电力变压器的绝缘性实验.docx
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电力变压器的绝缘性实验
电力变压器的绝缘性实验
由于电力变压器内部结构复杂，电场、热场散布不均匀，因此事故率相对较高。
因此要认真地对变压器进行按期的绝缘预防性实验，一样为1～3年进行一次停电实验。
不同电压品级、不同容量、不同结构的变压器实验项目略有不同。
变压器绝缘电阻、泄漏电流和介质损耗等性能要紧与绝缘材料和工艺质量有关，它们的转变反映了绝缘工艺质量或受潮情形，可是一样而言，其检测意义比电容器、电力电缆或电容套管要小得多，不作硬性指标要求。
变压器绝缘主若是油和纸绝缘，最要紧的是耐电强度。
关于电压品级为220kV及以下的变压器，要进行1min工频耐压实验和冲击电压实验以考核其绝缘强度；关于更高电压品级的变压器，还要进行冲击实验。
由于冲击实验比较复杂，因此220kV以下的变压器只在型式实验中进行；但220kV及以上电压品级的变压器的出厂实验也规定要进行全波冲击耐压实验。
出厂实验中，常采纳二倍以上额定电压进行耐压实验，如此能够同时考核主绝缘和纵绝缘。
测量绕组连同套管一路的绝缘电阻、吸收比和极化指数，对检查变压器整体的绝缘状况具有较高的灵敏度，能有效地检查出变压器绝缘整体受潮、部件表面受潮或脏污和贯穿性的集中缺点。
例如，各类贯穿性短路、瓷件破裂、引线接壳、器身内有铜线搭桥等现象引发的半贯通性或金属性短路。
体会说明，变压器绝缘在干燥前后绝缘电阻的转变倍数比介质损失角正切值转变倍数大得多。
一、绝缘电阻、吸收比和极化指数测量
测量绕组绝缘电阻时，应依次测量各绕组对地和其他绕组间的绝缘电阻值。
被测绕组各引线端应短路，其余各非被测绕组都短路接地。
将空闲绕组接地的方式能够测出被测部份对接地部份和不同电压部份间的绝缘状态，测量的顺序和具体部件见表5-1。
表5-1绝缘电阻测量顺序和部位
顺序
双绕组变压器
三绕组变压器
被测绕组
接地部位
被测绕组
接地部位
1
低压
外壳及高压
低压
外壳、高压及中压
2
高压
外壳及低压
中压
外壳、高压及低压
3
--
--
高压
外壳、中压及低压
4
（高压及低压）
（外壳）
（高压及中压）
（外壳及低压）
5
--
--
（高压、中压及低压）
（外壳）
注1、若是表头指标超过量程，应记录为（量程）+，例如10000+，而不该记为∞。
2、序号4和5的项目，只对15000kVA及其以上的变压器进行测定。
3、括号内的部位必要时才进行。
测量绝缘电阻时，对额定电压为1000V以上的绕组，用2500V兆欧表测量，其量程一样不低于10000MΩ；对额定电压为1000V以下的绕组，用1000V或2500V兆欧表测量。
《规程》中对变压器绕组的绝缘电阻没有规定具体值，而是采纳相对照较的方式，规定按换算至同一温度时，与前一次测量结果相较无明显转变。
假设采纳绝缘值判别时，通常采纳预防性实验绝缘电阻值应不低于安装或大修后投入运行前的测量值50%。
对500kV变压器，在相同温度下，其绝缘电阻不小于出厂值的70%，20℃时最低电阻值不得低于2000MΩ。
《规程》规定关于电压35kV及其以下容量小于10000kVA的变压器，在温度10～30℃时，吸收比（K=R60/R15）不小于；关于35kV以上容量大于10000kVA的变压器，在温度10～30℃时吸收比不小于。
实际测量时，受潮或绝缘内部有局部缺点的变压器的吸收比接近与。
