变压器、电抗器试验内部培训

变压器试验培训,2007年7月,主讲人：李霞,进行电气试验前，首先必须关注安全，我们必须时刻贯彻 “安全第一，预防为主”的方针。,安全要求,人员资质：参加高压试验技术和安全技术知识培训并考核，取得高压试验资格证。 试验室： 接地电阻不大于4，对进行高压耐压、雷电冲击、局部放电等试验有要求的试验室，其接地电阻应小于0.5。地面平整、标志清晰、通道畅通，并具有消防通道，还应设置安全栅栏、警示牌、安全信号灯和警铃。 安全间距：试验中应确保高压引线、设备带电部分对安全栅栏的安全距离大于下表1和表2。,人体对电流的反映: 810mA 手摆脱电极已感到困难,有剧痛感(手指关节) 2025mA 手迅速麻痹,不能自动摆脱电极,呼吸困难 5080mA 呼吸困难,心房开始震颤 90100mA 呼吸麻痹,三秒钟后心脏开始麻痹,停止跳动,表1 交流和直流试验安全距离,表2 冲击试验(峰值)安全距离,接地保护：接地线采用多股编织裸铜线，截面一般不小于4mm2，接地线必须先接接地端，再接导体端，拆除接地线的顺序相反。 监护： 高压试验必须至少2人，一人进行操作，另一人进行监护。 放电： 对产品进行高压试验后，必须对试品进行放电，接地放电棒总长度不小于1000mm，其中绝缘部分700mm，握手部分300mm。放电时间一般不短于5min，对大电容量试品，一次放电可能不充分，要经过多次放电后人员才能接触设备，放电后放电操作棒直接挂在试品上，再次试验时才取下。 爬高： 一般爬高超过2.5m人员需配安全帽，并尽量采用安全吊索。,磁场及磁路基本理论,在永久磁体和通电导体的周围均有磁场存在。磁场对电流(或运动电荷)有作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。,我们用磁力线来描述磁场。磁力线的密度就反映了磁场的大小。,1.磁通,一 、磁路的基本物理量 ,磁通 的单位:韦伯(Wb),实用中还用电磁制单位麦克斯韦(简称麦，Mx）作为磁通的单位。它们之间的关系是: 1 Mx=10-8 Wb,磁通 ：穿过垂直于磁场方向的面积 A中的磁力线 总数。,A,2.磁感应强度,磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。,磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。,工程中常用到一个较小的单位Gs(高斯）来表示磁感应强度。 1 Gs=10-4T,真空的磁导率为常数，用 0表示，有：,3. 磁导率,磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。,相对磁导率 r：任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。,磁导率 的单位：亨/米（H/m）,自然界的所有物质可根据磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料两大类。,非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1； 磁性材料的相对磁导率则很大。,4. 磁场强度,磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质磁导率 之比。,磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)。,环形线圈半径为R的闭合回线上各点的磁场强度H为,上两式表明，磁场强度的大小只决定于励磁电流、导线的几何形状、匝数及位置，而与磁介质的性质无关。,磁场强度H是矢量。,通电长直导线周围点A的磁场强度H为,二、磁路欧姆定律,在电气设备中，为了增强磁场，常把线圈绕在铁心上， 当线圈通电后产生很强的磁场。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。,1.磁路,直流电机的磁路,交流接触器的磁路,I,N,磁通,单相变压器磁路,2.磁动势,要使磁路中建立一定大小的磁通，就必须在具有一定匝数N的线圈中，通入一定大小的电流I 。实验证明，增大电流I或增大线圈匝数N，都可以同样达到增大磁通的目的。 可见，NI乃是建立磁通的根源。,定义：F=NI 称作磁路的磁动势，简称磁势。,磁势的单位：安（A）。,3.磁路欧姆定律,（1） 磁阻,如果把相同的磁动势加到不同的磁路中去，获得的磁通也不相同。这说明磁通除了与磁动势有关外， 还与组成磁路的物质及尺寸有关。这里我们引出一个磁阻的概念。,磁阻RM ：磁路对磁动势建立磁通所呈现的阻力。,其中： l 磁路的长度（m）； A磁路的截面积（m2）； 磁路材料的磁导率。,磁路的磁阻大小与构成磁路的材料性质及几何尺寸有关，即,单位：1（亨-1),（2）磁路欧姆定律,若某磁路的磁通为，磁动势为F ，磁阻为Rm，则,此即磁路的欧姆定律。它表明在磁路中，磁通与磁动势F成正比，与磁阻RM成反比。,用大的材料构成的磁路具有较小的磁阻, 在同样大的磁动势作用下，就能产生较大的磁通。,（3） 均匀磁路和不均匀磁路,下图就是单相变压器的一种磁路。它由同一种材料组成，且各段铁心的横截面 积相等，这种磁路称为均匀磁路。