变压器试验之高压介损试验.docx
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变压器试验之高压介损试验
变压器试验之高压介损试验
高压介损试验
2.1 做额定电压下介损的必要性
（1）常规10kV试验方法存在的问题
目前，在电气试验中主要都是通过10kV下的介损试验测量（tanδ）的大小来发现设备的缺陷。
可是，10kV的试验电压远低于设备的运行电压，不能真实反映设备运行时的状况。
良好的绝缘在允许的电压范围内，无论电压上升或下降，其介损值均无明显变化。
但现场试验数据显示，不同绝缘介质设备的介质损耗（tanδ）值会随着电压的升高而变大或变小。
所以在设备运行电压下做介质损耗测试才能真实反映设备的绝缘情况。
-
2.2 额定电压下做高压介损的升压方式
装置概述
通常进行高压介损测量时都是采用工频试验变压器升压的方式来得到试验高压。
试验时需要电源控制箱、高压试验变压器、高于标准电容高压介损电桥等设备。
当试验设备容量较大且电压很高时，要求电源的输出功率很大，所以电源部分的设备十分的笨重，对现场试验造成很多的不便。
利用串联谐振方式升压就可以成倍地降低对输入电源功率的要求。
只要我们适当地选择串联回路的参数，就能使谐振频率在工频范围内，满足介损测量的要求。
1） 高压介损测试仪主机
HV9003E 型，能实现现场多点测试、自动升压、自动画出介损-电压曲线。
它集高压介损电桥和变频电源于一体。
只需外部配置励磁变压器、高压标准电容器、谐振电抗器、补偿电容器就可以实现高压介损的测试。
测量时试验电压先连续升压测量、后再连续降压，自动完成被试设备电容量、tgδ、试验电压值的多点连续测量、并显示、绘制相应曲线。
同时还可实现数据的存储、打印、USB接口输出。
又具有装置体积小重量轻，适合现场使用。
2） 励磁变压器
利用变频串联谐振装置工作原理通过调频控制器提供供电电源，试验电压由励磁变压器经过初步升压后，使高电压加在电抗器L和被试品CX上，通过改变调频控制器的输出频率，使回路处于串联谐振状态；调节变频控制器的输出电压，使试品上高压达到所需要的电压值。
3） 谐振电抗器
通过调节变频控制器的输出频率，使得回路中的电抗器电感L和试器电容C发生串联谐振。
既是感抗等于容抗，来减少励磁变压器的容量。
，谐振电压即为试品上所加电压。
4） 高压标准电容器
因为被试品所加电压高，采用外接标准电容器是为了保护仪器和人身安全。
5） 补偿电容器
回路的谐振频率取决于被试品电容CX和电抗器的电感L，谐振频率。
装置试验频率是采用接近工频的交流电压，通过补偿电容器来改变试验的总电容量，使谐振频率在45Hz-55Hz范围内，近似工频保证了试验结果的可靠性和真实性。
6） 测量原理
图2-1高压介损测量原理图
系统由可调频、调幅的正弦波变频电源，经由励磁变压器、高压谐振电抗器于电容器谐振，产生高压电源，施加于标准电容器和被试设备上。
将两者低压侧的电流信号输入高压介损测试仪，采样低压侧信号，根据电桥原理，运用计算机的数据处理能力，实现高电压下电气设备介质损耗等参数的自动化、数字化测量，并显示输出被试品的电容量和介损测量值并绘制测量曲线。
装置的成套性
图2-2成套装置实物图
2.3 额定电压下反接线做高压介损
反接线做高压介损的必要性
由于高压隔离技术的局限性，通常对接地试品在额定电压下的介损试验只能采用正接法，这样现场设备必须打开接地刀闸，给现场操作带来繁琐和不安全性。
反接线（对接地试品）测量原理及特点
以HV9003F为例，除了具有HV9003E的功能外，外加独立的高压端采样系统，并通过光纤将高压侧电流信号高精度传送到介损电桥，实现额定电压下的反接线测试功能，测量桥体仍然处于低电位。
图3-1高压介损反接线图
2.4 成套设备主要技术指标
成套设备介绍
要满足能够实现同时正接线二通道介质损耗测量和反接线二通道介质损耗测量，各单元之间通过标准接线实现整套装置的连接。
为了能在500kV变电站准确测量，装置具应有良好的抗干扰性能。
图4-1成套设备实物图
1）高压介损测试仪
测量范围：
介损测量范围：
0-100.00%，分辨率：
0.001%，额定输出电压：
0-160V，额定输出电流：
19A，输出波形：
正弦波。
2）变频电源技术参数
输出电压：
0-160V，最大输出电流30A，额定输出功率：
不小于5kW。
