变压器套管末屏对现场局部放电测量影响的实例与分析

2009 年 6 月 第 45 卷 第 3 期 收稿日期：2008 -09 -16； 修回日期：2008 -12 -21 作者简介：沈 煜（1983），男，硕士，工程师，研究方向为高电压试验技术。 0 引言 变压器局部放电试验不仅能有效检查出产品在 设计、生产、运输、安装以及运行中存在的问题，尤其 是能发现变压器内部绝缘的缺陷和隐患，因此它是保 证设备长期安全运行的一项必不可少的试验项目。 文[1，2]规定 220 kV及以上电压等级的变压器，在 出厂试验、交接试验、更换绕组和重要绝缘件以及怀疑 变压器存在放电性故障时，应进行局部放电试验。 局部放电脉冲是一个快速的放电过程， 较之其 他电气试验中的测量来说， 它又是一种弱电现象。 因此，如果各种干扰信号进入试验回路，将给测量带 来许多困难 [ 3 ]，特别是在现场进行局部放电测量，有 些干扰幅值和密度都远大于变压器局部放电信号， 因此，为保证现场试验的顺利完成，必须找出并排除 干扰源。 笔者总结了现场局部放电测量中的主要干扰因 素和处理措施，结合 2次现场局部放电试验实例，介 绍了变压器套管末屏接地不良对局部放电测量的影 响，详细说明了干扰现象及查找过程，总结了此类影 响的特点和处理。 1 试验回路和试验方法 根据相关和规程要求 [ 1 ，2 ，4]，现场局部放电 试验采用单相接线、逐相加压的方法进行。对于典型 的联结组别为 YN，yn0，d11型变压器，以 A 相为例， 其局部放电试验回路见图 1， 低压加压方式为 a 相 加压，c 相接地。 相应的，B 相试验对应低压加压方 式为 b 相加压，a 相接地；C 相试验对应低压加压方 式为 c相加压，b相接地。 图 1中，BP为变频电源柜，该设备具有容量大、 体积小、质量轻、运输方便、维护简单等特点；SB 为 变压器套管末屏对现场局部放电测量影响的实例与分析 沈 煜， 罗 维 （Hubei Electric Power Test & Research Institute， Wuhan 430077， China） Case Analysis of the Influences of Bushing Tap on On-site PD Test for Transformers （湖北省电力试验研究院， 武汉 湖北 430077） SHEN Yu， LUO Wei Abstract: This paper introduces the on-site PD testing method by using variable frequency power， analyzes the interferences on test result， and summarizes the ways for suppressing the interferences. Through two on-site PD tests， the procedure of suppressing the interferences is introduced. Moreover， the influences of bushing tap with imperfect earth on on-site PD test of transformers are analyzed， and a method to suppress these interferences is suggested. Key words: transformer； partial discharge； bushing tap 摘要： 介绍了使用变频电源进行现场局部放电测量的基本方法，总结了现场试验中的干扰类型及排除措施，结合 2 次现场测量 实例，介绍了干扰排除过程及思路，分析了套管末屏接地不良对现场局部放电测量的影响，总结了此类影响的特点及处理方法。 