计算这种磁路时，=NI/RM，其中RM为均匀磁路的磁阻。 ,I,N匝,如下图，假若磁路中有一很短的空气隙，于是磁路就由铁心和空气隙两种物质组成， 这种磁路称为不均匀磁路。计算不均匀磁路时，先将磁路分段:铁心部分和空气隙部 分各成为一段磁路，这两段磁路的磁阻分别是RM铁、RM气。若用磁路欧姆定律表示， 则有,I,LO,RM气为气隙磁阻，它比铁心磁阻大很多倍。显然，要在此磁路中产生和均匀磁路中相同的磁通， 则需要很大的磁动势。,当线圈中通过变化的电流i时, 在铁心中穿过的磁通也是变化的。由于构成 磁路的铁心是导体，于是在铁心中将产生感应电动势和感应电流。由于这 种感应电流是一种自成闭合回路的环流，故称为涡流。,4. 涡流,在电机和电器铁心中的涡流是有害的。 因为它不仅消耗电能，使电气设备效率降低，而且涡流损耗转变为热量，使设备温度升高，严重时将影响设备正常运行。在这种情 况下， 要尽量减小涡流。 ,减少涡流损耗措施：,提高铁心的电阻率,铁心用彼此绝缘的钢片叠成,一般铁心间的绝缘电阻为60105cm2，在铁心表面涂0.0150.02mm的无机磷化膜就可以满足要求,把涡流限制在较小的截面内。,涡流虽然在很多电器中会引起不良后果，但在另一些场合下， 人们却利用涡流为生产、生活服务。例如工业上利用涡流产生 热量来熔化金属，日常生活中的电磁灶也是利用涡流的原理制 成的，它给人们的生活带来很大的便利。,变压器磁路及工作原理,1. 变压器的空载运行（变压作用）,一次侧接交流电源，二次侧开路。,空载时，铁心中主磁通是由一次绕组磁势产生的。,电压变换（设加正弦交流电压）,有效值:,同 理：,主磁通按正弦规律变化，设为 则,(1) 一次、二次侧主磁通感应电动势,(2) 一次、二次侧电压,变压器一次侧：,对二次侧，变压器空载时:,结论：当输入电压U1不变时，改变匝数比，就能改变输出电压U2。,式中U20为变压器空载电压。,故有,K1，是降压变压器；K1，是升压变压器。,2. 变压器的负载运行（变流作用）,一次侧接交流电源，二次侧接负载。,有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁势共同产生的合成磁通。,可见，铁心中主磁通的最大值m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有,由上式，若U1、 f 不变，则 m 基本不变，近于常数。,空载：,负载：,一次、二次侧电流关系:,或：,1.提供产生m的磁势,磁势平衡式：,空载磁势,负载磁势,或,结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。,上式表明，在不考虑变压器本身损耗的理想状态下，变压器原绕组输入的功率等于副绕组输出的功率。 这也说明变压器是一种把电能转换为“高压小电流”或“低压大电流”的电器设备，起着传递能量的作用。 ,3.变压器的阻抗变换作用,由图可知：,结论： 变压器一次侧的等效阻抗为二次侧所带负载的阻抗的K 2 倍。,4.三相变压器磁路：,三相磁路彼此无关的三个单 相变压器组成的三相变压器 组,三相磁路彼此相关的三相变 压器，由于三相主磁通对称，这时表明 中间铁心柱所通过磁通为零， 可将中间铁心柱去掉，并逐 渐将三相铁心布置在同一平 面内。,概述,试验目的：获取产品性能数据，判断产品合格与否，同时为设计和用户提供第一手素材供改进和使用。 试验分类：工序试验、成品试验、产品组件试验 成品试验分类：例行试验：每台产品出厂前必须进行的试验。型式试验：新设计的结构或采用新材料、新工艺，可能 使产品某方面性能受到影响时而进行验证的试验。,特殊试验：标准中规定的其他一些试验，要求测定某些特定数据，这些试验项目中的某些测试方法和技术要求由制造厂家和用户共同商定，某些项目标准并不规定限定值。其他试验：不在标准要求范围之内，为验证设计某些性能或用户某些特殊要求而进行的试验。 试验依据：国际标准、国家标准、部颁标准或行业标准、企业标准、用户技术要求等,变压器的试验,试验相关标准：GB1094.1-1996 电力变压器 第1部分 总则GB1094.2-1996 电力变压器 第2部分 温升GB1094.3-2003 电力变压器 第3部分 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙 GB/T1094.4-2005 电力变压器 第4部分 电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则 GB1094.5-2003 电力变压器 第5部分 承受短路的能力GB/T1094.10-2003电力变压器 第10部分 声级测定GB6450-1986 干式电力变压器GB/T6451-1999 三相油浸式电力变压器技术参数和要求GB/T10228-1997 干式电力变压器技术参数和要求JB/T 10088-2004 6kV500kV级电力变压器声级 JB/T10693-2007 城市轨道交通用干式牵引整流变压器(2007年7月1日起实施) JB/T 501-2006 电力变压器试验导则 IEC 60076-11:2004 干式变压器,试验前的准备：,1.