变压器绕组绝缘电阻测量应尽可能在50℃时测量，不同温度（t1,t2）下的电阻值（R1、R2）可按工程简化公式
进行计算。
为幸免绕组上残缺电荷致使测量值偏大，测量前应将被测绕组与油箱短路接地，其放电时刻应很多于2min。
测量刚停止运行时变压器，需将变压器自电网断开后静置30分钟，使油温与绕组温度趋于相同，在进行绝缘电阻等的测定，并把变压器上层油温作为绝缘温度。
关于新投入或大修后的变压器，应在充满合格油并静止一段时刻，待气泡排除后，方可进行实验。
通常，对8000kVA及其以上的较大型电力变压器需静置20h以上，对3~10kVA的小容量电力变压器，需静置5h以上。
在实际测量进程中，会显现绝缘电阻高、吸收比反而不合格的情形，其中缘故比较复杂，这时可采纳极化指数PI来进行判定，极化指数概念为加压10min时绝缘电阻与加压1min的绝缘电阻之比，即PI=P10/P1。
目前现场实验时，常规定PI不小于。
二、泄漏电流测量
测量泄漏电流比测量绝缘电阻有更高的灵敏度。
运行检测体会说明，测量泄漏电流能有效地发觉用其他实验项目所不能发觉的变压器局部缺点。
双绕组和三绕组变压器测量泄漏电流的顺序与部位如表5-2所示。
测量泄漏电流时，绕组上所加的电压与绕组的额定电压有关，表5-3列出了实验电压的标准。
表5-2变压器泄漏电流测量顺序和部位
顺序
双绕组变压器
三绕组变压器
加压绕组
接地部分
加压绕组
接地部分
1
高压
低压、外壳
高压
中、低压、外壳
2
低压
高压、外壳
中压
高、低压、外壳
3
低压
高、中压、外壳
表5-3泄漏电流实验电压标准
绕组额定电压（kV）
3
6~10
20~35
66~330
500
直流试验电压（kV）
5
10
20
40
60
测量时，加压至实验电压，待1min后读取的电流值即为所测得的泄漏电流值，为了是读数准确，应将微安表接在高电位处。
因为泄漏电流值与变压器的绝缘结构、温度等因素有关，因此在《规程》中也不作规定。
在判按时要与历年测量结果的比较，一样情形下，昔时测量值不该大于上一年测量值的150%，同时还应与同类型的变压器的泄漏电流比较。
对500kV变压器的泄漏电流不作规定，但一样不大于30μA。
三、介质损耗角正切测量
测量变压器的介质损耗角正切值tanδ要紧用来检查变压器整体受潮、釉质劣化、绕组上附着油泥及严峻的局部缺点等，是判定以下变压器绝缘状态的一种较有效的手腕。
测量变压器的介质损耗角正切值是将套管连同在一路测量的，可是为了提高测量的准确性和检出缺点的灵敏度，必要时可进行分解实验，以判明缺点所在位置。
表5-4给出了《规程》规定tanδ测量值，测量结果要求与历年数值进行比较，转变应不大于30%。
当采纳电桥法测量时，关于工作电压10kV及以上的绕组，实验电压为10kV；关于工作电压为10kV及其以下的绕组，实验电压为额定电压。
当采纳M型实验器时，实验电压通常采纳2500V。
表5-4介质损耗角正切值规定
变压器电压等级
330~500kV
66~220kV
35kV及以下
tanδ
0.6%
0.8%
1.5%
测量温度以顶层油温为准，尽可能使每次测量的温度相近。
测量应尽可能在油温低于50℃下进行，不同温度下（t1、t2）的tanδ值（tanδ1、tanδ2）可按如下工程简化公式进行换算
（5－1）
变压器介质损耗角正切测量结果常受表面泄露和外界条件（如干扰电场和大地条件）的阻碍，应采取方法减少和排除这种阻碍。
1、平稳电桥测量方式