输出波形：
正弦波，波形畸变<2%，输出频率：
30-300Hz，频率调节细度0.1Hz，不稳定度<0.05%。
3）谐振电抗器（干式）
共4台，串联使用。
额定容量：
10Kvar，额定电压：
40kV，额定电流：
0.25A，额定电感：
600H，工作频率范围：
30-300Hz。
额定条件下工作时间：
15min。
4）励磁变压器
额定容量：
5 Kvar，额定输入电压：
0-160V，额定输入电流：
0-30A，额定输出电压：
10000V，额定输出电流：
0.5A。
5）补偿电容器
额定电容：
2000pF，额定电压：
160kV，工作频率范围：
30-300Hz。
额定条件下工作时间：
15min。
6）标准电容器
以SYL160-100为例
额定工作电压：
160kV，电容器实测值误差不大于±0.5%，与标称值误差不大于±0.3%。
电容器内充FS6气体，在20℃时，压力为0.4+0.1Mpa。
测量原理
测量仪（原理见图4-1）中由可变频、调幅的低压电源,励磁变压器,高压电抗器组成的内置高压试验电源SR与试品电容CX、标准电容CN串联谐振,信号采集部分将两者的低压侧信号输入高压介损测试仪,再根据电桥原理,运用计算机的数据处理能力,实现高电压下电气设备介质损耗等参数的自动化、数字化测量后传至显示控制部分,显示出被试品的电容量、介损测量值和测量曲线。
M是计算机处理系统；R是采样电阻；
图4-2高压介损串联补偿测量原理图
其中测量系统的两套高速采样电路对标准侧和试品侧取样得到的正弦信号实时同步高速采样,得到两组几万个数据,通过计算分别得出标准侧、被试侧的电流信号幅值及有、无功分量,进而得出试品的介损及电容量。
这种测量方法在测试波形畸变时也不影响测量精度,所用SF6标准电容器容值稳定。
每次测量前仪器均自校以补偿元器件漂移引起的系统误差[4]。
测量系统构成
系统以51系列单片机为核心协调各部分工作（见图4-3）。
从高压端隔离取样的电压和电流信号分别经滤波放大后，同时进入各自采样保持的A/D，选择的12位A/D转换器位数和器件满足了测量精度要求，系统的性价比高。
为了保证电压和电流信号同时采样，两片AD芯片共用一个采样控制信号。
图4-3测量部分原理图
2.5 高压介损作业指导书
试验目的
通过在额定电压下测量tanδ发现一系列绝缘缺陷，如绝缘整体受潮、老化、绝缘气隙放电等。
试验仪器
1
电源控制箱
1套
2
高压试验变压器
1台
3
高压标准电容器
1台
4
高压介损电桥
1台
5
保护球隙
1套
6
试验警示围栏
4组
7
标示牌
2个
8
安全带
2个
9
低压验电笔
1支
10
温湿度计
1支
11
放电棒
1支
12
现场原始记录本
1本
试验接线
下图是高压介损实物接线
图5-1试验变升压方式高压介损测试系统（适用小容量试品）
图5-2谐振升压方式高压介损测试系统（适合大容量试品）
试验步骤
（1）标准化作业流程
1） 开始
2） 试验前准备
3） 办理工作票
4） 工前培训
5） 宣读工作票并对人员进行分工及安全交底及安全交底
6） 悬挂标识牌，装设遮拦，围栏
7） 被试品外观检查
8） 抄录名牌，外界环境（温度湿度）
9） 设备引线拆除
10） 试验接线
11） 检查仪表开始状态
12） 接试验电源
13） 加压前得到试验负责人许可
14） 看护人员守好进出口及要道
15） 通知有关人员并与被试品保持足够的安全距离
16） 试验人员站在绝缘垫上
17） 设置升压和降压的各级电压值
18） 试验人员升压并呼唱
19） 高压通并启动开始按钮
20） 异常情况
21） 测试完成
22） 高压断
23） 打印数据
24） 切断电源
25） 放电并恢复设备试验前状态
26） 试验数据处理
27） 设备状态评定（合格、不合格）
28） 试验结束
29） 终结工作票
30） 结束
（2）标准化作业细分流程表
试验前准备
检验安全工器具良好
检查仪器合格
计算
根据试验电压、电抗器参数选择电抗器个数
根据出厂试验报告查出被试品电容量
选定频率45~55Hz
计算所需补偿的电容参数，选择补偿方案
办理工作票
工作负责人和值班人员到现场确认安全措施
履行工作许可手续
宣读工作票并对人员进行分工及安全交底
确认工作班成员明白工作任务
确认工作班成员对危险点都已知晓
确认工作班成员精神状态良好
接试验电源
截取电压由两人进行
