大型变压器雷电冲击试验波形的改善 宋临春

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第35期   作者:宋临春
[导读] 摘要:所谓雷电冲击实验,主要是为了考验大型的变压器在注重绝缘冲击强度方面是否能够符合有关的标准,这种变压器的抗冲击强度标准往往是由国家所制定的,其宗旨和目的是为了改进变压器的绝缘结构设计。

        (国网福建省电力有限公司检修分公司  福建  350001)
        摘要:所谓雷电冲击实验,主要是为了考验大型的变压器在注重绝缘冲击强度方面是否能够符合有关的标准,这种变压器的抗冲击强度标准往往是由国家所制定的,其宗旨和目的是为了改进变压器的绝缘结构设计。大型变压器雷电实验在冲击波的作用之下进行严格的考核,看其是否能够通过或被破坏,就可以了解到雷电波进入变压器,使其保护间隙和空气绝缘闪络所产生的一系列波形波动,这些波形是雷电全波被突然截断之后的波形反馈。在分析大型变压器冲击实验回路检测中,发现存在回路电感的原因及问题过程中可以结合有关的实际实验结果,提出减小实验回路来改善雷电冲击试验波形的有效办法。
        关键词:大型;变压器;雷电冲击;试验波形;改善
        前言:
        变压器的雷电冲击试验,是考核变压器绝缘特性的重要实验项目之一。我国有关标准是根据国际电工委员会在1980年的标准体系建立的对于雷电冲击试验波形的具体表征和范围做出了严格而明确的规定,要求变压器雷电冲击的变压器波峰处的过程不得大于5%,波尾时间应该在30%到70%之间,要求波前时间Tf为1. 2±30 %μs,即波前时间最大可允许 1.56μs; 波峰处的过冲不得大于5%; 波尾时间Tt为50±20 %μs,即波尾时间应在 30 ~ 70μs 之间。对于高压电和大容量变压器进行雷电冲击实验时所采用的冲击电压发生器的额定电压一般较高,约为3000kv。
        1. 雷电冲击实验波形的有关概念
        雷电冲击实验和波形必须要考虑到所产生冲击波的装置,其设置一般为冲击电压发生器,同时应该配备合理的测量仪器。雷电冲击实验波形试验主要是测量球及增压器和观察冲击波现象。截波是相当于雷电波进入变电所时发生了保护间隙或空气绝缘的闪络而产生的波形,是雷电全波被突然截断的波形,电压急剧降落至零。其截断时刻可发生在波前或波尾。截波试验也同样是对变压器设备的考验。标准规定试验波形全波1.2±30%/50±20%μs(波前/半峰值时间)和截波时间为2—6μs的截波.截波过零系数(即截断后第一个振荡峰值和截波幅值之比)在0.25—0.35的范围内。冲击试验装置一般仅有较大变压器厂和试研单位具备,一般单位可将变压器委托试研单位试验。
        2. 大型变压器雷电冲击实验的实验内容
        2.1实验前准备
        对于大型变压器进行真空注油,中小型变压器注油之后抽真空,浸泡数天之后使油中的气泡全部消失,冲击电压实验要求非常严格,如果油中有气泡存在,将可能导致对于结果的误判断。尽可能进行一次低电压冲击波下的电压分布测量,就可以使得测量人员掌握各组定位和梯度分布以及各部分的绝缘裕度。



