变压器试验讲义

2020 4 20 1 变压器试验 变压器历史 发展及形势变压器种类 结构变压器试验 变压器历史 发展及形势 1912110kVLauchhammer Riesa1929220kVRheinleitungRWE1936287kVBoulderDam1952380kVSwedem1959500kVUSSR1965735kVCanada19851150kVUSSR 变压器主要生产厂家 国外 乌克兰扎布洛斯变压器厂 ABB公司 英法GEC Alshtom 日本各厂我国 沈变 西变 保变 变压器种类 结构 变压器种类 结构 心式结构 心式结构 十字铁心变压器 铁心结构 绕组 三相变压器的磁路系统 三相组式变压器 C A B 三相变压器的磁路系统 三相心式变压器 三相变压器的电路系统 联接组 联接方法 星型联接角型联接 联接组 单相变压器联接组Ii0高低压绕组感应电动势同相位 标准联接组 Ii6高低压绕组感应电动势同相位三相变压器联接组Yy联接组号有0 2 4 6 8 10Yd联接组号有1 3 5 7 9 11容量小于1600kVA时 用Yy0orDy11 容量大于1600kVA时 采用Yd11orDy11 YNd11d11 YNd11 Y0 11 11 原理 e1 e2 N1 N2 U1 U2 变压器的绝缘 外部绝缘和内部绝缘主绝缘与纵绝缘 变压器试验种类 电压比测量 连接组标号检定绕组连同套管的直流电阻绕组绝缘特性试验变压器油的性能和试验方法绝缘电阻 吸收比和极化指数测量绕组绝缘系统电容的介质损耗因数和绕组对地及绕组间的电容测量 绝缘强度试验外施耐压试验感应耐压试验局部放电试验雷电冲击和操作冲击试验三相变压器零序阻抗测量短路承受能力试验声级测量空载电流的谐波测量有载分接开关试验 空载试验绕组变形试验铁芯绝缘电阻 测量绕组连同套管的绝缘电阻 吸收比和 或 极化指数 一 试验目的检查变压器绝缘整体受潮 部件表面受潮或脏污 以及贯穿性的集中性缺陷 例如 各种贯穿性短路 瓷件破裂 引线接壳等现象 测量顺序和部位 吸收比 极化指数 吸收比K为60s绝缘电阻值与15s绝缘电阻值之比 可写成R1min R15s吸收比在一定程度上反映了绝缘是否受潮 极化指数PI为10min绝缘电阻值与1min绝缘电阻值之比 可写成R10min R1min 规程 规定的试验标准及要求 1 使用2500V或5000V兆欧表 对220kV及以上变压器 兆欧表输出电流应不小于3mA 2 测量前被试绕组应充分放电 3 测量温度应以顶层油温为准 各次测量时的温度应尽量接近 4 尽量在油温低于50 测量 不同温度下的绝缘电阻值换算 5 吸收比和极化指数不进行温度换算 6 当绝缘电阻大于10000M 时吸收比和极化指数仅做参考 7 绝缘电阻换算至同一温度下 与前一次测试结果相比应无明显变化 一般不低于出厂值或初始值的70 8 吸收比 10 30 不低于1 3或极化指数不低于1 5 测量铁心的绝缘电阻 测量铁心的绝缘电阻 试验目的铁心的绝缘电阻反映铁心与地电位的金属件之间的绝缘情况试验方法打开铁心接地连接片 测量铁心对地的绝缘电阻值 规程 规定的试验标准及要求 1 一般不低于100M 2 与以往测试结果相比无明显差别 一般不低于出厂值或初始值的70 测量绕组连同套管的介质损耗及电容量 试验目的作为判断绝缘状态是否良好的重要手段之一 它能对绝缘总体的干燥质量 吸潮程度 清洁程度以及老化情况等进行检查 绝缘介质中电流与电压间向量关系 当R4 103 时 测试频率50Hz C4是微法表示 Tg 0 1C4当R4 104 时 测试频率50Hz C4是微法表示 Tg C4 西林电桥 规程 规定的试验标准及要求 1 20 时tg 不大于下列数值 110 220kV0 8 35kV及以下 1 5 2 tg 值与历年的数值比较不应有显著变化 一般不大于30 3 试验电压如下 绕组电压10kV及以上 