使用相应电压等级合格的验电表计确认电压符合试验要求
检查电源线及配电盘绝缘良好并装有漏电保护装置
试验电源送电须得到工作负责人许可
试验数据处理
对数据计算（折算）
与标准规范和历史数据等相关数据对比分析
不合格
辅助其它试验共同判断
对发现的问题及时汇报
至27步
对数据计算（折算）
与标准规范和历史数据等相关数据对比分析
合格
至27步
试验接线
先接接地线
其它接线
异常情况
立即切断电源
异常情况处理
至17步
放电并恢复设备试验前状态
拆除试验电源线
恢复设备试验前状态
拆除自装的接地短路线
对被试设备仔细检查和现场清理
（3）高压介损作业整体流程图
图5-3高压介损整体流程图
试验标准
DL/T962-2005《高压介质损耗测试仪通用技术条件》
DL/T849.6-2004《电力设备专用测试仪器通用技术条件第6部分：
高压谐振试验装置》
安全操作注意事项
（1）使用前必须将仪器的接地端子可靠接地。
（2）加压前所有人员必须远离高压才能开始测量。
（3）试验换接线时，先充分放电并带绝缘手套。
（4）试验前、先对被试品放电，防止残余电荷伤人。
（5）操作人站在绝缘垫上。
（6）对被试设备周围有运行设备，做好感应电压防范措施。
（7）截取电源要两人进行并验电，防止低压触电。
（8）加压前，认真检查试验接线，调压器零位，表计倍率、量程及仪表的开始状态均正确后。
（9）试验时认真监护，防止人员触及加压部位，试验人员必须取得试验负责人许可后方可加压并呼唱。
整个加压过程中应精力集中。
（10）拆除设备引线，拆前做好标记，接后应认真检查。
试验周期
（1）交接时
（2）110kV及以上：
3年；35kV：
6年
（3）大修后
（4）投运前
（5）必要时
2.6 高压介损补偿电容量计算
设备选择
（1）电抗器的选择
根据试验电压来选择电抗器，每节电抗器40kV，来选出电抗器的个数进行串联。
（2）限流电阻阻值选择
根据0.5-1Ω/V来选取限流电阻值。
（3）球隙保护电压值
根据试验电压的1.1~1.15倍设置。
数值计算[3]
（1）根据试验工频频率下的总电容量Cz
可以求出补偿的电容量Cf
回路中的电流为
式中：
Ucx-------励磁电压
R----------高压回路有效电阻
被试品上的电压为
式中：
ω-------电源角频率
Cx-------被试品电容量
输出电压Uc与励磁电压Ucx之比为试验回路的品质因数Q
图6-1谐振耐压试验原理接线图
由于回路中的R很小，故试验回路的品质因数很大，在大多数正常情况下，Q可达50左右，即输出电压时励磁电压的50倍，因此用这种方法能用电压较低的实验变压器得到较高的实验电压。
由于试验时回路处于谐振状态，回路本身具有良好的滤波作用，电源波形中的谐波成分在被试品两端大为减少，通常输出良好的正弦波形电压。
当被试品击穿时，电路失去谐振条件，电源输出电流自动减少，被试品两端的电压骤然下降，从而限制了对被试品的损坏程度。
根据调节方式的不同，串联谐振装置分为工频串联谐振装置（带可调电抗器，补偿电容器，工作频率为50Hz。
图7-1实验室高压介损试验数据及曲线
表7-1实验室高压介损试验数据[2]
均匀电容高压介损试验数据
电压（kV）
电容量（pF）
介损（%）
10.8
1681
0.59
20.2
1677
0.46
30.3
1678
0.19
39.8
1678
0.14
50.2
1678
0.13
60.3
1677
0.1
70
1677
0.09
79.9
1675
0.06
89.9
1675
0.05
100
1675
0.04
110
1675
0.04
120
1675
0.05
130
1675
0.05
140
1675
0.05
150
1675
0.06
160
1676
0.06
150
1676
0.05
140
1676
0.04
130
1675
0.04
120
1675
0.04
110
1675
0.05
100
1675
0.03
90.4
1675
0.04
80.3
1675
0.05
70.4
1677
0.07
60.6
1677
0.07
50.6
1677
0.09
40.3
1677
0.1
30.2
1678
0.11
20.2
1678
0.14
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