环境条件是否满足试验要求,2.试验仪器设备是否完好并在校准期内,3.安全措施是否完好,4.指定试验负责人和监护人,例行试验项目,1.绕组电阻测量 2.电压比测量和电压矢量关系校定 3.绝缘电阻测量 4.外施耐压试验 5.感应耐压试验 6.空载电流和空载损耗测量 7.短路阻抗和负载损耗测量 8.局部放电测量 9.分接开关试验(根据产品是否装配进行),每台产品出厂前都要进行的试验项目,型式试验项目,1.温升试验 2.雷电冲击试验,特殊试验项目,1.声级测量 2.短路承受能力试验 3.三相变压器的零序阻抗 4.空载电流的谐波测量,国标GB6450规定，型式试验报告有效期五年,IEC60076-11:2004规定的三项特殊试验,1.气候试验（C1、C2） 2.环境试验（E1、E2） 3.燃烧试验（F1）,新国标还未颁布，但国内已有 部分厂家开始实施该三项试验,又称热冲击试验,变压器例行试验,1.绕组电阻测量,目的是为了判别： 导线焊接或连接是否良好； 导线规格、电阻率是否符合要求； 各相电阻是否平衡； 为温升试验提供依据。,干变：对2500kVA及以下的配电变压器，其不平衡率相为4，线为2；630kVA及以上电力变压器，其不平衡率相(有中性点引出时)为2，线(无中性点引出时)为2。,油变：对1600kVA及以下的变压器，其不平衡率相为4，线为2；2000kVA及以上变压器，其不平衡率相(有中性点引出时)为2，线(无中性点引出时)为1。,1.1 直流压降法,欧姆定律R=U/I原理，直观简单,注意：测试时，先合上电流回路，待电流稳定后再合上电压表；测试结束时，先分电压表，再分电流回路。,测量小电阻接线图,测量大电阻接线图,缺点：准确度不高，灵敏度低,1.2 电桥法,1.2.1单臂电桥(惠司登电桥),单臂电桥原理图,Rx=R*R1/R2,其中：R1/R2为比例臂，一般测试大于10电阻,1.2.2双臂电桥(凯尔文电桥),双臂电桥原理图,Rx=R*R1/R2,双臂电桥分开使用电流引线和电压引线，使通过电流引线和接触电阻的压降不引入桥内，消除了接触电阻和引线的影响，对小电阻测量准确度更高。,1.3变压器感性电阻速测欧姆计,采用电子技术和微处理器技术，测试电流可高达50A，使得测试过程更 加准确、简单、可靠。,成品变压器应在各端子间测量电阻：三相变压器Y接无中性点引出应测量其线电阻；如有中性点引出应测量其相电阻；对于中性点引线电阻所占比例较大的yn连接且低压为400V配电变压器，应测试其线电阻及中性点对一个线端电阻；D联结的绕组，为开口三角形并引出端子的测试相电阻，无端子引出的封闭三角形测试线电阻。,三相电阻的不平衡率是以三相电阻的最大值与最小值之差为分子，三相电阻平均值为分母进行计算,1.4缩短电阻测量的方法,1.4.1恒流源法,此法不能改变电路时间常数L/R，但采用恒流源后，为达到同一稳定电流的时间可以缩短。,恒流源法原理图,1.4.2减少时间常数法,由于过渡过程的时间常数为L/R，增大电阻可减小，从而缩短测试时间，这就要求直流电阻测试设备的电源电压相当高。,减少时间常数法原理图,1.4.3非被测绕组短路去磁法,在测量某相绕组电阻时，同一铁心柱的非被测相进行短路可使测试时 间缩短，这主要是利用非被测相绕组短路电流的去磁作用，相当于减 少了测试相绕组的电感。,非被测绕组短路去磁法,1.4.4绕组串联法,在测试匝数较少的低压电阻时，如测试时间较长，可将高压绕组串入 测试回路，并保持两个绕组对铁心的励磁方向相同，这对铁心快速达 到饱和是极其有利的，从而减少铁心的电感，以缩短测试时间。,绕组串联法,1.4.5感应电动势法,利用另一侧的感应电势的过渡过程与测量侧的一致性，通过平衡原 理可将测量侧的过渡过程通过另一侧感应电势相抵消，从而得出测 量侧的被测电阻。U1U2WH/WL=iR,感应电动势法,式中：U1为测量侧电压，U2为感应电势，WH高压绕组匝数，WL为低压绕组匝数，i为测量侧电流。,测电阻时需注意几点：,环境温度的记录进行电阻测量时，变压器应置于空气流动性不大并且温度相对稳定的场所，干变取绕组表面不少于三点温度的平均值作为环境温度，油变应在油温稳定后，向油温座内注入至少2/3深度的变压器油并插入温度计得到绕组温度，对大型变压器绕组温度应取油平均温度。 铁心为五柱式的变压器因磁路关系较复杂，测试直流电阻时应采用助磁法，缩短测量时间，试验后应注意消磁。 由于直流电阻测量要对感性绕组充电，每次试验完成后必须对测量回路充分放电后才能进行后续操作。 测量电阻时，无励磁分接开关应使定位装置进入指定位置，有载分接应采用电动操作。 当三相线电阻不平衡率小于1时，线电阻和相电阻按下式：Y形联结D形联结 当三相线电阻不平衡率大于1时，线电阻和相电阻按下式：,Y形联结 D形联结 (a-y、b-z、c-x),2.电压比测量和电压矢量关系校定,目的： 检查绕组匝数与绕向是否符合图样技术要求； 检查各分接引线与分接开关连接是否正确； 产品联结方式及标识是否符合技术要求； 产品并联运行必要条件。,主分接：（1）规定电压比的0.5；（2）实际阻抗百分数的1/10。取（1）和（2）中低者。 其他分接：按协议，但不低于（1）和（2）中较小者。,2.1双电压表法,属传统方法，使用两台准确度不低于0.2级的电压表和准确度不低于0.1级 的电压互感器进行测试。