        2.2实验的简要顺序
        变压器内部的绝缘运用,负极性冲击波实验和外援必使用中极限冲击波实验室,应该先进行实验后的结果测试采用雷电冲击电压试验,或者逐级升压的方法,即在试验电压的50%、75%、100%下,每级冲击3次,每次间隔1min。在GB1094. 3-1985标准规定之下,采用一次或几次降低电压的全部冲击试验和一次百分之百的全部冲击试验,进行预处理。然后采用一次或几次降低电压的谐波冲击试验,两次百分百的结构冲击,试验两次百分百的全部冲击实验来进行逐级提升。在实验的时候,一定要注重油箱接地绝缘,不能有扭伤,对比试验电压波形变化,并进行绕组中性点电流波形及低压侧电容电流波形的方法来判断绝缘是否已拐伤。
        3. 共同冲击实验回路电感环节和减小电感的措施
        3.1大型变压器冲击试验波形存在问题
        在高压电大容量变压器的雷电冲击实验过程中,人们发现高压侧绕组的等制定标准较大,如果不采取任何的保护措施,波尾时间甚至可以延长数倍。国内外在大型变压器雷电冲击实验过程中,发现其主要的问题是目前电阻并联、适当的压感的电感绕组时,不能保证波性延续的时间处于适当的范围之内。
        如果将传统无感结构和新型结构两种不同的波前电阻相对比,就可以发现其所形成的不同回路电感和新型结构的波前结构在组织方面不同,一般可能会出现三种左右情况。对其冲击波波及的影响进行实地测量之后发现,采用传统无感结构电感和新型无感结构电感较小波间电阻实验的过程中,很难同时满足IEC的国际标准。
        3.2脉冲电容器的使用
        雷电冲击实验的回路电感,包括冲击电压发生器的电感和连接被试验品的外部引线回路电感,在大型冲击电压器和脉冲电容器构成规则电容之间发生串联现象时,一般使用的冲击电压发生器,如果是脉冲电容器,那么其电感串联之后的,电压级数往往较高,每台电容器的电感约 1μH,两台变压器串联后,其电感为 2μH。由于级电压较高,为300kV。而如果采用直径和波前电阻的电阻丝直径相同的漆包铜线,那么就可以按照波形电阻的实际结构尺寸,设置出一整组的模型电阻。其充电之后,已知电容值和该模型电阻所构成的回路放电之间可以互相适应,利用高压脉冲示波器可以很容易的测量出不同结构尺寸的高清电阻电感,且测量结果比较精确。冲击试验外回路电感由冲击电压发生器运行级数中的最末一级波前电阻至被试变压器之间的离地一定高度的高压引线、试品处对垂直引线及试品至冲击电压发生器之间的接地回路的电感构成。这种开口矩形的三条边的周长即为外回路长度, 按 1μ H/m 估算是十分近似的。在试验中,外回路长度37m,则外回路电感估算值为 37μH。在研究中,我们对这种长度的外回路的电感进行了实测,实测值与估算值十分接近。
        3.3适当减少实验回路电感对冲击波的改善作用
        为了采用实践和具体实验来减少冲击波实验回路电感,可以考虑在对于雷电冲击波型改善实验的过程中,在同一台 OSFPS7-120 000/220 变压器上对 A 相高压 绕组进行了一系列的对比试验研究。在各次试 验中,冲击电压发生器均采用 7 级串联运行,即 冲击主电容 C1 =0 .071 4μF,包括接地回路(用 30cm 宽、1mm 厚的宽铜带)在内呈开口矩形的 外回路引线,其三条边的周长为 37m。到冲击电压发生器采用七级串联运行的时候,可以采用传统的无感结构。如果残存电压较大,那么残存电感较大的波前电阻可能会使得冲击实验回路的电感,位于波前时间和峰值处的过程更为延长,以此为关键点进行改进,有可能会超过IEC国际标准所规定的具体要求。
        3.4减小试验回路电感对冲击波型的改善效果
        在实验中,人们发现,如果同一个波形其前电阻的范围如果不合理,可以采用残余电感和新型结构的波前电阻来进行积极的改善,对于整个实验回路的电感实验改善的效果,希望能够更加明显的对于冲击波型进行有效的过冲减少。整个试验回路的电感由原来的120μH 减小为79.4μH,从而使冲击波形有十分明显的改善,过冲δ由16.2% 减至 5.42 %,并使波前时间 Tf 由164μs减小至1.37μs。在这种情况下,如果当回路电感过大,那么可以采用传统结构的波前电阻来进行有效的改善,以便于更好的适应国际IEC标准的要求。
        结束语:
        对于大型变压器雷电冲击实验时,目前非常常见的一种验证变压器在雷电冲击情况下的具体质量的实验内容。这种实验主要针对波形的波前时间和峰值过程中的具体反馈来进行判断,人们在进行实验回路时,如果面临回路电感过大的现象,那么很有可能对于已经投入使用的冲击电压发生器来说带来一定的危害。因此,本文探讨了在大型变压器的雷电冲击实验波形研究中,如何改善波形,使得波前时间和过程均能满足国际标准的内在需求,从而使雷电冲击波型的,具体效果落到实处,促进我国大型变压器的使用和发展。
        参考文献:
        [1]宋作森,刘东,钱国超,楚金伟,周海滨.论规范大容量换流变的雷电冲击试验波形参数的重要性[J].电瓷避雷器,2016(04):128-132.
        [2]宋作森,刘东,钱国超,楚金伟.规范大容量换流变雷电冲击试验波形参数重要性[J].云南电力技术,2016,44(02):32-35.
        [3]肖林,张乐.变压器雷电冲击试验全波波形调节[J].电力机车与城轨车辆,2016,39(01):42-46.
        [4]刘岸石,李雄斌.220KV整流变压器雷电冲击耐受试验[J].轻工科技,2012,28(08):52-54.

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