由于变压器外壳均直接接地，因此多采纳QS-1型西林电桥的反接法进行测量。
对双绕组和三绕组变压器的测量部位见表5-5。
表5-5电桥法测量变压器绕组的部位
双绕组变压器
三绕组变压器
序号
测量端
接地端
序号
测量端
接地端
1
高压
低压+铁芯
1
高压
中压、铁芯、低压
2
低压
高压+铁芯
2
中压
高压、铁芯、低压
3
高压+低压
铁芯
3
低压
高压、铁芯、中压
4
高压+低压
中压、铁芯
5
高压+中压
低压、铁芯
6
低压+中压
高压、铁芯
7
高压+中压+低压
铁芯
对双绕组变压器测量tanδ及C时，接线如图5-1所示。
从上述接线方式中能够清楚地看出，测量所得的数据并非是各绕组的tanδ和C，需要在测量后进行计算。
假设假设按图5-1（a）、（b）、（c）接线进行实验，测得数据别离为tanδa、Ca、tanδb、Cb、tanδc、Cc，能够推导出各绕组的C和tanδ为：
（5－2）
图5-1双绕组变压器测量tanδ及C接线方式
（a）高压-低压及地（b）低压-高压及地（c）（高压+低压）-地
关于三绕组变压器测量C及tanδ的接线方式如图5-2所示。
图5-2三绕组变压器C及tanδ测量接线图
（a）高压-中、低压及地（b）中压-高、低压及地（c）低压-高、中压及地
（d）（高+中）压-低压及地；（e）（中+低）压-高压及地；（f）（高+低）压-中压及地
（g）（高+中+低）压-地
按上述接线图进行测量，测得的C和tanδ别离为：
Ca，Cb，Cc,Cab,Cbc,Cca,Cabc和
tanδa、tanδb、tanδc、tanδab、tanδbc、tanδca、tanδabc，能够推导出变压器各绕组对地和变压器绕组间的C和tanδ为：
2、非平稳电桥测量法
用非平稳电桥测量（M型介质实验器）测量双绕组和三绕组变压器的tanδ，其测量顺序和方式按表5-6所示方式进行。
测量时，M型介质实验器的实验电压均为2500V。
表5-6M型介质实验器测量变压器tanδ的方式
双绕组变压器
三绕组变压器
序号
测量部位
屏蔽绕组
序号
测量部位
屏蔽绕组
测量端
接地端
测量端
接地端
1
高压
低压
--
1
高压
低压
中压
2
高压
--
低压
2
高压
--
低压、中压
3
低压
低压
--
3
低压
中压
高压
4
低压
--
低压
4
低压
--
高压、中压
5
中压
高压
低压
6
中压
--
高压、低压
7
全部
--
--
在双绕组变压器中，实验2直接测出高压-地的tanδ，实验4直接测出低压-地的tanδ。
假设实验1、2、3、4所测量的视在功率别离为S1、S2、S3、S4，有功功率别离为P1、P2、P3、P4，那么高压-低压之间的
。
在三绕组变压器中，实验2、4、6可直接测出高压、低压、中压对地的tanδ。
假设实验1、2、3、4、5、6所测得的视在功率别离为S1、S2、S3、S4、S5、S6，有功功率别离为P1、P2、P3、P4、P5、P6，那么高压-低压之间的
，低压-中压之间的
，中压-高压之间的
。
四、交流耐压实验
交流耐压实验是鉴定绝缘强度最有效的方式，专门对考核主绝缘的局部缺点。
如绕组主绝缘受潮、开裂、绕组松动、绝缘表面污染等，具有决定性作用。
交流耐压实验关于10kV以下的电力变压器每1~5年进行一次；关于66kV及以下的电力变压器仅在大修后进行实验，如现场条件不具有，可只进行外施工频耐压实验；关于其他的电力变压器只在改换绕组后或必要时才进行交流耐压实验。
电力变压器改换绕组后的交流耐压实验标准见表5-7。