该方法对变压器现场试验、保证电力设备安全稳定运行具有一定的借鉴意义 关键词： 电力变压器； 局部放电； 套管末屏 中图分类号： TM855 文献标志码： A 文章编号：1001 -1609（2009）03 -0157 -03 第 45 卷 第 3 期 2009 年 6 月 Vol.45 No.3 Jun. 2009High Voltage Apparatus 157· · Jun. 2009 High Voltage Apparatus Vol.45 No.3 中间变压器，变频电源柜输出电压，供给中间变压器 低压侧， 中间变压器高压侧对被试变压器的低压侧 单相施加试验电压；Cf 为分压器， 随时监测试验电 压；L 为补偿电抗器；Co为高压套管电容；Zm 为局部 放电阻抗；JFD为局部放电检测系统。 2 现场试验的干扰和排除 使用变频电源进行大型变压器现场局部放电测 量时，主要有如下干扰因素和处理措施： （1）空间干扰。这种干扰往往是由于试验现场复 杂的电磁环境造成的， 其特点是一般在连接好试验 回路还未通电便已存在。 现场测量中可以通过改变 试验接线、移动仪器位置等方法加以改善，同时也可 以在局部放电波形上将其与变压器本体局部放电信 号区别开。 （2）试验回路干扰。这种干扰主要来自变频试验 电源、中间变压器、补偿电抗器和加压引线等。 由于 现场使用的中间变压器和补偿电抗器一般采用无局 放的结构，因此基本不会对试验造成干扰；加压引线 尽量采用光滑的圆柱形导线，避免场强集中区域；现 场试验用的变频电源柜， 正常情况下其自身局部放 电水平一般控制在 10 pC， 若由于整流元件和放大 器件而出现较大脉冲， 可以通过升降电压和改变试 验频率的方法人为识别。 （3）地网干扰。试验电源、补偿电抗器、被试变压 器和测量仪器的接地应接在同一个接地点上， 避免 接地环路；另外现场局部放电测量过程中，尽量避免 电焊、电锯、起重、引擎点火等操作，以免干扰信号通 过地网影响测量。 （4）电晕干扰。 现场试验时，在被试变压器的高 压、中压端均装设均压罩，能有效抑制电晕干扰，另 外， 电晕放电在局部放电波形图中有固定的频率和 相位，比较容易识别和区分。 3 现场试验实例 实例 1：2007年 1月， 对湖北宜昌地区某 220 kV 变压器进行局部放电试验，该变压器容量 180 MV·A， 电压组合方式为：220±8×1.25%/115/10.5 kV。 根据文[1，4]要求，被试相在 1.5Um/ 3姨 电压下进 行 30 min局部放电测量， 由被试变压器参数可知， 1.5Um / 3姨 电压下被试相高压端对地试验电压为 218 kV，中压端对地电压为 103.6 kV，低压端电压为 16.38 kV。 试验回路连接完毕后， 首先对 A 相进行试验， 加压方式为低压 a 相加压，c相接地。 当 a 相电压升 至 16 kV 时， 局部放电检测仪显示满屏大幅值的放 电脉冲，波形与悬浮放电类似，稍微降低电压后，放 电消失。 对 B 相进行试验，加压方式为低压 b 相加压，a 相接地。当 b相电压升至 16 kV 时，局部放电检测仪 显示的放电脉冲达到满幅值， 情况与 A 相相同，波 形与悬浮放电类似，稍微降低电压后，放电消失。 对 C 相进行试验， 加压方式为低压 c相加压，b 相接地。当 c相电压升至 8 kV时，局部放电检测仪显 示的放电脉冲达到满幅值，情况与 A、B两相相同，波 形与悬浮放电类似，稍微降低电压后，放电消失。 分析原因，查找干扰源。 首先检查试验回路，确 认接线正确无误。根据电压升至 8 kV 之前无局部放 电信号的试验事实，排除空间干扰因素，因为空间干 扰与试验电压无关，升压前即可显现。根据闭合电源 开关后无局部放电信号的现象，排除电源干扰。 由试验接线图可知，对 A、B、C 三相其中一相进 行局部放电试验时， 另外两相电压为试验相电压的 50%。对 A、B两相进行试验时，C相中压端（Cm）和高 压端（C）的电压均为对应试验相的 50%， 1 列出 了上述 3次加压情况下变压器各端子的电压值。 由表 1可知，3次加压方式下的共同点在于 C相 高压端子 C 和中压端子 Cm的试验电压，Cm端电压 达到 50.56 kV，C 端电压达到 106.48 kV， 即出现满 屏局部放电信号。 