测量较为繁琐，准确度不高，现较少采用。,2.2变比电桥法,2.2.1电阻式变比电桥,依据电阻线路，使被测变压器T的一次侧和二次侧电压和两个电阻组成电 桥，当指零仪表G指示中没有电流通过时，电桥平衡，一次侧电压和二次 侧电压之比等于电阻之比。电阻式电压比电桥工作在交流50Hz，所以其 电阻元件均要求是无感电阻。此外对电桥的各个旋钮的质量要求比较高， 要求其接触电阻在各种工作条件下，接触电阻值稳定不变。,电阻式变比电桥法,2.2.2感应式变比电桥,由标准PT电压比得出，易于制成全自动电桥。,感应式变比电桥法,变比测量均为单相测量，因为对同一铁心柱施加电压， 在该铁心柱上的电压和匝数是成正比的，使用三相电源 时，电源可能不对称，测出的结果将有很大偏差。,电阻电桥的准确度要求不低于0.1级。,示例：,Dyn11变压器的变比测试。 UAB/Uab，短接高压侧A、C，则U1kW1，U2k W2 式中： U1、 U2分别为高、低压额定电压；W1、 W2分别是高低压匝数。 则实测电压比,Dyn11变压器接线图,2. 3变压器的联结组,2.3.1绕组的绕向绕组相对铁心柱的旋转方向有左绕向和右绕向。绕向不同时，其中通过电流时产生的磁场方向不同；当磁场变化时，绕组中感应的电动势的方向不同。绕组的绕向是由起始绕线头确定的，饼式绕组从最上一饼出头看，导线按逆时针方向缠绕的是左绕向，导线按顺时针方向缠绕的是右绕向。同一绕向的绕组中，其感应电动势的方向是相同的。,绕组的绕向决定了绕组间的向量关系，是判断变压器联结组的基本条件,2.3.2联结组标号,三相变压器的三个相绕组或组成三相组的三台单相变压器同一电压的 绕组可以联结成星形、三角形或曲折形。联结成星形、三角形或曲折 形时，对高压绕组用大写字母Y、D或Z表示；对中压或低压绕组用同 一字母的小写形式y、d或z表示；对有中性点引出的星形或曲折形联结 用YN(yn)或ZN(zn)表示。 国际上通行采用时钟法表示变压器的联结组。,几种典型的变压器联结组,进行联结组标号检定的方法较多，可以采用双电压表法、直流法、相位表法、示波图法和交流电桥法，现多采用交流电桥法。,3.绝缘电阻测量,目的： 确定绝缘状态，发现产品缺陷； 绝缘强度试验的预判定；,35kV及以下变压器的绝缘电阻在标准中并未规定，但一般不低于左图限值。,绝缘材料在直流电场作用下，一般呈现出三种电流，即位移电流、吸收电 流、泄漏电流。而位移电流是绝缘材料电容充电时的电流，在极短时间内 衰减；吸收电流是绝缘介质在电场下极化产生的电流，它也随时间衰减， 但较慢；泄漏电流是绝缘介质内部或表面带电粒子的传导电流，它不随时 间而变化。,绝缘材料的电流时间特性,因此测试绝缘电阻必须当绝缘 介质的电流衰减到泄漏电流时， 绝缘电阻才能稳定。,使用手摇式绝缘电阻表，需保持 手摇速度在120转/分时测得的绝 缘电阻值，试验后注意放电。,4.工频耐压试验,目的： 考核绕组对地和绕组之间的主绝缘强度,试验时，变压器的被试绕组及其引线和与它 相连的元件(如开关等)均承受同一试验电压， 非被试绕组及夹件、外壳等则接地。对全绝 缘变压器(绕组首末端绝缘水平相同)，产品 首末端工频耐压值相同。,不同运行电压下干式变压器绕组的额定耐受电压(kV),外施工频耐压试验时，被试相和地之间只流过电容电流和绝缘介质中的泄 漏电流，对绝缘性能良好的产品，其泄漏电流可忽略不计，因此被测产品 相当于一个纯电容元件。,容升效应,在某些情况下，在试品侧的电压可能会高 于施加侧的电源电压，这时需注意监视实 际在试品两端的电压值。,容升效应原理图,外施耐压试验时，试验电压应从小于1/3的规定电压开始，与测量相配合尽 快增加到试验值，维持电压恒定持续60s，试验结束，应迅速降低电压至规 定值的1/3以下，再切断电源。,试验方法：,应测量电压的峰值，试 验电压值应是测量电压 的峰值除以 。,试验电压测量一般采用电容 分压器配合峰值电压表测量， 准确度不低于3级,合格判定准则：,试验过程中，电压不突然下降、电流指示不摆动、没有放电声，试验合格； 如有轻微放电声，在重复试验中消失，也视为合格；如果放电声较大，需 检查并采取必要措施，根据放电部位决定是否复试。,当变压器在海拔为10003000m之间运行，但试验却在 正常海拔地点进行时，则其额定短时工频耐受电压值按 安装地点超过1000m的部分以每500m为一级增加6.25。,GB6450规定：,IEC60076-11规定：,当变压器在海拔为10003000m之间运行，但试验却在 正常海拔地点进行时，则其额定短时工频耐受电压值按 安装地点超过1000m的部分以每100m为一级增加1的方 式提高。,5.空载损耗及空载电流测量,目的： 验证铁心设计计算、工艺制造的正确性， 并检查铁心中是否存在缺陷。 同时也可判断产品是否存在匝间短路。,空载损耗包括铁心的磁滞损 耗、涡流损耗和附加损耗。,国家标准规定： 空载损耗允许偏差15 空载电流允许偏差+30%,试验方法：,从试品的一侧(一般为低压绕组)施加额定频率的额定电压，其余绕 组开路，使铁心中产生额定磁通，此时测得的损耗即为空载损耗。,空载试验时，需测量电压的有效值、平均值和频 率，施加电压以平均值(方均根值刻度)为准。,测试平均值和有效 值的目的，主要是 确保电压波形为正 弦波。