表5-7交流耐压实验标准
额定电压
<1
3
6
10
15
20
35
66
110
220
330
500
最高工作电压
≤1
126
252
363
550
全部更换绕组
3
18
25
35
45
55
85
140
200
360
395
460
510
630
680
部分更换绕组
15
21
30
38
47
72
120
170
（195）
306
336
391
434
536
578
在变压器注油后进行实验时，需要静置一按时刻。
通常500kV变压器静置时刻大于72h，220kV变压器静置时刻大于48h，110kV变压器静置时刻大于24h.。
出厂实验电压标准同全数改换绕组的电压标准，而大修后的实验电压标准同部份改换绕组后实验电压标准。
进行交流耐压实验时，被试变压器的正确接线方式是被试绕组所有套管应短路连接（短接）并接高压，非被试绕组也要短接并靠得住接地，如图5-3所示，图中只画出了一组绕组。
图5-3变压器交流耐压实验的正确接线方式
T1---实验变压器；T2---被试变压器
当进行交流耐压实验时，变压器的连接方式不正确，可能损坏被试变压器绝缘。
如被试绕组和非被试绕组均被短接时（如图5-4），由于散布电容的阻碍，在被试绕组对地及非被试绕组将有电流通过，而且沿整个被试绕组的电流不相等，愈靠近A段电流愈大，因此所有线匝间均存在不同的电位差。
由于绕组中所流过的是电容电流，故靠近X端的电位比所加的高压高。
又因为非被试绕组处于开路状态，被试绕组的电抗专门大，故由此将致使X端电位升高，显然这种接线方式是不许诺的，在实验中必需幸免。
图5-4错误接线一：
双绕组均不短接
被试绕组和非被试绕组仅短接时（如图5-5），由于这种接法对被试绕组来讲,始结尾电流IC的方向是相反的,回路电抗很小,整个绕组对地的电位大体相等,符合实验的要求.可是,对非被试低压绕组来讲,由于没有接地而处于悬浮状态,低压绕组对地将具有必然的电压.低压绕组的对地电压将取决于高、低压间和低压对地电容的大小，这时可能显现低压绕组上的电压高于其耐受电压水平，发生对地放电现象。
图5-5错误接线二：
双绕组均仅短接
在变压器交流耐压实验时，除发生击穿能够判定变压器存在绝缘故障外，还能够依如实验进程中的一些异样现象来判定是不是存在隐含的绝缘缺点：
（1）在升压时期或持续时刻时期，发生清脆、响亮的“当”、“当”放电声音，这种声音很像金属物撞击油箱的声音，这往往是由于油隙距离不够或是电场畸变等所造成的油隙一类绝缘结构击穿所致。
而且现在还伴有放电声，电流表指示值产生突变。
当重复进行实验时，放电电压下降并非明显。
（2）实验中，假设发生较小的“当”、“当”放电声，且仪表摆动不大，在重复誓言时放电现象却消失了。
这往往是变压器油中有气泡，在电场力的作用下，可能形成一条必然长度的很狭小的气隙通道，由于气泡的耐电强度比油低，当气隙通道进展到必然长度时，将可能致使气隙通道击穿，最后致使变压器油击穿。
若是变压器油中气泡不多，七隙通道放电后缩短了，这时气泡被击穿后，变压器油可能再也不击穿。
这种局部击穿所显现的放电声音，可能是轻微、断续的，电流表的指示值也可不能变更。
由气泡所引发的不管是贯穿性的或是局部性的放电，在重复实验中可能会消失，因为在放电后，气泡容易从上部逸走。
（3）在加压进程中，变压器内部有炒豆般的放电声，而电流表的指示值还很稳固，这可能是由于悬浮的金属件对地放电所致。