由此初步判断放电源来自 C相。 检查 C 相高压、中压套管，用万用表测量发现 中压 Cm套管末屏接地不良，末屏与地（外壳）之间存 表 1 3 次加压情况下被试变压器各端子试验电压 kV UA UB UC UAm UBm UCm Ua Ub Uc O Om A 相试验 212.96 106.48 106.48 101.12 50.56 50.56 16 8 0 0 0 B 相试验 106.48 212.96 106.48 50.56 101.12 50.56 0 16 8 0 0 C 相试验 53.24 53.24 106.48 25.28 25.28 50.56 4 0 8 0 0 158· · 2009 年 6 月 第 45 卷 第 3 期 在间隙， 电压达到间隙击穿电压时， 即产生悬浮放 电。 C相进行试验时，高压 C端和中压 Cm端电压上 升 2 倍，故出现局部放电脉冲所需试验电压比 A、B 两相试验时的试验电压低 50%。 处理后重新进行试 验，满屏局部放电信号消失，试验顺利通过。 实例 2：2008 年 2 月， 对水布垭电厂某 500 kV 主变进行局部放电试验， 该变压器为 3台单相变压 器，被试变压器额定容量为 170 MV·A，电压组合为 （550/ 3姨 -2×2.5%）/20 kV。 试验回路连接完毕后，首先进行方波校验，然后 对 A、B、C 三相依次进行试验。 顺利完成 A、B 两相 局部放电试验后，对 C 相进行试验时，加压方式为 低压 c 加压，b 接地，升压至约 3 kV，即出现满屏大 幅值的放电波形，波形与实例 1 类似；降低电压后， 放电消失。 基于实例 1的分析和经验， 怀疑为套管末屏接 地不良。对变压器各套管逐个排查，发现低压 c相套 管末屏未良好接地，末屏与地之间存在微小间隙，进 行试验时，c 相为加压端，间隙被击穿，即产生放电。 处理后重新进行局部放电测量，试验顺利通过。 4 分析和处理 上述 2 个实例中， 变压器套管末屏均为弹簧式 结构，通过末屏引出杆上的推拔铜套与套管法兰处连 接接地，接地的良好程度主要由推拔铜套上的弹簧弹 力和推拔铜套与法兰接触面的紧密程度决定。末屏正 常接地状态及开路状态见图2、3[5]。 末屏在运行中应保证良好接地， 若由于某些原 因使弹簧卡涩或铜套与法兰接触不良， 将导致套管 末屏未良好接地， 运行和试验中将在末屏和地之间 产生悬浮放电，情况严重的将破坏套管绝缘，造成变 压器事故。 由于末屏接地不良对局部放电测量造成的影响 具有以下特点：①局部放电起始电压低。这主要是因 为放电发生在末屏与地之间， 两者之间狭小的空气 间隙击穿场强较低， 一般电压至几千伏即可产生放 电； ②局部放电波形与悬浮放电接近， 脉冲密集平 整，放电一旦发生，局部放电测试仪即显示为满屏信 号；③与变压器未完全排气等情况不同，此类故障一 般不具备整体特征，具有明显的针对性和独立性，尤 其对三相一体式变压器， 出现故障时三相试验情况 不尽相同。 对于弹簧式结构的套管末屏， 其接地情况难以 通过观察外观进行确认， 必须借助万用表等设备测 量末屏对地的电阻值，如有异常，立即进行处理。 此外，现场排查时，若低压套管位于封闭母线筒 中不便检查时，可交换加压顺序，将加压端与接地端 互换，再次进行升压试验，观察放电是否发生，以具 体定位接地不良的末屏所在的套管位置。 5 结语 简要介绍了使用变频电源进行现场局部放电测 量的试验回路和加压方法，总结现场经验，对现场试 验中的干扰进行了分类，并提出了相应的排除措施。 以 2次现场局部放电测量为例， 介绍了故障分析过 程，归纳了套管末屏接地不良时，现场局部放电测量 干扰的现象、特点和处理方法，对变压器现场试验、 保证电力设备安全稳定运行具有一定的借鉴意义。 参考文献： [1] GB 50150-2006. 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 [S]. 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