,如平均值电压表(有效值刻度)与有效值电压表 读数偏差小于3以内，按下式进行折算：,如平均值电压表读数和有效值 电压表读数偏差大于3，需与 用户协商试验结果的有效性。,沈变所对干变产品不同性能水平代号空、负损的确定,沈变所同时强调：对于9、10型的变压器，其 空、负损不得有正偏差，否则不予型号注册。,JB/T3837-1996标准对油变产品不同性能水平代号空、负损的确定 (变压器类产品型号编制办法),表A S9-301600/6、10配电变压器产品性能参数表,进行空载损耗的几种测试线路: (只针对三相产品),1.三相三线、双瓦特表法、无PT,空载损耗测量线路1,2.三相三线、双瓦特表法、带PT,空载损耗测量线路2,3.三相三线、三瓦特表法、带PT,空载损耗测量线路3,空载损耗测量应注意的几个问题：,1.所用电流及电压互感器的精度应不低于0.2级，所用仪表的精度应不低于0.5级。功率测量应采用小于0.2的低功率因数的功率表(计)。 2.当试验电压三相不对称度小于2时，可以三个线电压的算术平均值或ac间的线电压为准施加电压，测量空载数据。如三相电压不对称度大于2但不超过5，可分别以ab、bc、ca为准施加电压，试验数据取三次试验的算术平均值。,6.短路阻抗及负载损耗测量,目的： 验证绕组设计计算，测试产品短路阻抗，为 产品并联运行及抗短路能力提供依据。,国家标准规定： 负载损耗允许偏差15 总损耗允许偏差10,试验方法：,从试品的一个绕组施加额定频率且近似正弦的电流，另一绕组短路， 各相处于同一分接位置。且施加的电流应在50100额定电流 下，为减少绕组发热产生的影响，测量过程应尽快。 测试同时准确记录绕组温度。,负载试验应在额定分接进行，如调压范围超 过5，还应测试两个极限分接数据。,负载损耗是绕组通过额定电流时所产生的损耗， 测量时应以三相电流的平均值为准。,负载损耗测量线路(典型),负载损耗及短路阻抗的计算：,负载损耗：,式中： PkT-参考温度下的负载损耗 Pkt-绕组试验温度下的负载损耗 Kt-电阻温度换算系数-t 时被测一对绕组的电阻损耗,三相变压器一对绕组的电阻损耗应为两绕组电阻损耗之和： Y接绕组 D接绕组,额定电流,线电阻,相电阻,短路阻抗是在额定频率和参考温度下，一对绕组中某一绕组端子之间的等 效串联阻抗；其百分数等于短路电压与额定电压之比。测试温度下的短路阻抗按标准需折算至参考温度下的短路阻抗，如下：式中：Pkt-测试温度下的负载损耗，单位WSr -额定容量，单位kVAKt -电阻温度换算系数,短路阻抗：,参考温度下短路阻抗的计算过程：,短路阻抗由阻性分量和感性分量组成，如下式：其中：Pkt单位为W，Sr单位为kVA，故：代入上式：,不同耐热等级绝缘的参考温度,A,绝缘耐热等级,绝缘系统温度(),105,E,120,B,130,F,155,H,180,C,220,对应的温升(K),60,75,80,100,125,150,在进行负载折算时，参考温度为上表中 的线圈最高温升值再加上20K，如干变为F级绝缘，其参考温度为10020 120。,7.感应耐压试验,目的： 验证变压器绕组相间、绕组纵绝缘(匝间、层间、段 间)的耐受电压强度。,由于进行感应试验的电压为变压 器额定电压的两倍，如不提高测 试电源的频率，变压器铁心将严 重饱和，并可能不能施加到2倍额 定电压，因此，感应试验频率一 般要大于额定频率。,当试验频率等于或小于2倍额定频率时，试 验时间为60s，如试验频率超过2倍额定频 率，试验持续时间如下：,额定频率,试验频率,如果试验频率超过400Hz，持续时间 应不小于15s。,感应耐压试验线路(全绝缘),试验电压的测量应使用峰值表， 电压值应用峰值除以 。,合格判定准则：,试验过程中，电压不突然下降、电流指示不摆动、 没有放电声，试验合格。,8.局部放电试验,目的： 验证变压器电场强度设计、结构、制作、浇注工艺水平是 否正常，考核变压器是否能在长期工作电压下正常运行。,对于任何一种绝缘结构，包括变压器的 绝缘结构，内部存在气泡(气隙)、杂质 等是不可避免的，在同一电场下，介电 常数小的气泡、杂质承受更高的电场强 度，因此，理论上，当外施电压达到某 一定值时，这些部位往往首先发生放电， 这就是局部放电。,局部放电测量应在全部绝缘试验完毕后进行。,变压器在长期的运行过程中，其内部绝缘的某些薄弱部位在高场强作用下会发生局部放电，虽然短时放电量较小，但由于长时间的存在，局部放电附近的绝缘材料性能会下降，最终甚至造成产品绝缘体系的击穿。测定变压器在某一规定电压下的局部放电量以及测定变压器局部放电的起始电压和熄灭电压，对评估干式变压器产品的设计结构和制造质量十分重要。在浇注式干式变压器产品中，由于绝缘材料为固体结构，局部放电量的大小对产品的运行寿命产生非常直接的影响，因此控制干式变压器产品的局部放电量在较小水平是生产企业和用户的普遍共识。,局放产生的 原因,所采用的绝缘材料本身存在局部缺陷； 绝缘结构中混入了气泡、水分或各种杂质； 绝缘结构中存在某些电气连接不良； 绝缘结构中个别区域电场强度过高；,注意,电晕也是局部放电，这可通过改善导体外部形状、绝缘包裹、设置屏蔽等措施解决，,1局部放电发生的机理,局部放电是指高压电器中的绝缘介质在高电场强度的作用下，发生在电极之间但并未贯通的放电。