在制造进程中，铁心可能没有和夹件通过金属片连接，使铁心在电场中悬浮，由于静电感应的作用，在必然电压下，铁心对接地的夹件就开始放电。
五、变压器油中水分测量
油浸变压器在运行中会受到电、热、机械力、化学侵蚀和光辐射等外界因素的阻碍，致使变压器油和纤维材料慢慢老化变质，分解出微量水分。
另外，由于密封不严，潮气和水分也会进入油箱内，使油中的水分慢慢增多。
当水分含量超过必然限度时，就会使绝缘性能明显下降，乃至危及变压器平安。
假设油中不含固体杂质，当油的含水量在40ppm（1ppm=10-6）以下时，一样具有超级高的击穿强度，而当油中含水量超过100ppm时，或当油中存在固体杂质，含水量为5ppm时，其击穿强度都将下降到很低，有的还可能成为引发绝缘破坏的直接缘故。
测量绝缘电阻、泄漏电流和tanδ能够定性判定变压器绝缘是不是受潮，但不能直接定量地测定变压器油纸中含水量。
目前常见的定量测量变压器微量水分含量的方式有：
气相色谱法、库仑法。
气相色谱分析法测定油中微量水分（简称微水）与测定其他成份一样。
第一利用色谱仪中的汽化加热器将注入的油样刹时汽化，被汽化的全数水分和部份油气被载气带至适当的色谱柱进行分离，然后用热导池检测器来检测，将检测值（水峰高或水峰面积）与已有的含水的标准工作曲线进行比较，就能够够取得油样中的水含量。
用色谱法检测液体中的微量水分时，普遍采纳饱和值作为水分的定量基准，这种方式的优势是不受环境温度的干扰。
饱和值在客观上又是恒定值，因此，只要确保达到了饱和状态，操作较为方便。
苯中饱和水值和正庚烷中饱和水值能够作为定量基准。
前者适用于水浓度大于100ppm的液体样品，后者适用于水浓度小于100ppm的样品。
正庚烷和苯中的饱和水值的峰高与油中水值的含量存在近似线性的对应关系，利用这一关系能够为变压器中的微水含量定量。
进行定量分析时，要严格按规定规程操作，不然误差较大。
库仑法是一种电化学方式，它是将库仑仪与卡尔·费休滴定法结合起来的方式。
当被测试油中的水分进入电解液（即卡尔·费休试剂）后，水参与碘、二氧化硫的氧化还原化学反映，在吡啶和甲醇的混合液中相混合，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，在电解进程中，碘分子在电极上产生氧化还原反映，直至水分完全耗尽为止。
依照法拉第定律，电解时消耗的碘与电解时消耗的电量成正比。
从化学反映式可知，1g分子的碘，氧化1g分子的二氧化硫，需要1g分子水。
因此1g分子碘与1g分子水的当量反映，即电解碘的电量相当于电解水所需的电量。
即1mg水对应于电子库仑。
依照这一原理，就能够够直接从电解的库仑数计算出水的含量。
《规程》规定了变压器油中微水含量值，见表5-8所示，对运行时的变压器应尽可能在顶层油温高于50ºC时采样。
表5-8变压器油中微水含量标准（mg/L）
油样
66~110KV
220KV
330~500KV
投运前的变压器油
≤20
≤15
≤10
运行中的变压器油
≤35
≤25
≤15
六、局部放电测量
1、变压器局部放电特点
变压器内部绝缘结构要紧采纳油纸绝缘，其绝缘结构较复杂，在设计进程中可能造成局部区域场强太高；变压器在测量进程中可能致使绝缘中含有气泡和较多的水分，在运行进程中油纸劣化可分解出气泡，机械振动和热胀冷缩可造成局部开裂也会显现气泡等等，这些情形都会致使在较低外施电压下发生局部放电。
变压器放电脉冲是沿绕组传播的，起始放电脉冲是按散布电容散布的。