10kV绕组电压10kV及以下 Un4 电容量值与出厂值或上一次试验值的差别超出 10 时 应查明原因 5 测量温度应以顶层油温为准 尽量使每次测量温度相近 6 尽量在油温低于50 测量 不同温度下的值一般可按下式换算 tg 2 tg 1 1 3 t2 t1 10式中tg 1 tg 2分别为t1 t2时的tg 值 温度升高 介损增加 绕组连同套管的直流电阻 试验目的1 检查绕组焊接质量 2 检查分接开关各个位置接触是否良好 3 检查绕组或引出线有无折断处 4 检查并联支路的正确性 是否存在由几条并联导线绕成的绕组发生一处或几处断线的情况 5 检查层 匝间有无短路现象 绕组连同套管的直流电阻 试验方法测量绕组按相别夹线 非被测绕组开路 测量应在各分接头的所有位置上进行 规程 规定的试验标准及要求 1 1 6MVA以上变压器 各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2 无中性点因出的绕组 线间差别不应大于三相平均值的1 2 1 6MVA以下变压器 各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的4 无中性点因出的绕组 线间差别不应大于三相平均值的2 3 与以前相同部位测得值比较 其变化不应大于2 4 按公式R2 R1 T t2 T t1 将测量值换算到同一温度 式中R1 R2分别为在温度t1 t2下的电阻值 t1可取为交接试验时的变压器绕组温度 T为电阻温度常数 铜导线取235 铝导线取225 缩短测量时间的方法 恒流源法减小时间常数法绕组串连法感应电势法短路另一侧绕组法 绕组串连法 短路另一侧绕组 在直流电阻测试时 可以短路另一侧绕组时断开测试绕组 例如 测量高压侧绕组直流电阻时 可以在测量一个分接结束后短路低压绕组 断开高压绕组调换分接 在测量另一侧分接的直流电阻 注意 变压器在测量电阻时 不要切换无励磁分接开关来改变分接 无励磁分接开关改变分接时将在触头间发生电弧 引起油的分接 并形成可燃性气体和炭 使变压器油质变坏 变比试验 变压比试验的目的 1 检查变压比是否与铭牌值相符 以保证达到要求的电压变换 2 检查分接开关位置和分接引线的连接是否正确3 检查各绕组的匝数比 可判断变压器是否存在匝间短路 4 提供变压器实际的变压比 以判断变压器能否并列运行 试验方法 变压比试验的方法有双电压表法 变比电桥法和标准互感器法 一般在变压器交接试验时 分接引线拆装后和更换绕组后 需要对绕组所有分接位置进行变压比试验 试验结果的判断分析1 各相所有分接位置的变压比与铭牌值相比 不应有显著差别 且符合规律 2 电压在35KV以下 变压比小于3的变压器变压比允许偏差为 1 其它所有变压器 额定分接变压比允许偏差为 0 5 其它分接的变压比应在变压器阻抗电压值 的1 10以内 但不得超过 1 3 变压比不合格时 最常见的故障是分接引线连接错误 分接开关指示位置与内部引线不对应造成 4 故障后由于匝间短路也会造成变压比改变 绕组变形试验 试验目的能够在变压器不吊罩 仅需拆除母线 的情况下 方便迅速地检测出其内部绕组可能发生的扭曲 鼓包 移位等变形现象以及绕组匝间 相间可能发生的接触性短路故障 试验方法 原理频率响应分析法诊断变压器绕组变形 是比较变压器遭受短路冲击前后的频率响应特性 若两者一致 则表明该次短路故障没有导致绕组变形 反之 则可根据其频响特性的变化情况判断出发生变形的绕组以及变形的严重程度 绕组变形事例 用一个信号发生源S 发出电压为400V 上升沿为2 S 下降沿为40 S的脉冲信号 在被试品的注入端检测注入到被试品上的信号y t 同时也检测被试品输出端的输出信号x t 通过快速傅立叶变换得到y t Y f x t X f H f Y f X f 得到一组以对数形式表现的频率响应数据 将数据记录画出曲线得到被试变压器的频谱图 试验条件 