这种放电可在导体附近发生，也可能不在导体附近发生，它可以产生在固体绝缘的空穴中或不同介质特性绝缘的分界面上。,试品局部放电等效回路,变压器中不同电位的两个导体(如一个线圈的相邻两匝)，都可以看作一个电容Ca，当它内部某点发生局部放电时，可用左图所示等效电路来分析。图中C1为放电部分(如气泡)的电容，C2为与放电部分串联部分的电容，C3为其他部分的电容，总电容为Ca。当C1放电时，因为放电电弧有一定电阻R，C1相当通过电阻R被短路，其等效回路为左图，C1放电后相当于开关S闭合，C1两端的电压将从放电电压Ug下降到熄灭电压Ur，C1中放电的电荷为q1，这就引起C2和C3上电荷量的重新分配，使Ca上产生一个电压降U，C1放电,时，放电总电容C1应为,一次脉冲放出的电荷 q=(Ug-Ur)C1 (8-1) 由于绝缘材料中气泡或缺陷较小，电容C3C2C1，当熄灭 电压Ur=0时qUgC1C1中C2、C3串联再与C1并联，当C1上电压变动Ug-Ur， C3上的电压变动应为 ，故Ca上的电压降 (8-2) 由式(8-1)和式(8-2)可得 (8-3),试品局部放电时的电压和电流波形图,对应总电容Ca上的电荷变化为Q，则,(8-4),由式(8-3)和式(8-4)可得：,在实际中，U和Ca都是可以测得的，因此Q 是可以求得的，但式(8-1)中的Ug-Ur和C1都是 无法测得的，因而q是无法求得的。q是真 实放电量，Q是视在放电量。,视在放电量是指若把它同时 注入试品两端，它将在测量 仪器上产生和局放本身所产 生的相同的读数，局放是用 一个标准方波电压注入试品 所获得测量信号与实际放电 产生的信号相比来计量的。,注意：,电桥平衡测量回路要求Cx和Ck的电容量和介质损耗完全相等时，电桥才能完全平衡，才能消除掉各种频率的干扰，如果不等，则只能消除掉某一种频率的干扰。,局部放电测量回路和方法：,单相变压器局部放电试验的基本测量电路,三相变压器局部放电试验的基本测量电路,对局部放电检测设备的要求：,方波发生器q=CoUo方波陡度应0.1s ，方波电压Uo通常为250V，校准电容Co一般为：10pFCo0.1Ca(试品电容)，对于油浸变，Co可取50100pF，方波发生器接线应尽量短，校正脉冲的重复频率数量级为励磁电压频率的2倍或以上。 耦合电容Ck耦合电容要求为无晕的，其电容量Ck10Co，我公司局放耦合电容的电容量为1000pF。 低通滤波器在100kHz400kHz衰减要达到5060dB。 测试引线、屏蔽线(管)应确保在试验电压下的最大场强1.5MV/m。,局放回路的校准：,为了根据指示仪器(局放仪)上的读数计算出被试品上放电量的大小， 必须进行刻度系数校准。刻度系数是指示仪器上单位刻度所代表的 被试品上的视在放电电荷量。,C0-方波校正用电容 U0-方波电压 H-仪器上显示的刻度,试验方法和判断标准：,1/3Ur,1.5Um,1.1Um,1/3Ur,30s,3min,局放测试时施加电压的时间顺序,图中：Ur为产品额定电压,注意：,在电压上升至1.5Um和从1.5Um下降过程中，可能出现局部放电的起始电压和局部放电的熄灭电压，应于记录。,如果符合下列情况，则局放试验合格： 试验电压不出现突然下降； 在预加降至测量的5min内，局放量在规定的要求内； 局部放电量无明显上升趋势；,干式变压器：,一般在低压绕组励磁，采用对称方式加压并逐相进行测量，为防止电晕干 扰，非励磁高压绕组出线端子应采用防电晕措施。,GB6450-1986规定：,如三相绕组采用Y接并且中 性点经小阻抗或直接接地， 测量时可将中性点接地，三 相同时测量；如采用Y接但 中性点不接地或通过大阻抗 接地，试验时应将另一个线 路端子接地，每相进行两次 局放测试，共需进行6次局 放测试。施加的预加电压为 1.5Um历时30s，测量电压为 1.1Um历时3min。,IEC60076-11:2004规定：,对三相变压器，可采用三相 耦合电容，三相局放同时测 量。施加的预加电压为1.8Ur 历时30s，测量电压为1.3Ur 历时3min。,油浸式变压器：,ACSD试验方法和判断标准：,1/3U2,局放测试时施加电压的时间顺序,图中：U2为局放测试电压1.3Um(相间电压)，相对地电压为1.3Um/ 。,注意：,在电压上升至1.3Um和从1.3Um下降过程中，可能出现局部放电的起始电压和局部放电的熄灭电压，应于记录，测试过程中的背景局放小于100pC。,如果符合下列情况，则局放试验合格： 试验电压不出现突然下降； 在U2下的第二个5min期间，所有测量端子上的视在电荷量的连续水平不超过300pC； 局部放电量无持续上升趋势； 在1.1 Um/ 下的视在电荷量的连续水平不超过100pC。,对于Um =72.5kV且额定容量为10000kVA及以上和Um 72.5kV的变压器，为验证变压器在运行条件下无局部放电，应测试变压器的局部放电。 对于全绝缘三相变压器只进行相间局部放电试验，对于分级绝缘三相变压器应进行相对地和相间局部放电试验。 