变压器，2003，40（11）：1-7. 图15各时刻绕组对应的形变相对于基圆的相对位移 Ai2 Ai1 Ai0 Ai3 Fig.15Relative displacement of winding deformation to base circle at different time 收稿日期：2009-11-03 作者简介：孟庆民（1963-），男，辽宁沈阳人，沈阳变压器研究院教授级高级工程师，主要从事变压器设计开发工作； 陈玉红（1963-），女，吉林集安人，沈阳变压器研究院高级工程师，主要从事变压器产品开发工作； 洛君婷（1971-），女，辽宁瓦房店人，沈阳变压器研究院高级工程师，主要从事变压器设计开发工作。 （上接第31页） （2）固体绝缘的空穴和缝隙中的空气及油中的 微量气泡。 （3）在高电场下产生悬浮电位的金属物。 （4）绝缘体表面的灰尘和脏污。 参考文献： 1保定天威保变电气股份有限公司.变压器试验技术M. 北京：机械工业出版社，2000. 2马卫平.500kV型电力变压器现场局部放电试验J.高电 压技术，1995，21（1）：53-55. 3葛为民.降低大型电力变压器局部放电量的生产条件和 工艺措施J.变压器，2003，40（3）：25-28. 4关文国.减少特大型电力变压器局部放电量的措施及故 障的排除J.变压器，1999，36（5）：20-24. 5胡惠然.250Hz电源装置在大型变压器感应耐压及局部 放电测试中的应用J.华中电力，1996，9（3）：39-44. 6胡惠然.三峡工程左岸电站2号TWUM-840MVA/550kV 变压器局部放电试验J.变压器，2003，40（6）：24-26. 收稿日期：2009-03-20 作者简介：吴云飞（1978-），男，湖北宜昌人，湖北省电力试验研究院工程师，从事高电压试验技术的研究工作。 ! 40