被试品本体必须可靠接地 被试品的各个接线端子必须悬空 如果有铁芯和夹件引出线 则必须可靠接地 被试品的各个接线端子必须清洁 以保证接线接触良好 例子 工频耐压试验 试验目的变压器工频耐压试验是在高电压下鉴定绝缘强度的一种试验方法 它能反映出变压器部分主绝缘存在的局部缺陷 受潮 开裂 脏污及引线距离不够 在运输中引起的绕组松动 绕组绝缘上附着污物等 局部放电试验 局部放电是指在高压电器中的绝缘介质在高电压的作用下 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 它可以发生在固体绝缘的空穴中 液体绝缘气泡中或不同介质特性绝缘的分界面上 局部放电原理 电容型试品局部放电等效回路 Ca内放电时的等效回路 Q UCa C1中放掉的电荷为q1 为C1两边的电压降 放电能量 局部放电所消耗的能量经常是用以估计局部放电的一个参数 放电能量的大小可能与介质老化的程度有关 局部放电引起介质的击穿 局部放电式介质应用中的一种强场效应 它在电介质现象和电气绝缘领域均有重要意义 通常介质在局部放电的作用下能引起电气性能的老化 电老化 和击穿 现已查明 油纸型复合介质的长期击穿强度在很大程度上决定于局部放电 对于油纸 或薄膜 绝缘电容器 电缆和变压器都是如此 如油纸电力电容器 其寿命常决定于局部放电而非短时击穿强度 因此这类介质的工作电场强度受到限制 如果采用真空干燥去气后浸入液体介质 则允许工作的电场强度可以大大升高 1 电的作用即带电粒子的直接轰击作用2 热的作用3 化学作用 变压器绕组是一个分布参数的元件 为简化试验 我们目前仍把整个绕组看成一个集中参数的电容试品 在绕组首端进行测量 测量原理和基本测试回路伴随着局部放电产生电的 声的 热的现象 原则上都可作为检测信号进行局部放电测量 检测方法可分为电测法和非电测法 电测发应用较多的是脉冲电流法和无线电干扰电压法 非电测法主要有声测法 光测法 红外摄像法和色谱分析法 在国内 脉冲电流法是普遍采用的 因为采用这种方法仪器简单 灵敏度高 而非电测法没有一个标准对局部放电定量方法 因此其使用收到了限制 但超声定位技术已经普遍用于电力电容器 电力变压器等电工设备的局部放电测量 测试原理 如前所述 当试品Ca内任一点有局部放电发生时 在试品两端会产生一个电压脉动 U 如果用一个耦合电容Ck和接收阻抗Zm与Ca串联构成一个回路 那么在 U的作用下 回路内就会有一个脉冲电流 同时在Zm上会产生一个脉冲电压um 测得um就可推算出 u以至 Q的大小 当Zm为L C性阻抗时 um为一高频衰减振荡 当Zm为R性阻抗时 um为一指数衰减脉冲 并联测试回路 串联测试回路 测试线路与装置 图脉冲电流法的测试线路T1 隔离变压器 T2 调压器 T3高压试验变压器 F1 低压滤波器 F2 高压滤波器 Cx 试品 Ck 耦合电容器 Z 检测阻抗 D 检测仪 R 保护电阻 图RC型检测阻抗a RC阻抗b 输出电压波形c 频谱 图LCR型检测阻抗a LCR阻抗 b 输出电压波形 c 频谱 检测仪器的重要作用有以下三方面 1 滤波检测仪器按选用的频带来分 可分为低频 宽频 选频 目前最常用的是低频检测仪 频带选在放电脉冲频谱分量最丰富 而外来干扰较少的频带范围 一般选用10 400KHZ 宽频检测频带上限达108HZ 甚至达109HZ数量级 2 放大局部放电的信号是很微弱的 特别是大容量的试品 如电容为1uF的试品 出现5pC视在放电电荷时 在检测阻抗两端可能拾取的电压ud约为uV级 因此必须经过放大才能在示波器或峰值表显示读数 放大器的增益一般要求能达到60dB以上 对于所测的脉冲信号 而本机噪音要不大于uV级 3 显示用于显示局部放电信号的仪器有两类 一类是示波器 一类是峰值表用示波器不但可以观察 读取放电脉冲信号的大小 而且可以观察脉冲的波形 以及放电脉冲出现的相位 这有利于辨别所观察的脉冲信号是放电信号还是干扰 