试验分两类：短时感应耐压带局部放电测试(ACSD)；长时感应耐压试验带局部放电测试(ACLD).,ACLD试验方法和判断标准：,1.1Um/,U2,U1,1.1Um/,1/3U2,5min,5min,B,5min,1/3U2,U2,A,局放测试时施加电压的时间顺序 上图中：A为规定试验时间(200Hz频率下试验时间为30s)， B 60min(对于Um 300kV)，B 30min(对于Um300kV)，U11.7Um/ ，U21.5Um/,注意：,在电压上升至U2和从U2下降过程中，可能出现局部放电的起始电压和局部放电的熄灭电压，应于记录，测试过程中的背景局放小于100pC。,如果符合下列情况，则局放试验合格： 试验电压不出现突然下降； 在U2下的长时试验期间，局部放电量的连续水平不超过500pC； 在U2下，局部放电不呈现持续增加的趋势，偶然出现的较高幅值脉冲可以不计入； 在1.1 Um/ 下的视在电荷量的连续水平不超过100pC。,对于Um=72.5kV、10000kVA及以上和72.5Um170kV的变压器，ACSD为例行试验、ACLD为特殊试验；对于170Um300kV 和Um 300kV的变压器，ACSD为特殊试验、ACLD为例行试验。,局放定位与干扰排除：,0,典型的绝缘内部放电波形,高压端电晕放电波形 只在负半周出现，幅值相同，间距相等，试验电压增加时，根数增加，幅值不变,270,180,0,低压端电晕放电波形,靠近高压侧的绝缘内部放电波形,靠近低压侧的绝缘内部放电波形,90,180,0,270,电接触噪音,局放测试时干扰及防止措施：,1.高压试验线路中的电晕放电防止措施：1)采用足够直径的高压连线，可考虑采用蛇皮管；2)在连线转弯处或突出尖锐部分加金属球或双环状的屏蔽罩；3)采用局放仪器上的开窗功能避开电晕放电波形。 2.电源侧干扰防止措施：1)采用隔离变压器和低通滤波器；2)减少接地回路长度，确保接地良好。 3.高压电气连接中的放电防止措施：确保高压连线不存在接触不良现象，确保试区内不存在悬浮电位的金属物体。 4.空间电磁波干扰防止措施：1)采取屏蔽措施，如建屏蔽实验室；2)对空间固定干扰可开窗滤除；3)采用桥式平衡电路。,防止测试引线和屏蔽线(管、罩、环)发生电晕的计算：,前面在要求局放测试设备时已对测试引线和屏蔽环的最高场强进行了要求， 规定：Emax1.5MV/m，下面对高压导线和屏蔽环放电晕的措施进行计算： 1.高压测试引线的场强计算公式：2.屏蔽罩(一般设计成馒头形，其上部为半球形，下部为单环形)的场强计算公式：3.屏蔽双环的场强计算可采用圆环对平板电极的场强计算公式：,式中 U-局部放电试验电压(MV)r-放晕导线半径(m)d-放晕导线距地面的距离(m),式中 r-球的半径(m)d-球距地面的距离(m),式中 r-单环小圆半径(m)R-双环中心线与单环小圆中心线的距离(m),9.有载开关试验,目的： 在公司内的有载开关试验主要是验证开关的操控性 能、绝缘水平及配合可靠性，以验证该有载开关符 合与相应变压器配套工作的要求。,有载分接开关包含分接选择器和切换开关，对于 小容量产品，一般分接选择器和切换开关为组合 结构，体积较小，高电压大容量产品才采用分开 式结构。,有载分接开关按结构形式可分为组合式和复合式两大类。组合式开关由分接选择器和切换开关组合而成，分接选择器动触头是在无负载下选择分接头之后，切换开关触头把负载电流转换到已选的另一分接头上。真空开关属于组合式开关，切换开关触头使用真空开关管。目前用于干式变压器的真空开关有10kV的柜式开关（10kV配电变用），如图9-1所示,35kV的德国MR开关（35kV电力变和配电变用），如图9-2所示,图9-1 10kV带柜式开关一体化产品,图9-2 带MR开关的有载16000kVA产品,复合式开关把分接选择器和切换开关的功能结合在一起，其触头是在 带负荷下选择分接头。此时电动机构既可以完全独立，也可以与分接开 关结合一体。空气开关属于复合式开关，以空气作绝缘和灭弧介质，空 气开关主要用于10kV配电变，如图9-3所示。,图9-3 10kV空气开关,图3-39 有载分接开关电路 (a)组合式分接开关 (b)复合式分接开关,有载分接开关工作原理：,干式变压器有载分接开关的分接选择器在进行分接选择时无电流通过，在 过渡过程中，分接绕组上电压产生的循环电流通过过渡电阻形成回路，真 空灭弧室主要承担分断或闭合回路时产生的电弧。过程原理图如下：,有载分接开关公司内试验：,一般性检查(外观检查、型号铭牌技术参数核对等)； 导电回路电阻测量(要求包括触头接触电阻350 )； 动作顺序试验(符合技术要求的动作顺序)； 继续运转试验(在不带电情况下进行10次以上完整操作循环)； 绝缘强度试验(相间及相对地)真空泡工频耐压3kV，1min。 电动机构试验用模拟箱对控制线路的过流保护、相序保护、断相保护、极限保护、同步保护和逐级控制保护功能进行试验。通电切换1500次。,自动控制器试验手动、自动动作可靠，档位指示清晰正确，仪表指示正确，电压显示（误差2V）。,变压器装配完成后，有载分接开关配套试验：,变压器不励磁，完成八个操作循环； 变压器不励磁，且操作电压降到额定电压的85时，完成一个操作循环； 变压器在额定频率、额定电压下空载励磁时，完成一个操作循环； 将变压器的一个绕组短路，并尽可能使分接绕组中的电流达到额定值，在粗调选择器或极性选择器操作位置处或中间分接每一侧的两个分接范围内，完成10次分接变换操作。,变压器型式试验,1.温升试验,目的： 验证变压器在标称工作状态下，主体所产生的损耗与散热装 置热平衡的温度是否符合有关标准的规定，并验证产品结构 的合理性，发现产品是否存在局部过热现象。