通过一段时刻后，放电脉冲通过散布电感和散布电容向绕组两头传播，行波分量达到测量端的检测阻抗后，有可能产生反射或震荡，因此纵绝缘放电信号在段子上的响应比对地绝缘放电要小得多，放电脉冲波沿绕组传播的衰减随测量频率的增加而增大。
关于变压器来讲，油中放电对绝缘损坏是要紧的，而油中放电时延较长、低频分量较大。
电力变压器中局部放电可分为：
1）绕组中部油－屏障绝缘中油道击穿；
2）绕组端部油道击穿；
3）接触绝缘导线和纸板（引线绝缘、搭接绝缘、相间绝缘）的油间隙击穿；
4）引线、搭接纸等油纸绝缘中局部放电；
5）线圈间（纵绝缘）的油道击穿；
6）匝间绝缘局部击穿；
7）纸板沿面滑闪放电。
2、变压器局部放电测量
变压器局部放电测量要紧包括三中情形：
单相励磁变压器、三相励磁变压器和变压器套管抽头的测量，它们测量的大体接线如图5-6所示。
图5-6变压器局部放电测量大体原理图
（a）单相励磁变压器；（b）三相励磁变压器；（c）变压器套管抽头
《规程》规定，对220kV及以上的变压器在大修后、220kV及以上或120MVA及其以上的变压器改换绕组后和必要时进行局部放电实验。
变压器局部放电实验采纳分段升压的方式，实验时第一将实验电压升到U1m/
或U1
维持5min,并在此电压下进行局部放电测量，然后将实验电压加到U2=Um维持5s,然后将电压加到U1，维持30min,并进行测量。
其中Um为变压器最高工作电压，在U1m/
下的放电量应不大于500pc，在U1m/
下的放电量应不大于300pc。
在电压升至U1及由U1再下降的进程中，应记录起始、熄灭放电电压。
在整个实验进程中，应持续观看放电波形，并按必然的时刻距离记录放电量。
在整个实验期间试品不发生击穿，在U1的第二时期的30min内，所有测量端子测得的放电电量持续地持续在许诺的限值内，并无明显的增加趋势，那么试品合格。
若是放电量曾超出许诺限值，但以后有下降并低于许诺的限值，那么实验继续进行，直到30分钟的期间内局部放电量不超过许诺的限值，试品才合格。
3、变压器局部放电测量中的干扰抑制
在加压前，观看未接通高压电源及接通高压电源后是不是存在较大的干扰，实验前记录所有测量电路上的背景噪声水平，其值应低于规定的视在放电量的50%。
排除变压器局部放电测试现场的干扰，对准确测量相当重要。
变压器现场实验的干扰有两种情形：
一种是实验回路未通电前就存在干扰，其要紧来源于实验回路之外的其他回路中的开关操作、周围高压电场、电机整流和无线电传输等；另一种是在实验回路通电后产生的干扰，这种干扰包括实验变压器本身的局部放电、高压导体上的电晕或接触不良放电，和低压电源测局部放电、通过实验变压器或其他连线耦合到测试回路中的干扰等。
对来自电源的干扰，可采纳在高压实验变压器的低级设置低通滤波器、电源侧加装屏蔽式隔离变压器、实验变压器的高压端设置高压低通滤波器的方式。
关于高压段部电晕放电，可采纳适合的无晕环（球）及无晕导杆作为高压连线。
关于接地干扰，必需采纳整个实验回路一点接地址式。
在实验进程中碰到的要紧干扰有：
1）高压端部和引线的电晕放电。
起波形特点是在实验电压的负半波显现刷状放电脉冲。
2）实验变压器的局部放电。
其波形与被试变压器的放电波形一致，需要采纳更高额定电压的实验变压器。
3）悬浮放电干扰。
需要采纳清理现场的方式抑制悬浮放电。
4）充油套管表面放电。
需要从法兰到伞群之间的瓷表面刷半导体漆。
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