同时也有利于识别是那种类型的放电 用宽频测试系统 频带不小于100MHZ 配用同样带宽的脉冲数字滤波器 采样频率1GHZ以上 可以测到每一次局部放电的整个脉冲波形 在设计和选用局部放电测试的线路和装置时 应考虑以下三点基本要求 灵敏度分辨率抗干扰能力 视在放电量的校正测量系统所显示的脉冲幅值是代表多少放电量 视在放电电荷q 还需要对测量系统进行分度校正 才能定量 校正方法把试品与整个测量系统连接好之后 用已知的模拟放电产生的瞬变电荷q0注入到试品的两端 施加高电压的两端 把测量系统的灵敏度调到合适的状态 在示波器上能看到约20mm高度的脉冲幅值 记下这时显示器上的响应的读数为 0 格 则可得分度系数K q0 之后 将校正脉冲发生器撤除 因为一般校正脉冲发生器承受不了高电压 保持测试系统的测量灵敏度不变 对试品施加规定的试验电压 这时若试品有局部放电 则在显示器上又出现响应的读数 x 格 于是试品的放电量为qx K x 已知的瞬变电荷q0是由一个校正发生器产生一个脉冲电压 并通过一个分度电容C0耦合到试品的两端 在满足时式中u0 校正脉冲电压的幅值 V C0 分度电容 pf u0与C0都是已知值 因此q0也是已知的 局部放电测量试验线路的选择 引用标准 DL417 91 电力设备局部放电现场测量导则 GB7354 2003 局部放电测量 GB1207 1997 电压互感器 GB1208 1997 电流互感器 GB5583 85 互感器局部放电测量 1 电压互感器电压互感器的试验方法可归结为两大类 即在被试品高压侧和低压侧加压 1 1 高压侧加压国标 GB1207 1997电压互感器 上推荐的电压互感器试验电路有三种方法 如图 T 试验变压器 Ck为耦合电容器 Zm为检测阻抗 Z为电源滤波 也可位于低压侧 图1检测阻抗和电压互感器串接 图2检测阻抗和耦合电容器Ck串接 图3平衡回路 1 2 低压侧加压在 DL417 91电力设备局部放电现场测量导则 中规定 现场试验原则上应按上述标准与规定进行 但若受变电所现场客观条件的限制 认为必须要对运行中的互感器进行局部放电时 又无适当的电源设备 则试验电压可用二次绕组自励磁产生 图4无耦合电容器Ck试验接线 图5接有耦合电容器Ck的试验接线 图6抑制干扰的平衡回路接线 2 电流互感器电流互感器局部放电试验 试验电压由外施电源产生 一般有三种检测方法 图7电流互感器试验接线T 试验变压器 Ck为耦合电容器 Zm为检测阻抗 Z为电源滤波 也可位于低压侧 图8抑制干扰的平衡法接线 图9接有耦合电容器Ck的试验接线 3 套管变压器或电抗器套管局部放电试验时 其下部必须浸入一合适的油筒内 注入筒内的油应符合油质试验的有关标准 并静止48h后才能进行试验 图10变压器套管试验接线 Cb 套管电容 L 电容末屏 4 耦合电容器 或电容式电压互感器 耦合电容器的试验接线与套管相同 见图10 有电容末屏端子的 可利用该端子与下法兰之间 串接测量阻抗Zm 下法兰直接接地 若无电容末屏端子引出的 则需将试品对地绝缘 然后在下法兰对地之间串接测量阻抗Zm 5 变压器变压器试验电源一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率 三相变压器可三相励磁 也可单相励磁 变压器局部放电试验的基本原理接线 如图11所示 a 单相励磁基本原理接线 b 三相励磁基本原理接线 c 在套管抽头测量和校准接线 干扰及其防止措施 局部放电测试中 干扰是一个很讨厌的问题 干扰信号与局部放电信号一起进入测量仪器 两种信号混杂在一起 轻者影响到测量读数的准确性 重者淹没了被测信号 使测量工作无法进行 在实际测量中 常见的干扰有下述几种 1 高压试验接线中的电晕放电1 一定直径的导线 在电压升到一定值时 就会产生电晕 电晕随电压的升高而加大和增多 这种干扰的防止办法是 2 采用足够直径的高压连线 固定