,国标GB6450规定：变压器型式试验报告有效期五年,变压器各部位的温升限值是变压器的特性参数之一， 变压器应承受规定条件下的温升试验。,变压器分接范围在5%内，只需在额定分接进行温升试验，超出5%的变压器一般应在最大电流分接进行试验。,为较高的环境温度或为特殊空气冷却条件而设计的 变压器的温升降低值,温升试验标准的制订与变压器产品所使用的绝缘材料直接 相关，温升水平也由产品中所使用的耐热等级最低的绝缘 材料决定。,当冷却空气温度超过干式变压器许可最高环境温度等于或 小于5K时，绕组温升应降低5K；当冷却空气温度超过干 式变压器许可最高环境温度大于5K但等于、小于10K时， 绕组温升应降低10K。,为高海拔设计的变压器的温升降低值,变压器产品安装地点海拔超过1000m时，每超过500m,自冷 式变压器绕组平均温升限值按降低2.5%计算,风冷式变压器 按降低5%来计算。,温升试验方法,温升试验的地点应清洁宽敞，在试品周围23m处不得有墙壁、热源、杂物堆积及外来辐射气流等干扰，室内可有 自然的通风，但不应引起显著的空气回流。,温升试验时，环境温度应保 持在10 40。,直接负载法 相互负载法 模拟负载法 循环电流法 零序法 短路法,直接负载法,在变压器的绕组一侧供给额定励磁，另一侧绕组连接额定负载， 这是最真实的温升情况，但由于真正的额定负载要求很难满足， 在实验室实际上很难实施。,相互负载法,利用一台与试品电压比和联结组向量标号相同的辅助变压器， 其一侧绕组与试品同名端并联，供给额定励磁，另一侧绕组通 过负载辅助变压器与试品同名端并联，通过调节负载辅助变压 器的输入电压来改变试品的负载电流，使其达到额定值。,相互负载法温升线路图,模拟负载法,采用两次温升试验，其中一次是空载损耗下的试验，另一次是 负载损耗下的试验。 在额定电压下连续进行空载试验直至稳定状态，然后测试相关 线圈的热电阻，此后，再进行短路负载试验，施加规定的电流 直至温度达到稳定状态，测试相关绕组热电阻。,循环电流法,将试品的一侧与辅助变压器同名端并联，供给额定励磁，另一 侧的同名端也相应并联，靠试品与辅助变压器在另一侧的感应 电势差使负载电流接近试品额定电流；辅助变压器的容量及励 磁侧的电压应分别大于或等于试品容量及额定电压，靠调节辅 助变压器的分接或移圈调压器的动圈所产生的电势差，应尽量 接近试品和辅助变压器的试验电流下的阻抗压降之和。,循环电流法温升试验线路,零序法,在绕组的一侧供给额定励磁，在另一侧零序回路中供电，使绕 组产生额定电流，两侧绕组的零序电流应分别有零序回路。,零序法温升试验线路,采用零序法进行三相变压器温升试验时，绕组中通过 的是零序电流，因此三相磁通也是零序的，这样零序 磁通将形成漏磁通，会使铁心夹件、拉螺杆等金属件 的附加损耗猛增，造成局部过热；YN联结的绕组， 中性点电流将会等于3倍额定电流，因此试验需特别 处理。,温升试验时温度探头的设置,环境温度监测：温度探头应不少于3个，距离冷却表面1m2m，位于产品高度的一半，环境温度监测应避开吹风和热辐射，温度探头应插入油不少于1000mL的悬空的金属油杯中，其时间常数为2h左右，准确度不低于0.2。 铁心温度监测：温度探头35个，应放置于上铁轭的中心处。 绕组温度监测：温度探头尽可能靠近最内部的低压线圈顶部处的导体，每相1个。,温升试验稳定判断依据： 按GB6450-86：当温升变化值每小时不 大于允许温升的2或者每小时不大于 2K(取小值)时，即认为温升已经稳定。 按IEC60076-11:当每小时温升变化值不 超过1K时，即认为温升已经稳定。,注意：,绕组平均温度的测定是利用测定热电阻法来确定的，三相变压器应测定中间柱上的绕组(B相或D接、无中性点引出Y接变压器的AB相)。,由于各变压器的热容量不同，热时间常数也各异，故温升稳定并断电后各变压器温度下降的快慢是不同的，热容量大的变压器其温度下降慢，在热电阻的测试时间内基本成一直线；热容量小的变压器其温度呈指数下降，根据此特性我们可以制订温升曲线，反推切断电源瞬间的热电阻值。,绕组温升计算公式：,式中： 绕组对空气的温升，单位K R1绕组的冷态电阻，单位 R2 绕组的冷态电阻，单位 1绕组冷态电阻下的温度，单位 2绕组温升稳定后测试热电阻瞬间的温度，单位,2.雷电冲击试验,目的： 变压器在运行中会经常遭受大气雷电过电压的袭击，为模拟 雷电过电压下变压器绝缘的耐受能力，特进行该试验。,变压器雷电冲击绝缘水平是以保护避雷器的残压来确定的， 雷电冲击波的参数具有统计性，国际上根据其发生的累计频 率而确定其波形参数。,注意：,分接范围在5%以内时，雷电冲击试验在主分接进行，如分接范围大于5%，三相变压器应分别选择为最大、最小和主分接三个位置进行试验，每相进行一个分接位置的试验。,标准雷电冲击全波波形,波形参数为： 波头1.230%s 波尾50 20%s,波峰处振荡或上冲5，试验允许的峰值偏差为3%，峰值附近的振荡在5%以内。 雷电冲击试验的极性采用负极性，反极性峰值不应超过第一个峰值的50。,雷电冲击发生器线路,雷电冲击发生器是由多级电容器并联充电，然后串联放电，形成幅值很高 的冲击电压。,雷电冲击发生器原理线路,雷电冲击产生的方法和原理：,C